尖晶石LiMn2O4高温电化学容量衰减及改进

综述了高温下尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因、机理研究和改进它的高温性能的方法以及目前的进展,且指出了可能的提高它的高温性能的途径。     

锂离子电池镍掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的电子结构

采用密度泛甬平面波赝势方法对LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4的几何结构进行了优化,并计算了相应的电子结构.计算的结果表明:在Li 脱嵌前后,LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4均为导体,且锂元素主要以离子形式存在于两种材料中,O2p轨道与Mn(Ni)的3d轨道形成了较强的共价键.Li 嵌入导致Mn(Ni)3d轨道的态密度峰发生移动.Ni的掺杂导致Mn(Ni)和O2p轨道的成键作用得以加强,电子在Mn(Ni)3d轨道的填充发生变化,从而提高了电池的充放电电压.     

Al掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的性能

尖晶石LiMn2O4作为锂离子电池正极可大电流放电,且成本低、环境友好.采用溶胶-凝胶法制备尖晶石LiMn2O4及Al掺杂材料.使用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察材料结构与形貌.结果表明,复合材料颗粒尺寸300-500 nm,呈类球形.电化学恒流充放电测试表明,Al掺杂尖晶石LiMn2O4电极的循环性明显提高,Al掺杂5%LiMn2O4(by mass,下同)正极在1C倍率充放电100周期循环后的容量保持率为98.2%,1C倍率充电、5C倍率放电下,100周期循环后其容量保持率为99.0%,表现出较优的电化学循环性能.     

锰源对尖晶石LiMn2O4高温性能的影响

为考察不同锰源对所制备尖晶石LiMn₂O₄(LMO)电化学性能的影响(特别是高温性能),采用沉淀法制备前驱体,通过不同煅烧温度制备得到最常用的锰氧化物(MnO₂、Mn₂O₃和Mn₃O₄)为锰源,经相同条件制备得到LMO正极材料,通过考察所得LMO形貌及电化学性能来研究锰源与LMO电化学性能的关系。研究结果表明,相同的前驱体在不同煅烧温度下可以得到不同的锰氧化物,且各自具有不同的形貌结构。由这些锰氧化物都可以得到高纯度的LMO,但产物形貌结构以及材料中的八面体晶体含量和尺寸不同。由Mn₂O₃制备得到的LMO材料中的八面体晶体含量最多,且尺寸最均匀,在3种LMO中容量性能、倍率性能和循环性能最好：0.2C(1C=148 mA·g^-1)下首次放电比容量为131.8 mAh·g^-1;3C下还有100.4 mAh·g^-1的放电比容量。其...     

Li4Mn5O12包覆对三元正极材料结构和性能的影响

LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂具有很高的理论比容量,但是三元正极材料在高电压下长循环时,其表面结构发生较大的衰退,导致电池的循环性能和倍率性能变差。本文采用耐高电压且结构稳定的富锂尖晶石Li₄Mn₅O₁₂包覆LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂可以有效改善材料的电化学性能。通过XRD、SEM、XPS和TEM等手段对包覆后的材料进行分析,证实了在LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的表面形成了10nm厚的均匀Li₄Mn₅O₁₂的包覆层;在循环100圈后,包覆后的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂仍...     

锂离子电池正极材料LiMn2-xCrxO4电化学性能的研究

针对尖晶石型LiMn2O4锂离子电池正极材料的容量衰减,提出了相应的抑制方法,所合成的LiMn2-xCrxO4(0相似文献   

锰源对尖晶石LiMn2O4高温性能的影响

为考察不同锰源对所制备尖晶石LiMn₂O₄(LMO)电化学性能的影响(特别是高温性能),采用沉淀法制备前驱体,通过不同煅烧温度制备得到最常用的锰氧化物(MnO₂、Mn₂O₃和Mn₃O₄)为锰源,经相同条件制备得到LMO正极材料,通过考察所得LMO形貌及电化学性能来研究锰源与LMO电化学性能的关系。研究结果表明,相同的前驱体在不同煅烧温度下可以得到不同的锰氧化物,且各自具有不同的形貌结构。由这些锰氧化物都可以得到高纯度的LMO,但产物形貌结构以及材料中的八面体晶体含量和尺寸不同。由Mn₂O₃制备得到的LMO材料中的八面体晶体含量最多,且尺寸最均匀,在3种LMO中容量性能、倍率性能和循环性能最好：0.2C(1C=148 mA·g^-1)下首次放电比容量为131.8 mAh·g^-1;3C下还有100.4 mAh·g^-1的放电比容量。其对应半电池在0.5C下循环100次后,放电比容量还有116.0 mAh·g^-1,容量保持率为93.9%,电化学储能性能远远优于其他2种LMO。即使是在高温55 ℃下,由Mn₂O₃得到的LMO也表现出明显优于其他2种材料的高倍率性能和抗衰减性能。     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn1.9Mg0.05Ti0.05O4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料, 以柠檬酸为螯合剂, 采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄. 采用热重分析(TGA), X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)测试)对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征. 结果表明: 780℃下煅烧12 h 得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄材料, 该材料具有良好的电化学性能, 在室温下以0.5C倍率充放电, 在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 mAh·g^-1, 循环50 次后放电比容量仍为118.5mAh·g^-1, 容量保持率为93.5%. 在55℃高温下循环30次后的放电比容量为111.9 mAh·g^-1, 容量保持率达到91.9%, 远远高于未掺杂的LiMn₂O₄的容量保存率. 二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂LiMn₂O₄, 改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能, 使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.     

