【摘 要】
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层状锰酸锂用作锂离子电池正极材料,具有资源丰富、价格低廉、理论比容量高等优点,但由于其结构不稳定,充放电过程中容易发生畸变,Mn由层板迁移至层间,占据Li<+>的嵌入位置,并阻塞其扩散通道,导致其电化学循环性能较差.在层状锰酸锂中掺杂一定量的其他金属离子,如Cr<3+>,Al<3+>,Ga<3+>,Co<3+>,Ni<2+>,Li<+>等,能够提高层状锰酸锂在充放电过程中结构的稳定性,并由此提高材料的循环性能.但部分掺杂层状锰酸锂化合物在充放电过程中仍然会向尖晶石结构转变,导致容量衰减,循环稳定性变差.本
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层状锰酸锂用作锂离子电池正极材料,具有资源丰富、价格低廉、理论比容量高等优点,但由于其结构不稳定,充放电过程中容易发生畸变,Mn由层板迁移至层间,占据Li<+>的嵌入位置,并阻塞其扩散通道,导致其电化学循环性能较差.在层状锰酸锂中掺杂一定量的其他金属离子,如Cr<3+>,Al<3+>,Ga<3+>,Co<3+>,Ni<2+>,Li<+>等,能够提高层状锰酸锂在充放电过程中结构的稳定性,并由此提高材料的循环性能.但部分掺杂层状锰酸锂化合物在充放电过程中仍然会向尖晶石结构转变,导致容量衰减,循环稳定性变差.本研究希望能够找到一个简便而又实用的表面改性方法以更好地改善层状锰酸锂性能,尤其在高温下的循环稳定性能. 层状锰酸锂为热力学非稳定相,一般采用软化学方法来合成,即先合成出P2结构的NaMnO<,2>前驱体,再通过离子交换方法合成LiMnO<,2>目标产物.本文采用同相法合成NaMn<,1-4>Co<,x>O<,2>前驱体,通过控制Mn/Co比和焙烧温度,研究了Mn/Co投料比对前驱体组成和结构的影响,并通过离子交换反应合成出O2结构LiMn<,1-X>Co<,x>O<,2>(0.1≤x≤0.5)产物.熔盐离子交换法制备的颗粒具有最好的形貌和结晶性,Co含量也直接关系到生成产物的晶体结构,Co含量越高越有利于层状结构的形成.对系列LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>产物进行电化学性能测试表明:Co含量的增加在提高材料容量的同时也提高了材料的循环性能,LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>具有171 mAh g<-1>的最大放电容量和50次循环后90﹪以上的容量保持率. 阴阳离子共掺杂可以协同提高材料的电化学性能.对LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>进行F离子掺杂,LdMn<,0.5>Co<,0.5>O<,1.9>F<,0.1>虽然初始放电容量比未掺杂材料要小,但是它的循环稳定性很好,经过40次循环之后的放电容量比未掺杂LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>要高,50次循环后容量仍然保持在136 mAh g<-1>,放电容量保持率达到93﹪,说明F掺杂能够有效地提高层状结构的稳定性. 本文通过熔融浸渍的方法,成功地对层状LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>进行了表面包覆改性.对比未包覆试样,表面包覆改性IJMn<,1-x>Co<,x>O<,2>在室温和高温电化学性能得到了极大的改善.ZnO包覆LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>在55℃循环具有最低的容量衰减率.熔融浸渍表面包覆改性的LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>具有良好电化学性能的主要原因在于:这种新型的壳核材料有效地抑制了电化学脱嵌锂过程中的表面Jaim-Teller畸变和高温下锰的溶解.
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