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本文主要采用自模板法制备出形貌可控的微纳结构LiMn2O4正极材料,以期改善其高倍率性能和循环稳定性。通过控制自模板的合成方法、合成条件和烧结工艺,合成了中空微球和多孔椭球形LiMn2O4,在此基础上,合成了多孔椭球LiNi0.5Mn1.5O4,并详细研究了材料结构与电化学关系。主要研究内容与结果如下: 1.高功率中空微球LiMn2O4的合成。采用化学沉淀法合成MnCO3微球前驱体,经350 oC热处理8h获得MnO2微球。以MnO2微球为自模板,合成了中空微球LiMn2O4正极材料。结果表明,700 oC烧结10h合成的LiMn2O4中空微球表现了优异的高倍率性能和循环稳定性。在20C倍率下,1200次充放电循环后,该材料放电容量保持为53.9 mAh/g,容量保持率达到87.6﹪。优异的性能归因于中空微球结构,中空结构可以提供结构稳定性,提高材料与电解液的接触面积,有利于改善倍率性和循环稳定性。 2.多孔椭球形LiMn2O4的制备。以水热法合成的米形MnCO3前驱体为自模板,制备出多孔椭球LiMn2O4。该材料显示了良好的电化学性能,在0.1C倍率下,放电容量为110mAh/g。在5C倍率下,其最大放电容量为85 mAh/g,500次循环后,容量保持率为58.8％。 3.在上述工作的基础上,以椭球MnO2为自模板,合成多孔椭球LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。结果表明,多孔椭球LiNi0.5Mn1.5O4表现出了优异的高倍率性能和循环稳定性。在0.1C、5C和10C倍率,放电容量分别为120、118和93 mAh/g。在1C充电,5C放电的测试条件下,其放电容量达到了125 mAh/g,300次循环后,保持率达到了93.1%。Ni的掺杂和多孔结构可以很好地解释该材料良好的电化学性能,一方面Ni的掺入抑制了Jahn-Teller效应,降低了锰在电解液中的溶解,提高了材料的循环性能,另一方面多孔结构有利于电解液的渗透和锂离子扩散,缓冲充放电过程所带来的体积变化效应,从而导致较高的倍率性能与循环稳定性。