文档介绍:I 摘要随着便携式电子设备、电动汽车(EV) 和混合动力汽车(HEV) 的快速发展以及能源与环境问题的日益突出,人们对化学电源提出了更高的要求。锂离子电池以其比能量大、工作电压高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、无污染等优点而得到广泛的应用。正极材料是锂离子电池的重要组成部分, 而尖晶石型 LiMn 2 O 4 作为正极材料具有资源丰富、价格低廉、环境污染小、安全性能好等优点, 被公认为最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。然而, 尖晶石型 LiMn 2 O 4 容量衰减较快, 特别是高温下容量保持性不佳, 这大大影响了其电化学性能,限制了它的实际应用。本文采用溶胶- 凝胶法成功制备了尖晶石 LiMn 2 O 4 正极材料,并采用 FePO 4 对其进行了表面包覆改性。同时,采用 X 射线衍射( XRD ) 、激光拉曼光谱( laser Raman spectro scopy ) 、扫描电子显微镜( SEM ) 、高分辨透射电子显微镜( HRTEM ) 、恒电流充放电、循环伏安( CV ) 、交流阻抗( EIS ) 等检测手段, 并结合多种电化学分析方法,对材料的结构、形貌以及电池的电化学性能进行了分析研究。首先, 采用溶胶- 凝胶法确定了样品合成的最优化条件: 350 ℃预烧 6h , PH=7 , 800 ℃退火 12h 。在上述方法和条件下合成了尖晶石结构的 LiMn 2 O 4 材料。 XRD 和 R ama n 分析表明, 该条件下制备的 LiMn 2 O 4 材料的衍射峰与卡片库吻合的非常好。通过 S E M 和 HRTEM 可以看出尖晶石 LiMn 2 O 4 表面光滑且结晶条纹清晰均匀。鉴于尖晶石 LiMn 2 O 4 具有三维离子通道, 结晶良好将有利于充放电过程中锂离子的扩散。其次, 采用 FePO 4 对尖晶石 LiMn 2 O 4 进行了表面包覆,包覆后材料的 XRD 分析显示,随着 FePO 4 包覆量的增加, (111) 衍射峰向低衍射角方向移动且衍射峰明显宽化, 这表明 FePO 4 包覆后 LiMn 2 O 4 材料的晶格参数变大, 并伴随着半高宽的增大。 HRTEM 结果显示,尖晶石 LiMn 2 O 4 经 FePO 4 包覆后,在表面明显形成了比较均匀的包覆层。最后, 对 FePO 4 包覆前后的尖晶石 LiMn 2 O 4 材料进行了室温和 55 ℃下的电化学测试。测试结果表明, FePO 4 表面包覆能显著改善 LiMn 2 O 4 在室温和 55 ℃下的电化学性能。其中, 3 wt.% FePO 4 包覆的 LiMn 2 O 4 显示出最优的电化学特性: 循环 80 周后, 室温下的比容量仅衰减 32% , 而 55 ℃下也仅衰减 34% ; 未包覆的 LiMn 2 O 4 在循环 80 周后室温和 55 ℃下的比容量损失分别达到 55% 和 72% 。另外, 我们对未包覆的和 3 wt.% FePO 4 II 包覆的 LiMn 2 O 4 材料进行了室温和 55 ℃下的 CV 测试, 结果表明, FePO 4 包覆能有效地改善反复充放电过程中 LiMn 2 O 4 的结构稳定性。综合各种分析测试结果, 我们认为, FePO 4 对活性材料尖晶石 LiMn 2 O 4 和电解液的物理隔绝作用和 FePO 4 与 SE I 膜组分的相互作用是 FePO 4 包覆后尖晶石 LiMn 2 O 4 电化学性能得到改善的主要原因。关键词: 锂离子电池, LiMn 2 O 4 , FePO 4 , 表面包覆, 电化学性能 III ABSTRACT W ith the rapid development of portable electronic devices, electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicle (HEV) and the crisis of energy and environmen, higher requirements for the chemical power have been proposed . Lithium - ion batter ies (LIBs) have been widely applied due to its many advantages , such as high voltage, large specific capacity, long cycle life, low discharge rate, no memory effect and pollution-free to environment. Cathode material is an important part