自蔓延燃烧合成LiMn2O4和富锂锰固溶体正极材料与性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuhaolf
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尖晶石LiMn2O4和富锂层状材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2均具有价格低廉、原料丰富、环境友好以及安全性高等优点,且其中的富锂层状材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2还具有较高的比容量(>200 mA h g-1),因此引起了研究者的广泛关注。但由于LiMn2O4的Mn3+溶解造成的杨-泰勒效应以及富锂层状材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2较低的电子导电率等缺点,导致两种材料电化学性能较差。本文采用溶液燃烧法,以LiNO3,Ni(NO3)2·6H2O,Ni(CH3COO)2·4H2O,Mn(CH3COO)2·4H2O和50%Mn(NO3)2溶液为原料来合成LiMn2O4以及Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,通过电化学测试并结合XRD、SEM等表征手段研究了NO3-/CH3COO-比例对LiMn2O4和Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的结构、形貌以及电化学性能的影响。主要研究内容包括:  (1)采用溶液燃烧法,于700℃高温下成功合成出超薄尖晶石LiMn2O4材料。研究了原料中NO3-/CH3COO-比例对材料的结构和电化学性能的影响,通过XRD表征结果表明,采用NO3-/CH3COO-比例为3:2(LMO3)的原料合成出的LiMn2O4具有最小的晶粒大小(36.1 nm)。且SEM表征结果也表明LMO3样品具有最小的颗粒大小(210 nm),这些特征决定了LMO3具有最佳的电化学性能,该样品在10 C高倍率下比容量仍可达到95.5 mA h g-1,且充放电曲线、容量-电压微分曲线和电化学阻抗谱图均证明LMO3具有最佳的电化学性能。  (2)通过控制煅烧温度,采用溶液燃烧法成功合成出了球型纳米LiMn2O4材料,通过XRD表征结果表明,煅烧温度在600℃以上时可以合成出高纯度无杂质的LiMn2O4,扫描电镜结果表明煅烧温度在600℃以下合成的材料具有100 nm左右的粒径,所以煅烧温度为600℃时合成的材料纯度最高、粒径最合适,这使得其在前驱体以及经500℃、600℃、700℃煅烧的样品中拥有最佳的电化学性能,在10 C高倍率下比容量可以达到103.8 mA h g-1,为0.2 C时比容量的83.6%,且在1 C倍率下循环100次以后效率可达到95.1%。  (3)通过控制原料中的NO3-/CH3COO-比例,采用溶液燃烧法合成出了富锂层状氧化物纳米Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料。研究了NO3-/CH3COO-比例对材料结构以及电化学性能的影响,XRD结果表明采用NO3-/CH3COO-比例为3:1的原料合成出的材料(LLO-3N1N)具有最小的晶粒大小(18 nm),SEM结果也表明样品LLO-3N1A具有最小的颗粒大小(35 nm),这些特征使得该样品具有最佳的电化学性能,其在0.1 C倍率下比容量可以达到252.3 mA h g-1,且在所用样品中该样品具有最佳的倍率性能。
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