层状Li0.7CoxMn1-xO2正极材料的合成和电性能研究.pdfVIP

维普资讯 第 19卷 第 5期 无 机 材 料 学 报 V01．19．No．5 2004年 9月 JournalofInorganicMaterials Sep．，2004 文章编号：1000—324X(2004)05—1051—07 层状LiO．7CoMn1一O2正极材料的合成与电性能研究 钟 辉 ，许 惠3 (1．成都理工大学材料与生物工程学院，成都610059；2．成都雷雳高科技公司，成 都610045；3．重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆400067) 摘 要 ：通过离子交换法在空气气氛中合成了具有 O2型结构特征的掺Co 型层状正极材料 Lio7CoMnl一O2，用XRD、SEM 、粒度分析和电性能测试等手段研究了煅烧温度和掺钴量对前 驱体碱锰青铜及 目标正极材料性能的影响．在900。C煅烧 16h合成的前驱体Na07Co02Mn0．8O2 具有P2型层状碱锰青铜结构特征，XRD特征峰尖锐．样品Lio7Coo．2Mno．802在 2．25—4．20V 首次放电容量为 162mAhg·_。，循环40次后，容量保持率在 90％以上；充放电曲线光滑，仅存 在2．70—2．90V唯一充放电平台，在循环过程中未发生可逆相变． 关 键 词 ：锂离子电池；正极材料；层状；锂锰氧化物 中图分类号 ：TM911 文献标识码：A 1 引言 锂离子电池正极材料具有比容量大、电压高、自放电小等优点，自1992年问世以来发展 迅速．锂钴氧化物、锂镍氧化物及锂锰氧化物是 目前研究最为热门的正极材料，但 LiCoO： 正极材料价格贵，污染大 ；LiNiO2正极材料合成困难、安全性差 ；锂锰氧化物因其污染 小、价格低等优点成为 目前最具吸引力的正极材料．锂锰氧化物正极材料主要为尖晶石型 LiMn204和层状结构的LiMnO2，尖晶石型LiMn204正极材料因放电比容量仅为ll0mAh．g 左右而制约了其发展．具有Q—NaMnO2层状结构的LiMnO2理论放电比容量为285mAh．g_。， 实际放电比容量可达 190mAhg· 以上，是一种具有极大发展前景的正极材料，成为 目前国 内外研究的热点 【～引． Delmas等 【J按氧的不同的堆栈方式将具有层状骨架的碱青铜AMnO 来划分三种结 构，即P3，P2，03三种，前面的字母表明青铜中氧的堆栈情况 (0：八面体结构 ；P：三棱柱 结构，指层间碱金属离子所处的位置，后面的数字说明在单位结构中MnO：结构的层数)． 由P2型NaMnO2通过离子交换制备的02型LiMnO2中的氧原子排布与尖晶石结构中O 原子排布不同，由02一LiMnO2到尖晶石结构LiMn2O4的转化只能通过氧晶格的重组来实 现，而这就要求破坏Mn-O键，但室温条件下根本不能达到这种要求 ；在电池充放电过程 中，该结构也不会向尖晶石结构转换，因而具有 良好的循环稳定性 [5]_Q—Na。MnO：就是这 ． 种具有P2型结构的层状化合物，将其通过离子交换反应制备的02型Li0．7MnO2材料作为 锂离子电池正极材料具有实际的应用价值和意义 【，引．未掺杂的层状Li0 ． 7MnO2正极材料不 收稿 日期 ：2003—08一l1，收到修改稿 日期 ：2003—09—12 作者简介；钟 辉 (1959一)，男，博士，副教授．E—mail：zhonghQlib．cdut．edu．cn 维普资讯 1052 无 机 材 料 学 报 19卷 但难于合成，且在充放电过程中由于锂离子的反复脱出和插入，晶体结构易发生变化，逐 渐向尖晶石结构变化，并发生Jahn—Teller扭曲，致使其充