锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4的研究现状

从制备方法,循环性能,比容量,高温性能等方面对近年来有关LiMn2O4尖晶石的研究作一综述;讨论合成方法,反应条件,尖晶石的晶体结构及改性对正极材料性能的影响,并预示该类正极材料今后的研究方向。     

尖晶石型LiMn2O4电池材料的元素掺杂

尖晶石型LiMn2O4正极材料因资源丰富、无毒、安全及制备简单、技术较成熟等优点而成为最具竞争力的新一代商用锂离子二次电池的正极材料之一.由于LiMn2O4的循环稳定性、高温(＞55℃)稳定性和大电流放电等因素限制了推广应用.本文从材料的结构组成对锂离子嵌脱过程的作用机理,论述了元素掺杂对尖晶石型LiMn2O4正极材料电化学特性的影响,指出了元素掺杂本体改性锰酸锂正极材料的方法和特点.     

尖晶石型LiMn2O4的低温制备

锂锰氧化物;溶胶凝胶法;尖晶石型LiMn2O4的低温制备     

Al掺杂对尖晶石型LiMn2O4结构及循环性能的影响

用柠檬酸作为螯和物的载体,采用溶胶-凝胶法合成了A l3 掺杂的锂离子电池正极材料L iA lxMn2-xO4。XRD,SEM研究表明,于800℃煅烧可获得单一尖晶石结构的物相;随着A l3 掺入量的增加,L iA lxMn2-xO4的晶格常数变小,晶格更趋于完整,有利于抑制因锂的反复脱嵌而造成的结构破坏。x=0.05时,首次放电容量为103.8 mAh.g-1,25次循环后放电容量还有100.6 mAh.g-1,容量衰减仅为3.08%。     

Ge4+、Sn4+掺杂尖晶石LiMn2O4的合成与电化学表征

使用Ge⁴⁺、Sn⁴⁺作为掺杂离子, 通过高温固相法制备四价阳离子掺杂改性的尖晶石LiMn₂O₄材料. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明, Ge⁴⁺离子取代尖晶石中Mn⁴⁺离子形成了LiMn_2-xGe_xO₄ (x=0.02,0.04, 0.06)固溶体; 而Sn⁴⁺离子则以SnO₂的形式存在于尖晶石LiMn₂O₄的颗粒表面. Ge⁴⁺离子掺入到尖晶石LiMn₂O₄材料中, 抑制了锂离子在尖晶石中的有序化排列, 提高了尖晶石LiMn₂O₄的结构稳定性; 而在尖晶石颗粒表面的SnO₂可以减少电解液中酸的含量, 抑制酸对LiMn₂O₄活性材料的侵蚀. 恒电流充放电测试表明, 两种离子改性后材料的容量保持率均有较大幅度的提升, 有利于促进尖晶石型LiMn₂O₄锂离子电池正极材料的商业化生产.     

锂离子电池LiMn2O4薄膜电极的制备研究进展

尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４是最有希望替ＬｉＣｏＯ２的新一代锂离子电池阴极材料。高能、轻量、超薄将是未来锂离子电池一个十分重要的发展方向。本文对尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４的晶体结构作了简要介绍。综述了近年来在ＬｉＭｎ２Ｏ４薄膜电极制备方面的研究进展,包括静电喷雾沉积（ＥＳＤ）、静脉激光沉积（ＰＬＣ）、射频磁溅射（ＲＦＭＳ）等等,并对今后的研究方向进行了展望。     

尖晶石LiMn2O4纳米粉的合成 及其交流阻抗性能研究

以LiOH和电解二氧化锰(EMD)为原料,葡萄糖为还原剂,制备了粒径为200nm左右的球状尖晶石LiMn2O4纳米粒子,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行了结构和形貌的表征.在循环伏安测试(CV)峰电位下研究了该材料嵌脱锂相变过程中的交流阻抗(EIS)图谱,并提出一种新的等效电路对EIS图谱进行拟合...     

溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiMn2O4

应用溶胶法由CH3COOL i.2H2O、Mn(CH3COO)2和已二酸制备含锂、锰的干凝胶,经高温焙烧制得尖晶石锰酸锂L iMn2O4.XRD分析显示,该尖晶石样品的结晶度随焙烧温度而升高,容量同时增加,但如超过800℃,则循环性能变差.延长焙烧时间,容量呈先增后降趋势.优化后的焙烧条件为750℃、20 h.以此制备的L iMn2O4初始放电容量为130 mAh.g-1,经过15次循环后仍达125 mAh.g-1.     

