掺杂元素La、F对尖晶石LiMn2O4材料结构及性能的影响

采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电池测试系统等研究了掺杂元素La、F对高温固相合成尖晶石型LiMn2O4材料的相结构、形貌、活化性能、循环稳定性能的影响。结果表明：掺杂元素La、F可有效地提高LiMn2O4样品的充放电效率、循环稳定性能；随着掺杂元素F含量的增加，LiMn2O4。R样品的初始容量降低、循环稳定性能呈现出先增后减的变化规律；当掺杂元素La、F的含量较少时，LiLayMn2-yO4-x样品具有纯的尖晶石LiMn2O4结构，样品呈球形或近球形，粒径范围为0．5～2．5μm，LiLa0.02Mn1.98O3.95F0.05样品的初始放电容量为123．6mAh／g，经30次循环充放电后的容量为114．6mAh／g，容量保持率为92．7％，具有较好的活化性能和循环稳定性能。

熔融盐法制备LiMn2O4材料的合成条件研究

采用熔融盐法制备锂离子电池正极材料LiMn2O4,对制备过程中熔融盐种类、焙烧时间和焙烧温度等影响因素进行了系统研究。通过XRD、SEM和充放电测试,研究了产物的组成结构、形貌及电化学性能。研究结果表明,合成的LiMn2O4样品具有完整的尖晶石结构;样品的粒径分布范围小,平均粒径为几百纳米;优化实验条件之后制备得到的材料,在电压范围3.3～4.3V,充放电电流值为60mA.g-1(0.5C)时,初始放电比容量约125mAh·g-1,最初50次0.5C充放电循环的比容量保持率约为95%,在后续50次1C循环中,比容量保持率为96%左右,循环性能优良。

导电氧化物AZO对尖晶石型LiMn2O4高温性能的改善及研究

采用溶胶凝胶法对尖晶石型LiMn2O4正极材料进行铝掺杂氧化锌(AZO)包覆改性,并通过XRD、SEM、EDS、TEM、EIS、ICP-AES和充放电测试等手段对其结构,形貌及电化学性能进行表征。研究结果表明,AZO包覆层有效的阻止了LiMn2O4颗粒和电解液的直接接触,抑制了高温下锰溶解,明显改善了LiMn2O4的高温循环性能。1.5wt%AZO包覆的LiMn2O4正极材料在高温(55℃)1C时,首次放电比容量为114 mAh·g-1,经过100次循环后,容量保持率仍高达95.4%,远高于未包覆LiMn2O4的70.6%。此外,1.5wt%AZO包覆的LiMn2O4表现出了优越的大倍率放电性能,在10C下放电比容量能达到99 mAh·g-1。

锂离子电池镍掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的电子结构

采用密度泛函平面波赝势方法对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。

尖晶石型LiMn2O4酸洗提锂机理研究

以高温固相法合成的尖晶石型LiMn2O4前驱体为研究对象,通过对离子筛和离子筛吸附产物的化学分析、X射线衍射图谱分析、热重分析、红外分析和滤液中锂交换量与锰损失量分析,提出并验证了离子筛和吸附产物化学组成式可由LixMn2O4(0≤x≤1)表达,其结构依然保持尖晶石结构,阐明了以盐酸为洗脱剂离子筛提锂过程的氧化还原反应机理,给出了完善的洗脱过程与吸附过程反应式。实验结果表明,洗脱和吸附过程不彻底是导致离子筛吸附量与饱和吸附量相差较大的原因,离子筛中Mn3+歧化是离子筛发生溶损的主因;提出了关于尖晶石型离子筛提锂深入研究关键问题的建议。

以废旧锌锰电池为锰源制备锂离子电池正极材料LiMn2O4

采用湿法回收技术从废旧锌锰干电池中回收锰,并以此为锰源制备锂离子电池正极材料锰酸锂。用XRD、SEM对产物的结构和微观形貌进行表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,该工艺合成的产物为尖晶石型LiMn2O4,纯度高,粒径分布均匀,初始比容量可达119mAh/g,适合用作锂离子电池正极材料。

锂离子电池用LiMn2O4/石墨烯复合材料的性能

采用Hummers法制备少层氧化石墨烯(GO),再通过喷雾干燥高温固相原位还原法制备锰酸锂(LiMn2O4)/石墨烯复合正极材料。通过SEM、透射电镜(TEM)、XRD及电化学测试等方法,研究材料的结构和电化学性能。石墨烯能包覆LiMn2O4纳米颗粒团,并连接在纳米颗粒之间,减少LiMn2O4颗粒与电解液直接接触,形成纳米级的导电网络,提高LiMn2O4的循环性能和高倍率性能。在3.0-4.3V充放电,LiMn2O4/石墨烯复合材料在0.5C倍率下的放电比容量为133.0mAh/g,比LiMn2O4高11.2mAh/g;LiMn2O4/石墨缔复合材料在1.0C倍率下循环100次,放电比容量由128.7mAh/g衰减到127.8mAh/g,容量保持率为99.3%;5.0C倍率下的放电比容量达到110.9mAh/g,是0.5C时的83.3%。

