溶胶凝胶法制备高性能LiMn_2O_4薄膜

用溶胶凝胶法在Pt片上采用慢速旋转涂布工艺制备LiMn2O4薄膜。该膜表面呈非致密态,厚度在200nm左右,晶体颗粒大小约为100nm。实验表明:该膜具有较大的放电容量,电流密度在0.01mA/cm2时,容量可达到75μAh/cm2·μm;可承受1mA/cm2的电流密度放电,容量仍有49μAh/cm2·μm。该膜循环性能良好,400次循环后容量没有衰减。

以Mn_3O_4为锰源合成高性能LiMn_2O_4正极材料

以Mn3O4为锰源,采用固相反应法,在较低的温度(650℃)制得尖晶石LiMn2O4正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒流充放电等技术对其相组成、微结构和电化学性能进行表征。结果表明该正极材料结晶良好,一次粒径约为150 nm。它的电化学性能,尤其是循环性能,明显优越于在较高温度合成的LiMn2O4。在电流密度为74 mA?g-1时,测得比容量为128 mAh?g-1,在1 480 mA?g-1时,比容量为105 mAh?g-1;在室温、148 mA?g-1充放电200次循环后,容量保持率为93%。

LiCoO_2/LiMn_2O_4复合薄膜电极制备及其在高温下的电化学性能

采用静电喷射沉积法 (Electrostaticspraydeposition ,ESD)制备了LiCoO2 /LiMn2 O4复合薄膜。X射线衍射结果表明 ,所制备的LiMn2 O4膜均为尖晶石型。俄歇电子谱测试结果表明 ,一步沉积法制备的LiCoO2 /LiMn2 O4复合膜中 ,Co向本体扩散形成Co掺杂LiMn2 O4;分步沉积法制备的样品Co分布在LiMn2 O4表面。电化学实验结果表明 ,表面包覆LiCoO2 可以改善LiMn2 O4膜在高温下的循环稳定性 ,分步沉积法制备的样品性能优于一步沉积法制备的样品 ,且高倍率放电能力增强。对电极改性的机理作了进一步探讨。

PVA／Na2SO4／H2O和PVA／CH3COONa／H2O系统制备的高性能薄膜

用含Na2SO4或CH3COONa的无规PVA（α-PVA）水溶液浇铸制备薄膜，然后除去薄膜中的Na2SO4或CH3COONa。制备的两种薄膜在水中除去Na2SO4或CH3COONa后具有抗水性，随着溶液中Na2SO4和CH3COONa含量分别提高到0．05wt％和0．1wt％，

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.

退火温度对LiMn_2O_4薄膜性能的影响

以壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、醋酸锂和醋酸锰等为原料,采用溶胶凝胶-旋转涂布法在不锈钢基底上制备了LiMn2O4薄膜。通过X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)研究了退火温度对LiMn2O4薄膜的结构和形貌的影响,并研究了其电化学性能。结果表明:退火温度对薄膜的结构、形貌及电化学性能影响显著。在500～750℃下退火所制得的薄膜表面都呈现褶皱状的微观形貌,650℃以下退火的薄膜样品表面均匀致密,无裂痕。薄膜颗粒粒径随着温度的升高显著增大,结晶化程度也随之提高。650℃退火的薄膜样品为纯相尖晶石结构的LiMn2O4,并且具有最好的电化学性能,在50mA/cm2的电流下,初始比容量为35.9mAh/cm2·mm,经20次循环后比容量为33.8mAh/cm2·mm,容量保持了93.6%,表现出良好的循环性能。

纳米级LiMn_2O_4尖晶石合成及电化学性能研究

以Ｌｉ２ＣＯ３和Ｍｎ（ＮＯ３）２为原料，以聚丙烯酰胺为高分子网络剂制得前驱体后，用微波加热技术合成了纳米晶尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４粉体，通过循环伏安及充放电技术对其进行电化学性能测试表明，该材料的电化学比容量为 １２０ｍＡｈ／ｇ；循环 ５０次后衰减率为 ４．７％；通过 ＳＥＭ及ＸＲＤ分析其微观形貌表明，该材料不仅相纯度高，而且颗粒粒度近于纳米级，有利于Ｌｉ＋的嵌入／脱嵌．本文所提供的微波一高分子网络技术不仅为合成具有优良性能的锂锰尖晶石氧化物材料提供了一个新方法，而且为合成其他类型高性能氧化物陶瓷材料提供了一条新思路．

