文档介绍：学校代码 10530 学号 200806031137
分类号 O646 密级

硕士学位论文

尖晶石锰酸锂正极材料的合成
及改性研究

学位申请人李小栓
指导教师陈权启副教授王先友教授
学院名称化学学院
学科专业物理化学
研究方向电化学

二○一一年五月
Study on Preparation and Modification of
Spinel Lithium Manganese

Candidate Xiaoshuan Li
Supervisor Associate Professor Quanqi Chen
Professor Xianyou Wang
College Chemistry
Program Physical Chemistry
Specialization Electrochemistry
Degree Master of Science
University Xiangtan University
Date May 2011
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日

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作者签名: 日期: 年月日

导师签名: 日期: 年月日
摘要
尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)材料由于具有较高的放电平台、低廉的价格、对
环境无污染和易合成等优点,成为当前非常具有发展潜力的正极材料之一。然而,
尖晶石锰酸锂的电化学循环性能较差,尤其是高温(55 ℃)循环性能,严重阻碍了
它的工业化进程。本论文采用低共熔锂盐为锂源,通过便于工业化的固相法制备
纯尖晶石锰酸锂及其铝掺杂材料。通过 X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电
化学阻抗谱(EIS)、循环伏安(CV)及充放电测试等测试技术,研究反应条件、离
子掺杂量及表面包覆物的量对 LiMn2O4 结构及其电化学性能的影响,并优化制备
工艺。
以LiOH-Li2CO3低共熔锂盐体系为锂源,以MnO2为锰源,通过预焙烧和高温
焙烧两段焙烧的高温固相法合成尖晶石LiMn2O4材料,研究合成条件对材料的结
构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,:2,最佳
预焙烧和高温焙烧温度分别为600 ℃和750 ℃。由最佳条件合成的LiMn2O4具有
较高的容量和循环性能, mAh·g-1,30次循环后的容量保持
率为87%。
在固相法合成LiMn2O4材料的基础上,以Al2O3为铝源,合成LiAlxMn2-xO4(x =
, , )并研究铝掺杂量对材料的结构及电化学性能的影响。结果表明,铝
的掺杂并不改变活性材料的尖晶石结构,活性材料的放电容量有一定程度的下
降,但显著提高材料的循环性能,尤其是高温循环性能。其中, 在
所有LiAlxMn2-xO4材料中具有最好的循环性能,室温下,
为117 mAh·g-1,30次循环后容量仍维持106 mAh·g-1,容量保持率高达94%。而
-1
mAh·g ,30次循环后容量为106
-1
mAh·g ,容量保持率为86%。55 ℃,
-1
量为116 mAh·g ,30次循环后的容量保持率为65%,而LiMn2O4材料30次循环后
的容量仅为65 mAh·g-1,容量保持率约为50%。
采用气相SiO2对固相法合成的LiMn2O4进行表面包覆改性,并研究SiO2的用
量对材料的结构及电化学性能的影响。结果表明,SiO2的加入并没有改变材料的
尖晶石结构,LiMn2O4包覆SiO2后