焙烧温度对醋酸盐体系液相燃烧合成尖晶石型LiMn2O4的影响

以醋酸锂、醋酸锰为原料，尿素为燃料，用液相燃烧合成方法制备尖晶石型LiMn2O4物质，考察了焙烧温度（300-800℃焙烧5h）对产物的组成结构、晶粒大小及电化学性能的影响。实验结果表明，未焙烧产物中主晶相为LiMn2O4及少量Mn2O3，但在300-800℃焙烧5h后都可得到单相的LiMn2O4粉体材料，焙烧温度为900℃时，LiMn2O4部分分解为Mn3O4；产物颗粒随焙烧温度升高而长大，≤600℃时，产物颗粒〈100nm，≥700℃时产物颗粒〉100nm，可观察到LiMn2O4的特征八面体结构；在焙烧温度800℃以下，产物的电化学性能随焙烧温度的升高而增加。当电流密度为C/3时，焙烧温度为800℃的首次放电容量为105mAh／g，但循环性能较差，30次循环后仅剩83％。

LiMn2O4与Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3/Li7La3Zr2O12的复合正极材料制备及性能研究

正极材料在锂离子电池服役过程中的电化学稳定性是目前研究的热点之一,研究锰酸锂复合正极材料,探索改善正极材料电化学稳定性的工艺与方法。采用高温固相法制备LiMn2O4和NISICON结构的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、石榴石结构的Li7La3Zr2O12,将LiMn2O4和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3/Li7La3Zr2O12以9∶1的比例混合制备复合正极材料。利用X射线衍射仪分析其物理性能,组装成扣式电池,通过恒流充放电测试、循环伏安测试、阻抗测试等进行电化学性能分析。结果表明,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料和LiMn2O4/Li7La3Zr2O12复合正极材料依然为尖晶石结构,材料结晶度良好。其中,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料衍射峰相对尖锐,峰强较大。充放电测试表明,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料的放电比容量比LiMn2O4/Li7La3Zr2O12复合正极材料的放电比容量高,化学反应的可逆性更佳。所以,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料的性能优于LiMn2O4/Li7La3Zr2O12复合正极材料。

不同方法制备的Al2O3包覆LiMn2O4正极材料的电化学性能

为了探索制备方法对锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料电化学性能的影响,以硝酸铝[Al(NO_3)_3·9H_2O]和锰酸锂为原料,分别通过溶胶-凝胶法、水热法和微乳液法制备了Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)对试样的表面形貌进行了表征,采用充放电和循环寿命测试等方法研究了试样的电化学性能。结果表明:少量的Al_2O_3包覆对LiMn_2O_4材料的晶体结构并没有影响;溶胶-凝胶法制备的Al_2O_3涂层为无序二维纳米状的网络结构,水热法为纳米片状,微乳液法为棉花絮状,且不能完全包覆;包覆后的试样首次放电比容量都有所下降,但其具有较好的循环性能,其中,以溶胶-凝胶法制备的试样在25℃、1 C条件下循环450周,容量保持率为86.53%;55℃,1 C循环200周的容量保持率为85.46%;而纯相LiMn_2O_4在25,55℃条件下的容量保持率仅分别为57.84%,52.88%。

稀土掺杂对锂离子电池用阴极材料尖晶石LiMn2O4的影响

采用传统的高温固相法合成了稀土掺杂改性的锂离子电池用阴极材料尖晶石结构的LiMn2-xRexO4(Re=La，Ce，Nd)。用XRD、SEM及激光粒径对材料的结构进行了分析。从材料的晶体结构，充放电测试和循环性能等方面分析了掺杂元素在稳定晶体结构中的作用。并通过一系列的掺杂试验，确定了各种元素的掺杂浓度在0．01～0．02范围内时，材料的循环性能得到了明显改善。50次循环后LiMn1.98La0．02O4，LiMn1.98Ce0.02O4和LiMn1.98Nd0.02O4的放电比容量分别维持在119．1、114．2和117．5mAh·g^-1。

B掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的制备及长循环电化学性能

采用固相燃烧法制备了单晶多面体尖晶石型LiMn1.94B0.06O4正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及充放电测试等手段,对其晶体结构和电化学性能等进行了表征。结果表明,B掺杂没有改变尖晶石型LiMn2O4的晶体结构,促进了(440)和(400)晶面的优先生长,形成了高暴露的(111)晶面及少部分(110)和(100)晶面的单晶多面体LiMn1.94B0.06O4晶粒,减少了Mn的溶解和提供了更多的锂离子扩散通道,其晶粒尺寸在160~350 nm之间。在10C、25℃的条件下,LiMn1.94B0.06O4电极的首次放电比容量可达到103.0 mAh·g^-1,2000次循环后,表现出较好的容量保持率(57.7%);在15C高倍率下,LiMn1.94B0.06O4仍然保持了67.1 mAh·g^-1的首次放电比容量,1500次循环后,仍能维持46.2%的容量保持率;在1C、55℃的条件下,其初始放电比容量高达125.2 mAh·g^-1,表现出良好的高温性能。B掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn2O4的高倍率性能和循环寿命,稳定晶体结构,抑制Jahn‑Teller效应和缓解Mn的溶解。

