层状锰酸锂的制备及掺杂研究

【摘要】随着锂离子电池的广泛应用，层状锰酸锂（LiMnO2）因其丰富的锰资源、低毒性、高容量（285mAh/g）等优点成为近年来最具吸引力的新型正极材料之一。但目前对LiMnO2的研究还止步于实验室，制备成本高、结构不稳定、电化学循环性能差等缺点，严重阻碍了LiMnO2的商品化。本文通过优化成熟工艺、探索研究新型制备工艺、对LiMnO2的元素掺杂进行研究，为LiMnO2尽早实现商品化、改善电化学性能提供理论依据。具体研究内容如下：（1）采用水热法制备了正交结构的o-LiMnO2。系统研究了Li/Mn摩尔比、水热温度、水热时间对实验结果的影响。结果表明，随Li/Mn摩尔比增加、反应温度升高、反应时间延长，制得的o-LiMnO2纯度越高。从节约能源、降低成本方面考虑，选择水热法合成LiMnO2的最佳工艺为：Li/Mn摩尔比为4:1、180℃条件下反应10h。（2）采用水热合成法对LiMnO2进行了Al、Mg、Y、Ni、Cr、S等元素的一元、二元掺杂研究。研究结果表明，水热法单元素掺杂是可行的，水热法二元掺杂化学机理复杂，有待进一步的研究。（3）采用机械合金化法制备了正交结构的o-LiMnO2。研究了球料比、Li/Mn摩尔比、球磨过程控制剂、球磨时间对实验结果的影响。结果表明，机械合金化法可以在较低的Li/Mn摩尔比（1.5:1）条件下制备出纯净的o-LiMnO2。（4）采用水热-离子交换法制备了单斜结构的m-LiMnO2。研究了不同锂源、Na/Mn质量比、反应温度、反应时间对实验结果的影响。结果表明，与蒸馏法相比，采用水热-离子交换法可在较短的时间成功实现离子交换合成m-LiMnO2；锂盐的选择对实验的结果有很大影响。
【作者】胡慧中；
【导师】潘保武；
【作者基本信息】中北大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；LiMnO2；掺杂；机械合金化法；

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