镍铬复合掺杂尖晶石锰酸锂的合成与性能研究.doc

镍铬复合掺杂尖晶石锰酸锂的合成与性能研究（完整版）实用资料
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Vol137No110
・54・化工新型材料
NEWCHEMICALMATERIALS第37卷第10期2021年10月
作者简介:钟新仙(1973-女,博士,副教授。主要研究方向:应用电化学。
联系人:王红强(1974-男,博士,教授。主要从事无机非金属材料、化学电源等研究。
镍铬复合掺杂尖晶石锰酸锂的合成与性能研究
钟新仙胡思江王红强3李泽胜黄有国
(广西师范大学化学化工学院,桂林541004
摘要采用高温固相合成法制备了LiMn2O4、Ni和Cr以及Ni2Cr复合掺杂的锂离子电池用锰酸锂正极材料。采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射和充放电性能测试等手段研究了材料的形貌、物相和电化学行为。结果表明:掺杂改善了材料的形貌,稳定了材料的结构。样品LiMn1185Ni01075Cr01075O4的表面光滑,粒度分布范围小,为单一的尖晶石结构的物相。其首次放电容量为8112mAh/g,300次循环后容量保持率为首次的91%,表现出优异的循环性能。
关键词复合掺杂,锰酸锂,固相合成,正极材料
SynthesisandperformanceoftheNi2Crmulti2doped
spinel2lithiummanganeseoxides
ZhongXinxianHuSijiangWangHongqiangLiZeshengHuangYouguo
(ColledgeofChemistryandChemistryEngineering,GuangxiNormalUniversity,Guilin541004
Abstract
LiMn2O4andNi2Crco2dopedspinelLiMn2-xMxO4(M=Ni、Cr,x=0115ascathodeforlithium2ionbat2terieswerefabricatedbyhightemperaturesolid-statereactionmethod.Morphologies,phasesandelectrochemicalproper2tiesofthematerialswereobtainedbySEM,XRDandcharge2dischargetesting.Theresultsshowedthatmorphologyandstructureofmaterialswereimprovedduetodoping.ThesampleofLiMn1185Ni01075Cr01075O4hadasmoothersurfaceandanarrowparticlesizedistribution.TheXRDspectrashowedthatthesamplehadpurespinelstructurephase.Itdiliversandischargecapacityof8112mAh/gforthefirstcycleandstillretained91%oftheinitialcapacityafter300cycles.Itexhibi2tedanexcellentcyclingstability.
Keywords
multi2doping,lithiummanganeseoxide,solid2statereaction,cathodematerial随着能源危机的加重和人们环保意识的加强,锂离子动力电池作为新型绿色能源越来越受到广泛关注[123]。尖晶石
型锰酸锂是混合动力汽车(HEV和纯电动汽车(EV所用高能锂离子电池正极材料的研发热点,被认为是最具发展前景的锂离子动力电池正极材料之一
[426]
。然而,尖晶石锰酸锂较
快的容量衰减,尤其是在高温条件下的循环性能一直是制约其规模化的瓶颈。一般认为,Jahn2Teller效应[728]、锰的溶解[9210]和充放电过程中晶相的转变[11212]是引起容量衰减的主要原因。在提高尖晶石LiMn2O4的循环性能方面,利用阳离子掺杂来稳定LiMn2O4的结构被认为是解决容量衰减的最有效的方法[13]。但单一阳离子掺杂往往只能从某一方面改善电极性能,不能达到预期效果[14215]。相比之下,多元素掺杂能够很好的提高材料的综合电化学性能
[16218]
。本研究通过掺杂
不同量的Ni2+和Cr3+,并考察其对材料电化学性能的影响,以期合成低成本、高性能的锂离子电池用尖晶石锰酸锂正极材料。
1实验部分
111材料的制备
以LiCO3、MnCO3、NiCO3和Cr2O3为原料,分别按纯锰
酸锂和镍铬掺杂锰酸锂化学计量比称量,置于搅拌磨(锆球,球料质量比为10∶1中球磨3h,然后以2℃/min的升温速率从室温升至600℃,保