雾热解法合成锂离子电池正极材料LiMn2O4

采用喷雾热解的方法合成了单相的尖晶石LiMn2O4的颗粒，结构研究结果表明用这种喷雾造粒的方法可以得到颗粒细小匀的LiMn2O4粉体，其组装的电池具有良好的电化学容量和循环性能，表明这是一种可推广的合成锂离子电池正极材料LiMn2O4粉体的方法。     

A Raman Study of Spinel LiMn2O4

A Raman study was carried out for LiMnzO4, which was synthesized via the mixture of Mn3O4 and LiNO3 sintered at different temperatures. It is shown that there are two kinds of Raman spectra for LiMn2O4 at different sintering temperatures, while the X-ray diffraction patterns of LiMnzO4 sintered at different temperatures are the same. Five Raman bands observed for the materials sintered below 500 ℃ are consistent with the theoretical prediction for spinel structure based on the group theory. Only two Raman bands were observed for the materials sintered at temperatures higher than 500 ℃. The best preparation condition for obtaining a good spinel LiMn2O4 is suggested based on the Raman study.     

正尖晶石LiMn_2O_4电化学性能研究

采用高温固相反应合成了尖晶石LiMn2 O4 锂离子电池正极材料 ,并对其性能进行研究 .综合考察了影响材料电化学性能的主要因素 ,诸如原材料的选择、合成温度、Li/Mn比以及添加金属元素Co等 .研究了材料在高温下的电化学性能和影响因素 ,并分析了LiMn2 O4 在电解质中的溶解和引起容量衰减的原因     

尖晶石LiMn2O4锂充放电池的电化学研究

本文报导尖晶石型ＬｉＭｎ２Ｏ４化合物的制备方法，用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Ｌｉ／有机电解液／ＬｉＭｎ２Ｏ４电池的电化学行为，用分形理论首次考察和进一步讨论电极材料的阻抗行为随锂离子嵌入或脱嵌电极时的变化。     

Preparation of Spinel LiMn2O4 by a Spray-drying Method

Spinel LiMn₂O₄ has already become an attractive cathode material for rechargeable lithium-ion battery. Compared with other layered compounds LiCoO₂ and LiNiO₂,LiMn₂O₄ offers several advantages:inexpensive, nontoxic, abundant and easy to prepare. These characteristics induce many researchers to study it to make it commercialized.     

Impedance Studies of Spinel LiMn2O4 Electrode/electrolyte Interfaces

The formation process of solid electrolyte interphase（SEI） film on spinel LiMn2O4 electrode surface was studied by electrochemical impedance spectroscopy（EIS） during the initial storage in 1 mol/L LiPF6-EC：DMC：DEC electrolyte and in the subsequent first charge-discharge cycle. It has been demonstrated that the SEI film thickness increased with the increase of storage time and spontaneous reactions occurring between spinel LiMn2O4 electrode and electrolyte can be prevented by the SEI film. In the first charge-discharge cycle succeeding the storage, the electrolyte oxidation coupled with Li-ion insertion is evidenced as the main origin to increase the resistance of SEI film. The results also confirm that the variations of the charge transfer resistance（Rot） with the electrode potential（E） can be well described using a classical equation.     

电解液组成对尖晶石LiMn_2O_4中锂离子嵌脱过程的影响

运用电化学阻抗谱(EIS)研究了尖晶石LiMn2O4正极在1mol·L-1LiPF6-EC(碳酸乙烯酯)∶DEC(碳酸二乙酯)∶DMC(碳酸二甲酯),1mol·L-1LiPF6-EC∶DEC∶EMC(碳酸甲乙酯)和1mol·L-1LiPF6-EC∶DMC三种不同电解液中,-20-20℃范围内的阻抗谱特征随温度的变化.研究结果表明,温度强烈影响尖晶石LiMn2O4正极的阻抗谱特征,而电解液组成对尖晶石LiMn2O4正极阻抗谱特征的影响较小,但电解液组成对锂离子在尖晶石LiMn2O4正极中嵌入脱出过程相关动力学参数影响较大.测得尖晶石LiMn2O4正极在上述三种电解液中,锂离子迁移通过固体电解质相界面(SEI)膜的离子跳跃能垒平均值分别为7.60、16.40和18.40kJ·mol-1;电子电导率的热激活化能平均值分别为44.77、35.47和68.06kJ·mol-1;嵌入反应活化能平均值分别为52.19、46.19和69.86kJ·mol-1.     

温度对尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌脱过程的影响

运用电化学阻抗谱研究了商品化尖晶石LiMn₂O₄电极在1 mol/L LiPF₆-EC(碳酸乙烯酯):DEC(碳酸二乙酯)电解液中―10～30 ℃范围内的阻抗谱特征、固体电解质相界面(SEI)膜阻抗、电子电阻和电荷传递电阻等随温度的变化. 研究结果表明, 尖晶石LiMn₂O₄电极的阻抗谱特征与温度有关, 随温度的升高, 与活性材料电子电导率相关的半圆和与SEI膜相关的半圆会发生重叠而成为一个半圆. 通过选取适当的等效电路拟合了实验所得的电化学阻抗谱数据, 测得尖晶石LiMn₂O₄电极在1 mol/L LiPF₆-EC:DEC 电解液中, 锂离子迁移通过SEI膜的离子跳跃能垒平均值为15.49 kJ/mol; 电子电导率的热激活化能平均值为24.21 kJ/mol; 嵌入反应活化能平均值为53.07 kJ/mol.