模板法制备层状锰酸锂材料及其掺杂改性研究

题名:模板法制备层状锰酸锂材料及其掺杂改性研究
作者:周振华
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:层状锰酸锂;;模板法;;稀土元素掺杂;;电化学性能;;纳米材料
摘要:

 锰酸锂材料由于具有资源丰富、价格低廉、对环境友好、耐过充放电、耐大电流放电和安全性能好等优点,被认为是最有前途的正极材料之一,尤其适合用作未来电动车动力电池的正极材料。在锰氧化物中可用作正极材料的有尖晶石型LiMn_2O_4和层状LiMnO2。但是尖晶石型LiMn_2O_4初始容量较低、循环性能差,而层状LiMn0_2理论容量高达285mAh/g,几乎是LiMn2O4的两倍,循环性能较好,引起来人们极大的Neodymium magnets兴趣,逐渐成为近年来的研究热点,是一种具有广阔发展前景的正极材料。

 本文首先以商业级大孔径硅胶为模板,利用硅胶的多孔结构制备了具有纳米尺寸的LiMnO2正极材料,TEM透射电镜显示模板法制备的材料的颗粒尺寸在30—50nm之间,与硅胶孔径尺寸基本吻合。然后采用普通法制备了微米级LiMnO2材料。用循环充放电测试考察了产物的电化学性能,结果显示模板法制备的纳米尺寸LiMnO_2与微米级材料相比显示了更好的充放电性能和循环稳定性,但是两者放电比容量都较低。

 为了更好提高材料的放电比容量和循环性能,在模板法的基础上分别掺杂不同的稀土元素Ce和La。XRD物相结果表明所制备的掺杂材料结晶度较好,纯度较高。颗粒尺寸也都在硅胶孔径范围内。充放电测试显示掺杂La或者Ce后,无论是材料的放电比容量和循环性能都有了较大幅度的提高。其中2%Ce掺杂的锰酸锂材料初次容量为108.6mAh/g,在30次循环后容量是98.8 mAh/g,容量保持率在90.9%。4%La掺杂的锰酸锂材料初次容量为113.5mAh/g,循环30次后其放电比容量是103mAh/g,容量保持率为90.7%。

 在模板法单元掺杂的基础上尝试二元掺杂,以期能进一步提高材料的电化学性能。我们分别在2%Ce和4%La掺杂的基础上分别掺杂不同比例的Ni,充放电测试表明掺杂后材料的放电比容量都有一个稳步上升的过程,然后趋http://www.chinamagnets.biz/于稳定,其中LiMn_(0.90)Ni_(0.08)Ce_(0.02)O_2首次放电比容量是87.8mAh/g,循环30次后其放电比容量为132.4 mAh/g,容量保持率为150.7%。LiMn_(0.86)Ni_(0.10)La_(0.04)O_2首次放电比容量是106.1mAh/g,循环30次后其放电比容量为141.3mAh/g,容量保持率为133.2%。这也同时说明了掺杂元素在抑制结构相变,提高循环稳定性上发挥了关键作用。
学位年度:2010