尖晶石型LiMn2O4合成新工艺及改性研究

本文采用一种新方法——溶盐浸渍合成法制备出了尖晶石型LiMn2O4锂离子电池正极材料。“溶盐浸渍工艺”具有sol-gel等液相合成法成分易于混合均匀、合成时间短的优点，同时兼有固相合成法工艺流程短、操作简单的特点。利用Al、Co两种改性元素的协同效应和叠加效应制备了富锂二元阳离子掺杂正极材料Li1.03Co0.05Al0.03Mn，1.92O4，其初始放电容量为117．5mAh／g，20次循环的容量损失仅为9．5％，300次循环的容量损失率为15．1％。

Ni-Cu双掺LiMn2O4正极材料的制备及电化学性能研究

通过简易的无焰燃烧法合成了LiMn2O4、LiNi0.08Mn1.92O4和LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O43种正极材料。利用XRD、SEM、恒电流充放电测试等手段对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,所制备的3种正极材料均为立方尖晶石结构;Ni-Cu共掺杂提高了LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4材料的晶体结构稳定性,表现出比LiNi0.08Mn1.92O4和LiMn2O4材料较好的倍率性能和循环寿命。在室温和1 C倍率下,LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4样品的首次比容量为104.7 m A·h/g,循环200次后的容量保持率为81.38%;在较高的倍率5 C循环1000次后,容量保持率为68.23%;即使在高温55℃和1 C倍率下,仍可获得较高的首次放电比容量,为110.8 m A·h/g,200次循环后的容量保持率为56.23%。CV和EIS测试结果表明,LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4具有较好的循环可逆性和较小的电荷转移阻抗。

碳包覆改性尖晶石型LiMn2O4正极材料研究进展

尖晶石型LiMn2O4正极材料因其高电压、低成本、高安全性等优点被广泛研究和应用,但其充放电过程中Li^+的嵌/脱会伴随着锰的溶解、电解液的腐蚀和Jahn-Teller效应等问题,使得电化学性能变差.表面包覆和离子掺杂是有效改善LiMn2O4容量衰减和提高其循环稳定性的主要方法.其中,表面包覆材料通常有各类碳材料、氧化物、氟化物、金属单质和磷酸盐等.综述了不同碳源和方法对LiMn2O4进行碳包覆后的性能影响,展望了碳包覆对LiMn 2O 4正极材料未来的研究方向与发展前景.

尖晶石LiMn2O4正极材料的研究进展

分析尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)正极材料的结构和充放电机理,并对常见的制备方法,如高温固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、熔盐燃烧法、水热合成法和液相无焰燃烧法等进行介绍。分析尖晶石LiMn2O4的容量衰减机理,指出在循环过程中,发生的Jahn-Teller效应、锰溶解歧化反应、氧缺陷和有机电解液分解等现象是制约商品化应用的瓶颈。对尖晶石LiMn2O4的改性策略进行总结归纳,元素掺杂、表面包覆、显微结构控制和合成工艺的优化,可提高整体循环性能。

喷墨打印制备LiMn2O4薄膜电极及其电化学性能

通过溶胶-凝胶法制备了尖晶石LiMn2O4.用分散剂LormarD,经超声分散制得了含LiMn2O4粒子的打印"墨水",并使用计算机喷墨打印的方法制得LiMn2O4薄膜电极.薄膜电极的厚度约为1.8μm.用XRD、TG-DTA、SEM、循环伏安、电化学阻抗谱和充放电等方法对材料和电极的性能进行了表征.结果表明,在较大电流100μA·cm-2(2C)的充放电情况下,电极能保持好的稳定性,其首次放电容量为109mAh·g-1,充放电54次后,其容量仍可保持97.4%,为105mAh·g-1,这可归因于薄膜电极中尖晶石LiMn2O4的晶型完整,LiMn2O4粒子小以及稳定的超薄电极结构.

LiMn2O4纳米晶的低温水热法合成及表征

以KMnO4、LiOH、环己酮为原料在120℃,10h用水热法直接合成了LiMn2O4纳米晶.通过XRD,FTIR,TEM测试表明产物为纯相尖晶石LiMn2O4纳米颗粒.电化学性能初步测试表明所得LiMn2O4纳米颗粒具有良好的电化学性能.

锂离子电池正极材料LiMn2O4用前驱体的现状与发展

前驱体对锂离子电池正极材料Li Mn2O4结构和性能有重要影响。综述了常见的前驱体特点及生产工艺,指出二氧化锰仍然是目前用量最大的前驱体,适当的体相掺杂是改善其性能的有效途径;用球形四氧化三锰制备高性能Li Mn2O4有广阔的应用前景,改善生产工艺、降低成本必将提升球形四氧化三锰在锂离子电池领域的竞争力。

镧改性尖晶石LiMn2O4正极材料的研究进展

综述近15 a来,尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)正极材料镧(La)改性的研究进展。包括镧单掺杂、复合掺杂及含La包覆物对LiMn2O4放电比容量、容量保持率及倍率容量等电化学性能的影响。