LiMn_2O_4正极在高温下性能衰退现象的研究

采用恒流充放电方法测量了温度升高导致ＬｉＭｎ２Ｏ４正极容量衰减的情况．发现当环境温度上升到５０℃时，ＬｉＭｎ２Ｏ４电极出现严重的容量损失和性能衰退，充电态的电极受影响的程度最为严重．对电解液的原子发射和红外光谱分析，电极晶相结构Ｘ＿射线衍射及循环伏安实验研究表明：随着温度升高，ＬｉＭｎ２Ｏ４中阳离子混乱度增大形成无序尖晶石结构，锰离子的溶解度迅速增加，电解液出现催化氧化是导致容量不可逆衰减的原因．

稀土掺杂对锂离子电池正极材料LiMn_2O_4结构及电性能的影响

利用微波加热技术合成稀土掺杂基锂离子电池正极材料LiMn2-xRExO4(RE=Y,Nd,Gd,Ce),通过XRD、循环伏安及恒电流充放电测试研究了稀土掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。XRD测试结果表明,合适的掺杂量可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用,稀土离子的引入可以部分取代原有的三价锰离子,由于稀土离子的离子半径较三价锰离子大,因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大,在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道,更有利于锂离子的嵌入与脱嵌;循环伏安及恒电流充放电测试结果表明稀土掺杂有效提高了LiMn2O4材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。

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．

F掺杂影响LiMn_2O_4性能的机理研究

F掺杂可以提高锂离子电池正极材料LiMn2O4的初始容量,但使材料的循环性能变差。其原因是F的掺入降低了Mn的平均价态,Mn3+的量增加,提高了材料的初始容量,但Mn3+量的增加也加剧了Mn的溶解和Jahn Teller畸变,使材料的循环性能变差。F掺杂虽然降低了材料的循环性能,但提高了材料的初始容量,为改善阳离子掺杂方法的不足提供了一条可能的解决途径。

F^-掺杂LiMn_2O_4的合成及电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成掺杂F-的LiMn2O4。通过XRD、SEM对掺杂F-的LiMn2O4材料的组成、结构、微观形貌等进行分析与表征,测试不同F-掺杂量的LiMn2O4在常温(20℃)、高温(55℃)下的电化学性能。结果表明:所合成的材料具有良好的尖晶石立方结构,无杂相;F-的掺杂提高了材料的比容量,增强了材料的稳定性,改善了其在高温下的循环性能。当F-的掺入量x由0增加到0.1时,材料的比容量由119.7 mA.h/g增加到124.9 mA.h/g,高温下充放电30个循环后容量保持率由79.4%增加到84.4%。

LiFePO_4-LiMn_2O_4混合正极材料对电池性能的影响

通过微波反应合成具有亚微米尺寸的LiFePO4/C复合材料,并将LiFePO4/C和通过高温固相法合成的LiMn2O4按照一定的质量比均匀混合用作锂离子电池正极材料。电池充放电测试表明电池的循环性能随着LiFePO4量的增加逐渐变好,当LiFePO4与LiMn2O4的质量比在3∶2时电池具有较好的循环性能和较高的比功率。交流阻抗测试表明二者混合试用可以有效地降低电极过程的电荷传递电阻。最后分析了循环性能提高的原因。

Al^(3+)、F^-掺杂LiMn_2O_4的高温电化学性能

采用固相法合成制得正极材料尖晶石型LiMn2O4及LiAl0 1Mn1 9O3 9F0 1固溶体,XRD显示了其具有良好的尖晶石结构。通过恒电流充放电、循环伏安等测试对样品的电化学性能进行对比研究,用SEM观察了它们之间的形貌差别。结果表明:与LiMn2O4相比,LiAl0 1Mn1 9O3 9F0 1具有良好的高温(55℃)循环性能,Al3+、F-的掺杂大大地提高了材料的稳定性,实验电池循环实验15次后容量仍能保持在110mAh/g左右。

