锂离子电池八面体尖晶石LiMn2O4的制备及改性研究

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水系锂离子电池不仅更加安全环保,而且在实际应用中能够表现出较高的能量密度,表现出更加广泛的应用前景,吸引了很多研究者的目光。尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)作为一种常见的受人欢迎的锂离子电池正极材料,不仅储藏丰富、成本低,而且具有易合成等优点,是最有潜力的电池电极材料之一,但是容量衰减问题限制了其发展和应用。因此,本文以尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)为研究对象,从控制晶面取向和表面包覆两个方面来抑制容量衰减,改善循环性能。具体研究内容如下:(1)以碳酸锰(MnCO3)为前驱体合成了八面体锰酸锂,将该样品命名为O-LMO1,样品O-LMO1在水系和有机系锂离子电池中表现出优越的电化学性能。在水溶液体系中,样品O-LMO1在0.1 A g-1的电流密度下表现出121.4 m Ah g-1的放电比容量,在相同测试条件下经过200次循环后,容量保持率为87%。当电流密度为1.0 A g-1时,500次循环后容量保持率为87%。在有机体系中,样品O-LMO1在0.1和1.0 A g-1两种电流密度下分别循环300和500次后,容量保持率为92%和84%。通过对容量衰减机理的初步研究,证明主要暴露(111)晶面的八面体结构能够提高结构稳定性,抑制Mn的溶解,改善循环稳定性。(2)以二氧化锰(MnO2)为前驱体合成了八面体锰酸锂,将该样品命名为O-LMO2,在水系和有机系锂离子电池中具有良好的电化学性能。在水系锂离子电池中,样品O-LMO2在0.1 A g-1下表现出107.6 m Ah g-1的放电比容量,在此电流密度下进行200次循环后的容量保持率为88%,在1.0 A g-1下循环500次后的容量保持率为91%。在有机系锂离子电池中,在0.1 A g-1的测试条件下,样品O-LMO2达到100.9 m Ah g-1的放电比容量,在此测试条件下进行300次循环后的容量保持率为89%,1.0 A g-1下经过500次循环的测试结果为87%。(3)为了进一步改善锰酸锂的循环性能,在八面体锰酸锂的表面包覆了一层聚丙烯酸锂,命名为LiPAA@LMO。在水系锂离子电池中,在0.1 A g-1的测试条件下,样品LiPAA@LMO表现出108.6 m Ah g-1的放电比容量,经历了500次循环后的容量保持93%,在1.0 A g-1下循环500次后,容量未有明显下降。在有机系锂离子电池中,样品LiPAA@LMO在0.1 A g-1的测试条件下经过300次循环后容量保持率为96%,初始容量为95.0 m Ah g-1,循环稳定性得到进一步提高。
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