纳米级LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及电化学性能研究

【摘要】LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4是极具应用前景的锂离子正极材料,将他们纳米化可以显著提高其电化学学性能。本论文首先利用络合氧化理论,建立起了一种纳米单晶Mn304的快速制备工艺。所建立工艺方法,利用锰离子在碱性氨水-乙醇溶液中的络合作用,直接将二价锰离子络合物氧化为了Mn304固体小颗粒(4.5nm),避免了传统湿法制备Mn304中针对氢氧化锰中间产物的过滤、打浆、氧化等步骤。反应过程为气液反应,其反应速率较传统湿法中的气固反应速率大为提高,可将Mn304的生成时间从传统的几个小时降低到5min。在此基础上,以自制Mn304为原料,制备出了纳米LiMn2O4和纳米LiNi0.5Mn1.5O4两种锂离子电池正极材料,并通过XRD、SEM/TEM、电化学测试等手段对其性能进行了表征。所制备的LiMn2O4的粒径为24nm左右。0.5C下LiMn2O4/Li电池在室温下第1次循环的放电容量为115.4mAh·g-1,300次循环后的容量为91.4mAh·g-1,容量保持率为79.2%,而且半电池在0.1C下的放电容量为133mAh·g-1,在2C下的放电容量可达到为90mAh·g-1。通过新方法制备的纳米级LiNi0.5Mn0.5O4具有三维网状结构,粒径大概在80-100nm。0.5C下LiNi0.5Mn1.5O4半电池具有良好的循环性能,首次放电容量为128mAh·g-1,250个循环之后的放电容量为108mAh·g-1,容量保持率为84.4%,且0.2C放电倍率下的容量可达131mAh·g-1,2C条件下依旧有118mAh·g-1,结果表明,利用纳米Mn304制得的纳米LiMn2O4和纳米LiNi0.5Mn1.5O4,电化学性能优异。所建立的纳米Mn304、纳米LiMn2O4和纳米5O4制备工艺,过程简单,易于工业化。
【作者】李永立；
【导师】毛丽萍；李世友；
【作者基本信息】兰州理工大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】络合氧化；LiMn2O4；LiN0.5Mn1.5O4；Mn3O4；纳米材料；正极材料；

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