锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的改性及性能研究

发布时间：2018-02-21 17:57

  本文关键词： 尖晶石锰酸锂 预烧处理 Al掺杂 Al_2O_3预包覆 锂离子电池　出处：《中南大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：摘要：尖晶石型LiMn2O4(LMO)具有工作电压高、安全性能好和价格低廉等特点,已被广泛用做锂离子动力电池正极材料,但该材料在高温(55℃)充放电循环过程中存在容量衰减快、循环寿命短等问题,严重制约了它的产业化和市场化,迫切需要对LiMn2O4进行生产工艺的优化以及改性处理来提高电化学性能。本文通过高温固相法合成了尖晶石型LMO,采用TG-DSC、XRD、SEM、TEM、充放电曲线及CV. EIS等测试分析手段对预烧条件进行优化,探究了预烧条件对Al掺杂LiMn1.9Al0.104的结构与电化学性能的影响以及A1203预包覆对尖晶石LiMn2O4物化性能的影响。主要结论如下： (1)以Li2CO3、EMD为原料,采用分段煅烧固相法合成LiMn2O4。由热分析可知,LiMn2O4在合成过程中,混合前驱体从300℃开始反应,到750℃反应基本完成。400℃一次预烧后,预烧产物中含大量的中间产物MnO2、Mn2O3,随预烧时间从6h增加到24h,合成产物中中间产物含量逐渐减少。500℃一次预烧后,预烧时间为6h时存在极少量的中间产物MnO2、Mn2O3,随时间增加,12h时只存在Mn02,18h和24h时获得了具有单一尖晶石相的预烧产物。400℃、500℃预烧样品再750℃煅烧6h后均具有典型的尖晶石型结构,且后者的粒径比前者的大；预烧温度为400℃和500℃的合成产物分别在预烧时间18h、12h有良好的电化学性能,高温55℃50次循环后容量保持率分别为91.0%、92.4%。 (2)以Li2CO3、EMD为原料,Al(NO3)3-9H2O为掺杂元素,采用分段煅烧固相法合成LiMn1.9Al0.1O4.从热分析结果可知,其合成反应发生在400-600℃之间。500℃预烧温度下,随预烧时间从6h增加到24h,合成产物的晶格常数先减小后增大；CV曲线中,不同预烧时间(6h、12h、18h、24h)条件下的电位差分别为0.33/0.28V、0.21/0.19V、0.51/0.40V、0.25/0.12V,预烧时间为12h时CV曲线中两峰对称性最好,可逆性好；55℃高温循环后的容量保持率分别为78.0%、96.4%、85.7%、94.3%,预烧时间为12h时循环性能最好。 12h预烧时间下,不同预烧温度(400℃、500℃、600℃)条件下500℃时合成产物有最大的晶格常数；CV曲线中相应电位差分别为0.38/0.33V、0.21/0.19V、0.59/0.39V;400℃、500℃预烧条件下合成产物在高温55。C循环后容量保持率分别为90.6%、96.4%,但500℃-12h-LiMn1.9Al0.104放电比容量高于400℃-12h-LiMn1.9Al0.104的放电比容量,600℃-12h-LiMn1.9Al0.104的放电比容量起伏较大,循环稳定性较差。 (3)以Li2C03、EMD为原料,通过化学沉淀法分别在预烧产物和煅烧产物的表面包覆Al2O3合成Al2O3预包覆LiMn204(P-LMO)和Al2O3煅包覆LiMn204(C-LMO).当Al2O3包覆量从1mol.%增加到10mol.%时,C-LMO和P-LMO的晶格常数不断增加；C-LMO具有多面体结构,而P-LMO具有类球形结构,且P-LMO的粒径比C-LMO的要小。不同Al2O3包覆量的P-LMO在循环过程中能很好的保持充放电平台,0.5C倍率下高温55℃循环后P-LMO的容量保持率(77.2%,87.3%,87.2%和84.0%)高于C-LMO的容量保持率(75.0%,76.4%,72.5%和61.3%),其中P-LMO-2具有最好的电化学性能。P-LMO中Al2O3包覆层能有效减少充放电循环过程中电荷转移阻抗(Rct)的增加,减少锰在电解液中的溶解量。
[Abstract]:In this paper , spinel - type limo _ 4 ( LMO ) has been widely used as positive electrode material for lithium - ion power battery , but it has been widely used as positive electrode material for lithium ion power battery . However , it has seriously restricted its industrialization and marketization under high temperature ( 55 鈩，

本文编号：1522495