尖晶石型LiMn_2O_4的水热合成及其锂吸附性能

以Mn(NO3)2,LiOH和H2O2为原料,通过控制水热反应条件直接合成了尖晶石型LiMn2O4纳米线,经酸浸脱锂后得到对Li+具有特殊选择性吸附的离子筛.用XRD,HRTEM,SAED和共存金属离子的分配系数等手段对产物的晶相结构及吸附性能进行了研究.结果表明,水热反应条件对前驱体结构有较大影响,前驱体LiMn2O4和离子筛MnO2均为一维纳米线,离子筛对不同金属离子的选择性吸附顺序为Li+>>Ca2+>Mg2+>Na+>K+,说明离子筛具有较高的Li+选择性.Li+的分配系数为16770.63mL/g,是高温焙烧样品(7917.49mL/g)的2.12倍,表明一维纳米MnO2离子筛对Li+的选择性吸附性能有显著提高.

稀土掺杂对LiMn_2O_4电化学性能的影响

用固相反应法合成了具有尖晶石结构的可用作锂离子二次电池正极材料的锂锰氧化合物（LiMn2O4）,并对其进行了镧、铈、镨、钕、铕、钐等多种稀土元素的掺杂修饰,形成稀土复合氧化物（LixMn2-yRe7y/6O4,0.95≤x≤1.2,0≤y≤0.3）。对材料进行了X射线衍射、循环伏安、充放电等测试,实验结果表明,掺入镧、铕、钕、钐、镨等元素所合成的材料具有标准尖晶石结构,较好的电化学可逆性能,较优良的高温性能。该材料在EC:DMC（1:1）+1mol/L LiPF6电解液中表现出了较优良的充放电性能,其首次放电容量达130mAh/g。

锂离子蓄电池正极材料LiMn_2O_4——包覆LiCoO_2对LiMn_2O_4循环性能的影响

将LiMn2O4置于LiAc和CoAc2的混合溶液中,缓慢蒸干溶液,煅烧后获得了包覆LiCoO2的LiMn2O4材料。通过电化学测试研究了钴的包覆量、煅烧温度、煅烧时间对包覆LiCoO2的LiMn2O4材料循环性能的影响,并比较了包覆Li CoO2前后,LiMn2O4材料分别在常温和高温环境下循环性能的差异。实验结果表明,在LiMn2O4的表面包覆LiCoO2,可以使LiMn2O4在常温和高温环境下获得良好的循环性能。

Sol-Gel合成LiMn_2O_4及其锂离子脱嵌/嵌入性能与结构的研究

采用溶胶-凝胶前驱体法合成了正尖晶石结构的LiMn2O4,研究了产物的结构、性能以及最佳的制备条件。结果表明,原料的配比和干胶的焙烧温度对产物的组成、结构以及颗粒形态有重要的影响。进一步的研究表明,LiMn2O4在1.0 mol L-1 HCl中酸浸120 h可得高纯度的-MnO2,-MnO2浸锂后得到Li+与LiMn2O4所形成的固溶体Li1.01Mn2O4,其锂离子脱嵌/嵌入在结构上是可逆的。固溶体Li1.01Mn2O4的形成可提高材料的锂离子筛分性能。

LiMn_2L(Ac)_2热分解制备的尖晶石LiMn_2O_4及其电化学性能

通过XRD、SEM及电化学测试等手段研究了前驱体LiMn2L(Ac)2(L为柠檬酸根)的焙烧工艺条件对尖晶石LiMn2O4产物的结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明:提高前驱体的焙烧温度有利于获得晶相结构、微观形貌及电化学性能均较好的LiMn2O4样品。在500℃焙烧2h再于750℃下保温8～16h的分段焙烧工艺所得样品的初始容量达到126.0mAh/g,循环50次后容量衰减了14.5%。

Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料的合成和电化学性能研究

研究了在锂离子电池尖晶石LiMn2 O4 正极材料上包覆Al2 O3来改善材料在循环过程中的容量衰减问题。通过SEM和X射线衍射研究材料的表观形貌和晶体结构 ,在电化学性能测试中 ,发现包覆Al2 O3可以减少材料与电解液的直接接触 ,阻止了电解液对尖晶石的侵蚀 ,抑制锰离子在电解液中的溶解和由此带来材料结构的改变 ,以及与电解液中微量的HF反应 ,避免了HF对锰离子溶解的加速作用。从电化学循环测试后材料的X射线图谱上可以发现 ,LiMn2 O4 材料包覆Al2 O3后 。