球形尖晶石LiMn2O4掺杂钇的性能研究

利用控制结晶方法, 在前驱体碳酸锰中共沉淀掺杂适量的钇, 得到球形掺杂钇的碳酸锰, 在540 ℃预烧后, 与锂盐一起焙烧, 可以得到高活性的掺钇球形尖晶石LiMn₂O₄. XRD分析表明, 产物中无杂相产生. 研究表明, 掺杂钇与掺杂其它金属离子的特性不一样, 钇具有催化特性, 掺杂钇可以提高尖晶石LiMn₂O₄中锰的活性. 掺钇使得更多的Mn^3＋参加电化学反应, 增加容量; 但同时也使更多的锰与电解液反应, 造成锰的溶解, 容量损失. 掺钇量越多, 锰的溶解量越大. 因此, 合适的掺杂量对于保证产品良好的电化学性能至关重要. 实验证明, 掺钇0.5%的产品Li(Y_0.005Mn_0.995)₂O₄具有较好的电化学性能. 其常温初始比容量为130 mAh•g^－1, 大于纯相的锰酸锂的125 mAh•g^－1, 100次循环后比容量为120 mAh•g^－1, 容量保持率为92.3%.     

球形尖晶石LiMn2O4掺杂钇的性能研究

利用控制结晶方法, 在前驱体碳酸锰中共沉淀掺杂适量的钇, 得到球形掺杂钇的碳酸锰, 在540 ℃预烧后, 与锂盐一起焙烧, 可以得到高活性的掺钇球形尖晶石LiMn₂O₄. XRD分析表明, 产物中无杂相产生. 研究表明, 掺杂钇与掺杂其它金属离子的特性不一样, 钇具有催化特性, 掺杂钇可以提高尖晶石LiMn₂O₄中锰的活性. 掺钇使得更多的Mn^3＋参加电化学反应, 增加容量; 但同时也使更多的锰与电解液反应, 造成锰的溶解, 容量损失. 掺钇量越多, 锰的溶解量越大. 因此, 合适的掺杂量对于保证产品良好的电化学性能至关重要. 实验证明, 掺钇0.5%的产品Li(Y_0.005Mn_0.995)₂O₄具有较好的电化学性能. 其常温初始比容量为130 mAh•g^－1, 大于纯相的锰酸锂的125 mAh•g^－1, 100次循环后比容量为120 mAh•g^－1, 容量保持率为92.3%.     

尖晶石型LiMn2O4的制备及超级电容性能研究

采用高温固相法制备LiMn₂O₄。X射线衍射结果表明800 ℃下得到尖晶石型LiMn₂O₄。利用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等研究了LiMn₂O₄电极材料在2 mol·L^-1 (NH₄)₂SO₄溶液中的超级电容性能。循环伏安测试结果表明LiMn₂O₄电极材料在0～1 V电位窗口范围内具有较好的方形特征；恒流充放电结果表明充放电曲线呈现出较规整的三角形对称分布，放电曲线呈直线关系，5 mA·cm^-2下的放电比容量为141 F·g^-1，具有较高的充放电效率，循环性能稳定；交流阻抗结果也显示LiMn₂O₄电极材料在2 mol·L^-1 (NH₄)₂SO₄中具有典型的电容阻抗特性。     

KCl熔盐法制备LiMn2O4

采用熔盐法合成了LiMn₂O₄。熔盐的使用可以使原来固相反应的高温焙烧时间缩短。合成获得的材料结晶良好，颗粒大小在数百个纳米左右，有较明显的团聚现象。该材料的初始容量为113 mAh·g^-1，循环性能优良，前100次的容量平均衰减率在0.05%左右；倍率性能亦非常优秀，8 C放电时的容量为1 C放电容量的93%以上。熔盐的用量在4倍于Li⁺以上时，对材料的结构形貌和性能都没有明显影响。     

