柠檬酸络合反应方法制备尖晶石型LiMn_2O_4

采用柠檬酸络合反应方法制备了尖晶石型ＬｉＭｎ２Ｏ４正极材料，并考察了合成条件对合成产物电化学性能的影响。合成产物中的Ｌｉ／Ｍｎ比例及合成温度是影响合成产物电化学性能的关键因素。在最佳合成条件下，即Ｌｉ／Ｍｎ＝１／２及温度８００℃，制备的ＬｉＭｎ２Ｏ４具有完美的尖晶石结构及良好的电化学性能，完全可以用于高比能长寿命的锂离子蓄电池。

锂离子电池正极材料LiMn_2O_4改性研究进展

尖晶石型LiMn2O4以其高能量密度、价格低廉、无环境污染等特点而被视为最具发展潜力的锂离子电池的正极材料之一,但循环过程容量的衰减制约了它商品化。体相掺杂和表面修饰是抑制尖晶石型LiMn2O4容量衰减的有效方法。详细阐述了近年来关于LiMn2O4在掺杂和表面修饰方面的最新研究进展。

高倍率LiMn_2O_4锂离子电池的制作与性能

采用商品化的LiMn2O4和石墨作为正极材料制作锰酸锂动力电池,并利用XRD、SEM等分析手段表征了LiMn2O4原料。研究了不同面密度和导电剂含量对锰酸锂电池倍率性能的影响。研究发现,锰酸锂电池的倍率性能随着面密度的减小而改善,随着导电剂含量的增加先改善后变差。当正极面密度未2.5 g/dm2,导电剂含量为3%时电池的倍率性能最好。20 C放电容量为1 C的94.1%,1C充电5 C放电,100次循环后容量保持率为92%。

锰源对尖晶石LiMn_(2)O_(4)高温性能的影响

为考察不同锰源对所制备尖晶石LiMn_(2)O_(4)(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(MnO_(2)、Mn_(2)O_(3)和Mn_(3)O_(4))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Mn_(2)O_(3)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Mn_(2)O_(3)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。

锂离子电池纳米结构LiMn_2O_4正极材料的研究进展

越来越多的纳米结构材料(包括纳米颗粒、纳米线、纳米管和核壳结构、介孔纳米材料)已经应用于锂离子电池。不同的合成方法制备出的材料性能有所不同。本文介绍了锰酸锂(LiMn2O4)纳米正极材料的合成方法及性能,指出了纳米正极材料应用中存在的问题。

尖晶石型锰酸锂正极材料LiNi_（0.01）Co_(0.03)Mn_(1.96)O_(4)的合成及电化学性能

采用固相燃烧法制备了具有多面体形貌的Ni-Co共掺杂尖晶石型LiNi0.01Co0.03Mn1.96O4(LNCMO)正极材料.研究结果表明,LNCMO具有优异的倍率性能和长循环稳定性,在25℃,1C或5C倍率条件下,初始放电比容量分别为110.6和102.3 m A·h/g,循环1000次后容量保持率为75.7%和78.3%;在10C和20C高倍率下,循环1000次后,容量保持率分别为78.8%和54.2%;即使在高温(55℃)和1C倍率下,循环1000次后容量保持率仍为76.6%.LNCMO具有较大的Li+扩散系数(4.77×10^-11cm^2/s)和较低的表观活化能(23.37 k J/mol).

LiMn_(2)O_(4)-PPy双电极高效协同电控提取盐湖锂离子

电控离子交换(Electrochemically switched ion exchange,ESIX)系统内对电极具有保持溶液电中性、增强提锂效果且使系统形成闭合回路的关键作用。在ESIX技术盐湖提锂过程中人们主要关注锂离子捕获电极,关于对电极的研究较少。而本文研究了不同类型对电极对ESIX系统提锂性能的影响。分别采用聚吡咯/导电炭黑/聚偏二氟乙烯(PPy/C/PVDF)、活性炭/导电炭黑/聚偏二氟乙烯(AC/C/PVDF)和石墨板电极作为ESIX系统中锰酸锂/导电炭黑/聚偏二氟乙烯(LiMn_(2)O_(4)/C/PVDF)提锂膜电极的对电极,考察了这3种ESIX系统在氯化物型高镁锂比模拟卤水(Mg/Li~50)中的提锂性能。结果表明,当PPy/C/PVDF作为对电极时可有效吸附卤水中Cl^(-),且ESIX系统提锂性能最优,Li^(+)吸附量为13.9 mg/g;当PPy/C/PVDF电极湿膜厚度增加至1 mm时,ESIX系统对Li^(+)的提取率可达44.2%,Li^(+)/Mg^(2+)分离因子可达56.82。因此,针对不同的阴离子型盐湖卤水设计匹配的对电极对ESIX技术在盐湖提锂领域的发展具有重要的理论指导意义。

