论文摘要
尖晶石型LiMn2O4由于具有原材料贮藏量丰富、成本低廉、易于合成、工作电压高、环境友好等优点,成为安全的动力锂离子电池正极材料候选者。但是,传统固相法制备的尖晶石LiMn2O4在循环过程中由于固有晶格畸变、溶解所引起的容量衰减较明显,特别是在高温环境或大电流充放电条件下,其容量衰减迅速,严重阻碍其应用。本文通过应用聚合物相转化法制备了本征态和铝元素掺杂的尖晶石型LiMn2O4活性材料,利用扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）分别表征了其形貌和晶体结构；通过CV、恒电流充放电测试等手段研究了其处于不同电压、电解质和温度下的电化学性能,讨论了其结构和性能之间的关系。主要研究内容如下：1.我们采用聚合物PMMA的相转化法制备了具有三维骨架、孔洞相互连接的本征态LiMn2O4,优化了制备条件,研究了其电化学性能。结果表明,其在有机电解液体系中0.2、1、2和4C的首次放电容量分别为124、114、87和60 mAh·g-1,电极本体中锂离子扩散系数值达到10-9cm2·s-1量级；我们初步研究了此法制备的LiMn2O4在水性电解液体系中的电化学行为,确定了最佳充放电体系。其在1MLi2SO4溶液中以0.5和1C充放电时,首次放电分别为108和87 mAh·g-1；分别循环20和50次后,其容量保持率分别为88%和50%。2.我们采用相转化法制备了具有三维孔洞结构的掺杂Al改性的尖晶石型LiMn2O4,通过比较不同掺杂量、保温时间,确定LiAl0.1Mn1.9O4为最佳产品。结果表明,在有机电解液体系中,在3.0-4.3 V范围内,其0.2、1、2、4、8和10C的首次放电容量分别为135.6、131.2、116.8、106.1、91.6和70.2 mAh·g-1；在2.5-4.3V循环后再经3.0-4.3 V循环,0.2C容量恢复到120 mAh·g-1左右。55℃时1C循环50次后其容量保持率为87.5%,比未掺杂样品的57.4%要好得多。在水性电解液体系中,其1C放电容量为127.5 mAh·g-1,40C为62.4 mAh·g-1,大倍率以后再经1C放电可恢复至126 mAh·g-1,快充慢放条件下,其容量仍可达60mAh·g-1,充放电效率达97%。3.我们采用PMMA微球胶晶模板制备了三维大孔LiMn2O4,其在有机电解液中0.2、1、2、4和5C的初始放电容量分别是113.1、106.1、91.6、80.8和59.8mAh·g-1。另外,我们采用相转化法制备了Li（Nil1/3Co1/3Mn1/3）O2,初步研究了其在有机和水性电解液体系中电化学性能。