一维γ-AlOOH纳米材料及对LiMn<,2>O<,4>正极材料的改性研究

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一维纳米氧化铝材料因为具有好的热稳定性,化学稳定性和高的比表面积,被广泛用在催化剂、催化剂载体、吸附剂和电极材料等领域中。通常氧化铝材料可以通过勃姆石(γ-AIOOH)前驱体煅烧制备。并且前驱体的粒径、形貌等结构特征经过煅烧后仍能保持。因此,一维纳米勃姆石前驱体的制备方法备受关注。   水热合成方法因为其具有反应条件温和,易于控制产物形貌等优点,而被广泛用于一维纳米材料的合成中。本文采用一种简便的水热合成方法,无需表面活性剂作为模板,通过Al13聚阳离子的自组装,制备出了一维纳米γ-AlOOH材料,并研究了水热反应时间、反应温度、反应物浓度等反应条件对产物形貌和结构的影响。探讨了一维纳米γ-AlOOH材料的生成机制。   尖晶石型LiMn2O4材料因具有安全性好、电压高、价格低廉及无毒性等优点已成为了商用锂离子二次电池的正极材料。软化学法合成尖晶石材料,比如溶胶-凝胶、共沉淀法等,可以控制尖晶石的粒径、形貌及其一致性,已被广泛研究。制备的LiMn2O4材料具有良好的放电和倍率性能,但其电化学循环性能较差。本文利用溶胶-凝胶法制得尖晶石LiMn2O4材料,并采用包覆和掺杂的方法来改善尖晶石正极材料的电化学性能。通过Al2O3对尖晶石的包覆改性,来改善材料的电化学循环性能。当包覆量为3%时,有效降低了材料在充放电循环过程中Mn2+的溶解,使得电极材料在室温和55℃高温下的电化学性能都得到了提高。利用制得的勃姆石(γ-AlOOH)材料对LiMn2O4正极材料进行了掺杂改性,实验结果表明,Al3+的掺杂形成比Mn-O键更为稳定的Al-O键,从而稳定了尖晶石材料的结构,另外,Al3+掺杂抑制了材料的Jahn-Teller畸变,使得LiMn2O4材料的电化学性质有了很大的改善,掺杂量为3%时对材料的改善最显著,室温循环一百周后容量保持率为95.6%。
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