以Mn_3O_4为前驱体的LiMn_2O_4及其电化学性能

对传统的固相反应进行了改进，以控制结晶法合成出来的Ｍｎ３Ｏ４为前驱体，和ＬｉＯＨ混合煅烧，制备出锂离子电池正极活性材料尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４。对由此方法得到的尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４的结构和电化学性能进行了研究．通过Ｘ光衍射和扫描电镜分析表明，该材料为纯相尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４，不含其它杂质相，而且晶粒大小比较均匀；通过电化学性能测试表明，该尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４具有良好的电化学性能：其首次放电比容量为１２８ｍＡｈ／ｇ，经过１０次充放电循环后，其放电比容量仍有 １２４ｍＡｈ／ｇ．

锂离子电池正极材料Li_(1+x)Mn_2O_4的合成及其性能研究

采用醋酸锰和醋酸锂作为起始反应物，在水溶液中混合均匀，通过加热蒸发形成混合均一的反应前趋体并在不同温度下焙烧可获得最终产物．在８５０℃下，起始反应物锂锰摩尔比例采用１.１：２可获得电化学性能较好的活性材料．利用热重分析及红外光谱对反应历程进行分析并提出了可能的反应机理．对所合成的产物进行ＸＲＤ、结构形貌及电化学性能进行测试研究，表明其颗粒细小、分布均匀、结晶性能好、为蜂窝状结构、比表面积较大，初始容量较高和循环稳定性能良好，初始容量达１２８ｍＡｈ／ｇ．

尖晶石LiMn_2O_4前驱体的低热固相反应法合成机理及其结构与热分解过程研究

以氢氧化锂、醋酸锰和柠檬酸为原料 ,采用低热固相反应法制备了 Li+与 Mn2 +摩尔比为 1∶ 2的前驱体化合物 Li Mn2 L( Ac) 2 .通过元素分析、红外光谱、质谱和热重 /差热等测试方法对前驱体的组成、结构、合成反应机理及热分解过程进行了研究 .结果表明 ,可在全固相条件下通过低热固相反应得到锂离子与锰离子达到分子级混合水平的前驱体 ,该前驱体在 3 5 0℃下焙烧 4h即可出现明显的尖晶石相 Li Mn2 O4 产物 .

掺杂钴对尖晶石LiMn_2O_4的影响

通过溶融浸渍、分段烧结的方法制得尖晶石型LiMn2 O4 、Li1+xMn2 -xCoyO4 ( 0≤x <0 .33 ,0≤y≤ 0 .2 5 )材料 ,并对材料进行了电化学性质、晶格参数和X射线衍射的研究。研究结果表明 ,元素钴的参与使得纯尖晶石型LiMn2 O4 电极对锂离子的反复脱嵌有了更强的承受能力 ,且循环稳定性能有明显提高 ,这归因于掺杂后 3价钴离子进入尖晶石结构的16c位 ,使结构趋于稳定 。

铝锂混合掺杂尖晶石相Li_(1+x)Al_yMn_(2-y)O_4材料结构性能的研究

采用一种简单的合成工艺 ,将铝和锂混合掺入到主尖晶石相锰酸锂中 ,研究不同掺杂铝量对材料的初始容量及循环稳定性能的影响 .结果表明同时掺杂铝锂的材料要比单独掺杂铝或锂的循环稳定性好 .利用扫描电镜、粉末X_射线衍射仪、红外光谱仪对材料形貌及结构进行研究 ,结果表明所合成的掺杂铝锂材料颗粒细小、分布均匀 ,具有较好的结晶性能 ,较高的初始容量和良好的循环稳定性 ,其初始容量达 119mAh/g ,循环 2 0 0次后容量仍然保持在 10

锂离子电池阴极材料LiM_xMn_(2-x)O_4的合成方法研究

尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４是最有希望替代ＬｉＣｏＯ２的新一代锂离子电池阴极材料．本文对其晶体结构进行了详细的描述；综合评述了近年来各种制备ＬｉＭｘＭｎ２－ｘＯ４的方法，包括高温团相反应、微波烧结法、固相配位反应等“因相合成法”以及Ｐｅｃｈｉｎｉ法、溶胶－凝胶法、微乳化等“软化学合成法”，并对各方法的优缺点进行了分析对比．其中“固相配位反应法”是本文作者的创新方法，既保持了高温固相反应法操作简便、易于工业化生产的的优点，同时也具有煅烧温度低、煅烧时间短、产品形貌较好、粒度相对较小、而且化学计量可控等优点．因此，该法具有十分巨大的潜在应用价值．

Al离子掺杂正极材料LiMn_2O_4的高温循环性能

采用固相反应法分别合成正极材料LiMn_2O_4和LiAl_xMn_(2-x)O_4(x=0.05,0.1,0.3)。对它们进行XRD和SEM测试,并对比了高温下的循环性能。结果显示:除Al掺杂量x=0.3时,合成物出现了LiAlO_2杂质相外,其余皆具有单一的尖晶石相结构。掺杂后的晶体颗粒比较圆润。LiMn_2O_4在高温下经过20次循环后,其比容量降低29%,衰减很快。造成衰减的主要原因是Mn^(3+)歧化反应生成的Mn^(2+)在电解液中的溶解,以及Jahn-Teller效应。通过阳离子Al^(3+)的掺杂,有效的提高了尖晶石LiMn_2O_4的高温循环性能。