以微乳液法制备的锰源合成LiMn2O4

采用CTAB-C₈H₁₈-C₄H₉OH-H₂O微乳体系制备出MnCO₃，将其灼烧成Mn₂O₃之后，与Li₂CO₃混合，800 ℃高温焙烧，获得了颗粒大小为数百纳米，均匀分布的纯相尖晶石LiMn₂O₄。这一材料的电化学性能优秀，0.5C的电流在3～4.2 V之间充放电时，首次放电比容量为124 mAh·g^-1，经过110次循环，保留比容量118 mAh·g^-1，平均每次容量损失<0.05%。该材料的倍率性能尤为优异，10C放电的比容量在110 mAh·g^-1以上，功率约为0.2C时功率的45倍。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成与晶体结构（英）

Spinel LiMn₂O₄ powders were prepared using two-step synthesis method consisting of solid-state reaction method and citrate modified sol-gel method. The effects of the calcination temperature and the Li/Mn ratio of raw materials were studied on the physicochemical and electrochemical properties of the spinel LiMn₂O₄ powders, such as crystallinity, lattice constant and density. The title compound was characterized by powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Polycrystalline LiMn₂O₄ powers calcined at 750 ℃ were found to be composed of very uniformly-sized microcrystal with an average particle size of 300 nm. The improvement in electrochemical properties was mainly attributed to the process of re-grinding by absolute alcohol.     

尖晶石LiMn2O4的改性研究

由于资源丰富、价格便宜、易制备、对环境无污染、可回收利用等优点,尖晶石型LiMn2O4成为锂离子二次电池中最有希望的正极材料[1~3]。然而,在高电压充、放电条件下,由于电极中锰的溶解和Jahn鄄Teller效应的发生,会造成LiMn2O4容量迅速衰减[4~6]。为了改善LiMn2O4的电化学性能,研究者主要通过优化合成条件及合成方法来控制产品的粒径分布与形貌,以利于锂离子的脱、嵌[7,8];用掺杂的方法以稳定其结构,抑制Jahn鄄Teller效应的发生[9,10];用表面修饰的方式来减少活性物质与电解液的直接接触从而降低Mn的溶解[11,12]。掺杂方面,Co3 不仅有…     

熔融浸渍法合成单晶锰酸锂作为锂离子电池阴极材料(英文)

以二氧化锰和氢氧化锂为原料,通过熔融浸渍法合成具有尖晶石构型的单晶锰酸锂。前驱体β-MnO2以乙酸锰和过硫酸钠为原料通过水热反应合成。基于TGA/DTA测试,确定了单晶锰酸锂的煅烧温度为470℃预烧5 h,再升温至750℃保温12h。XRD,FTIR和SEM结果表明,合成的单晶锰酸锂具有均一的棒状结构以及良好的结晶性。电化学性能测试结果表明材料在0.1C倍率下充放电时,其首次放电比容量可达126 mAh·g-1,且在一百次循环之后容量保持率为91%。     

熔融浸渍法合成单晶锰酸锂作为锂离子电池阴极材料

以二氧化锰和氢氧化锂为原料,通过熔融浸渍法合成具有尖晶石构型的单晶锰酸锂。前驱体β-MnO₂以乙酸锰和过硫酸钠为原料通过水热反应合成。基于TGA/DTA测试,确定了单晶锰酸锂的煅烧温度为470℃预烧5h,再升温至750℃保温12h。XRD,FTIR和SEM结果表明,合成的单晶锰酸锂具有均一的棒状结构以及良好的结晶性。电化学性能测试结果表明材料在0.1C倍率下充放电时,其首次放电比容量可达126mAh·g^-1,且在一百次循环之后容量保持率为91%。     

水热法制备LiMnPO4包覆的LiMn2O4正极材料及其改善的电化学特性

通过水热合成的方法制备了不同质量百分比的LiMnPO4包覆LiMn2O4的复合材料,并且利用XRD、拉曼光谱、SEM、TEM以及充放电测试等手段,对其结构和电化学性能进行了表征。研究表明,适当量的LiMnPO4包覆,不仅可以增加材料的可逆比容量,还可以有效提高材料在55℃下的循环特性。1wt%LiMnPO4包覆的LiMn2O4在55℃下的可逆容量为109 mAh.g-1,是其初始容量的96%。此外,1wt%LiMnPO4包覆的LiMn2O4与未包覆的LiMn2O4相比,在倍率特性上也有明显的改善。     

LiMn2O4的湿法合成及锰的光度法测定研究

The LiMn₂O₄ spinel was prepared by wet method using Li₂CO₃， Mn(CH₃COO)₂·4H₂O and CO₂ as raw ma-terials. The products were measured by TG/DTA， XRD， IR. The results Showed that the sample calcined at 800℃ for 10h was well crystallized monophase product. The contents of Mn(Ⅲ) and Mn(Ⅳ) of LiMn₂O₄ spinel were determined simultaneously by spectrophotometric analysis with pyrophosphoric acid.