尖晶石型LiMn_(2-x)In_xO_4(x=0,0.01,0.02,0.05)的合成及电化学性能研究

以醋酸锰、氢氧化锂和三氧化二铟为原料,以柠檬酸为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂In的尖晶石LiMn2-xInxO4(x=0,0.01,0.02,0.05),采用XRD、SEM对目标材料进行了结构和形貌表征,采用恒流充放电、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)谱测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同In掺杂量对材料性能的影响。结果表明,当In掺杂量为1%时,LiMn1.99In0.01O4样品具有纯的尖晶石锰酸锂结构,在0.5C和3.4～4.35 V电压范围条件下,LiMn1.99In0.01O4的初始放电容量为119.9 mAh.g-1,经过1C 30次,2C 30次,再0.5C 5次循环后,其放电容量保持率为84.9%,显示了良好的电化学性能。掺杂1%的In的样品比未掺杂的样品具有更优的高温循环稳定性能。

制备条件对尖晶石型LiMn_2O_4的相行为及结构的影响

将 Li NO3和 Mn3O4 按不同物质的量比 [x=n(Li)∶n(Mn) =0 .5 0 ,0 .5 2 ,0 .5 4,0 .5 8,0 .62 ,0 .70 ]混合 ,在空气气氛下 ,于 70 0℃烧结得样品 .实验发现 ,在 0 .5 2≤ x≤ 0 .70的范围内 ,样品均呈现出单相的尖晶石型 Li Mn2 O4 结构 ,晶胞参数随着 x的增加而减小 .将 x=0 .5 0的 Li NO3和 Mn3O4 混合物在不同温度(3 0 0 ,40 0 ,5 0 0 ,60 0和 70 0℃ )下进行烧结处理 .结果表明 ,于 3 0 0℃合成得到的样品为尖晶石型 Li Mn2 O4 ,随着烧结温度的升高 ,晶胞参数增大 ;当温度大于 60 0℃时出现杂相 ,可以通过加入过量的 Li(即 x≥ 0 .5 2 )来加以抑制 .实验结果表明 ,通过控制烧结温度和 Li加入量可以得到理想的尖晶石型 Li Mn2 O4 单相材料 .

尖晶石LiMn_(2)O_(4)高温电化学性能研究

利用高温固相反应合成了锂离子蓄电池正极材料尖晶石LiMn2 O4 ,研究了在高温 5 5℃下LiMn2 O4 循环容量的衰减和贮存后电化学性能的变化。与常温下相比较 ,5 5℃下尖晶石的容量衰减显著加快 ,贮存后的LiMn2 O4 循环性能变差。改变合成工艺条件如合成温度、n(Li)∶n(Mn)比 ,LiMn2 O4 的高温电化学性能有所改善 ,掺杂金属Co元素合成尖晶石掺Co化合物也能够提高LiMn2 O4 在高温下的循环性能 ,通过测量LiMn2 O4 在高温下电解液中的溶解 ,分析了容量衰减的机理。

锂离子电池LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4正极材料的合成及电化学性能

采用液相无焰燃烧法制备单晶多面体LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4材料,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等测试分析材料的电化学性能。结果表明:掺杂La^(3+)没有改变LiMn_(2)O_(4)的尖晶石结构。在25℃、1C和5C倍率条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4初始放电比容量分别为112.7和94.5mA·h/g,循环500次后,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4的容量保持率为64.42%和81.45%,而LiMn_(2)O_(4)样品的容量保持率分别为53.69%和56.9%;特别是在10C高倍率下,LiMn_(2)O_(4)样品的初始放电比容量仅有44.7mA·h/g,同样条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4首次放电比容量达73.5mA·h/g,循环500次后,容量保持率为81.09%。CV和EIS测试发现,掺杂后的材料有较好的循环可逆性,较大的锂离子扩散系数1.04×10^(-16)cm^(2)/s,对循环2000次后的极片进行分析,材料的晶体结构和颗粒形貌基本没有变化,适量的La掺杂能够稳定材料的晶体结构,有效抑制Jahn-Teller,提高材料的循环性能。

超声振荡结合液相还原法合成尖晶石LiMn_2O_4

采用超声振荡结合液相还原法,制备尖晶石LiMn2O4,对产物进行XRD、SEM分析及电化学性能测试。超声振荡生成的前驱体具有更接近尖晶石的过渡结构,制得的LiMn2O4粒子更致密、均匀。在3.5～4.5 V循环,0.1C首次放电比容量为126 mAh/g,第50次循环的放电比容量为122 mAh/g。

V掺杂制备尖晶石LiMn_2O_4的研究

采用V掺杂固相法合成尖晶石锰酸锂(LiMn2O4),研究了掺杂后对材料的影响,用感应耦合等离子体(ICP)、XRD、SEM、激光粒度分析(LPS)、BET和充放电测试,对材料进行了分析。实验表明掺杂V的LiMn2O4结晶度更完整,颗粒表面更光滑,平均粒径增大了4.55μm,比表面积减小了0.52 m2/g;循环30次的容量保持率提高了4.13%。