一种改善层状锰酸锂性能的方法.doc

本发明涉及一种  1.一种改性层状锰酸锂的制作方法，其特征在于包括如下步骤： （1）m-LiMnO2的制备 Mn2O3的制备：以电解MnO2为原料在高温下煅烧，温度分别控制在500℃、600℃、700℃、800℃、900℃a-NaMnO2的合成:将Mn2O3和无水Na2CO3按摩尔比1：1混合，用球磨机充分研磨，然后于卧式电阻炉中进行烧结，在氩气保护下进行升温至指定温度（710℃）后恒温24h，样品随炉冷却。 m-LiMnO2的制备：按摩尔比8：1称取一定质量的LiBr和a-NaMnO2，将LiBr在一定的正己醇中完全溶解，配置为4mol/L的溶液，然后加入a-NaMnO2摇匀，在145℃-154℃下加热回流8h。冷却至室温，将混合液过滤，沉淀物用n-正己醇和乙醇洗涤，然后干燥备用。 （2）m-LiMnO2的改性 在制备a-NaMnO2的原料中按比例加入一定量的掺杂元素（Co、Al、Cr），其他条件与（1）中的相同，得到的样品为a-NaM0.1Mn0.9O2（M代表Co、Al、Cr），然后通过离子交换法制得掺杂的层状锰酸锂。 2.如权利要求1所述的Mn2O3的制备中，煅烧环境一直处于密闭状态下不与空气接触直至冷却至室温 3.如权利要求1所述的m-LiMnO2的制备过程中溶解LiBr需适当加热才能保证完全溶解。 4.如权利要求1所述的m-LiMnO2的制备回流过程中需匀速搅拌。 5.如权利要求1所述m-LiMnO2的制备和m-LiMnO2的改性最后一步沉淀物洗涤先用正己醇洗涤少量多次，最后用乙醇洗涤3次即可。  一种改善层状锰酸锂性能的方法 技术领域本发明涉及 背景技术 发明内容附图说明 图1 是a-NaMnO2及 m-LiMnO2的X射线衍射图； 图3 是掺杂型层状锰酸锂的X射线衍射图谱； 图4 是800℃下处理的Mn2O3的SEM图； 图5 是m-LiMnO2的SEM图。 图6 是m-LiMnO2的首次充放电曲线。 图 7 是m-LiMnO2的循环曲线。 图8 是掺杂型 m-LiMnO2的放电曲线。 图9 是掺杂型 10%Al3+的LiMnO2的循环曲线。 　 图10 是掺杂型 10% Cr3+和Co3+及不掺杂的LiMnO2的循环曲线对比。 具体实施方式 =m×Q0,Q0=285mAh/g），终止电压为4.5V；放电电流为0.1C；放电电压为2.5V 具体实施方式二 XRD分析 从不同温度下制得的Mn2O3样品的X射线衍射图谱可知：900℃下制备的样品主要物相为Mn3O4，500℃以下制备的样品中电解MnO2分解不完全；600℃、700℃、800℃制备的样品均为单一的Mn2O3晶相，其中800℃下制备的样品物相最纯，颗粒比较粗糙，粒度较大，更有利于固相反应中的结晶，故采用800℃恒温15h加热制备的Mn2O3作为a-NaMnO2合成的前驱体较为合适。600℃、800℃、900℃下样品的X射线衍射图谱如图1所示。a-NaMnO2样品经X射线衍射证实是单一的a-NaMnO2晶相，如图2所示。 m-LiMnO2图谱（图2）与文献提供的图谱吻合得很好，证实其物相为层状LiMnO2晶相。样品经X射线衍射证实为单一的LiMnO2晶相。图2是样品m-LiMnO2的X射线衍射图谱。 掺杂型m-LiMnO2的XRD图谱与未掺杂m-LiMnO2的图谱非常相似， 如图3所示。图谱中没有出现掺杂物质的衍射峰，说明掺杂原子已进入层状锰酸锂的晶格之中。 具体实施方式三 SEM形貌分析 从Mn2O3样品的SEM图可以看出800℃下加热15h的样品颗粒分布均匀，表面光滑，没有明显的结块，平均粒径为0.5μm，如图4所示。 图5是m-LiMnO2的SEM图，可以明显看出层状锰酸锂具有典型的层状结构，颗粒大小分布不是很均匀，平均粒径约3-4μm。掺杂型m-LiMnO2的表面形貌与未掺杂的m-LiMnO2相差不大。 具体实施方式四 电化学测试 图6和图6给出了未掺杂m-LiMnO2的首次充放电曲线和循环寿命曲线，可以看出其充电比容量高达260mAh/g以上，而放电比容量只有130mAh/g左右，而且放电电压平台不明显，平均值在3V左右。不可逆容量几乎是总容量的一半，说明未掺杂m-LiMnO2在初次循环过程中，锂离子几乎能全部脱出，但只有约一半能回嵌，形成了Li0.5MnO2。电池的循环性能不好，容量衰减严重，4个循环后就衰减了14.2%，10个循环后就衰减了30%。层状锰酸锂在循环过程中结构从单斜结构变为菱形结构，晶格参数c/a比变化较大，因而体积发生了较大的变化，反复循环导致层状锰酸锂的结构发生了严重的塌陷，锂离子进出通道受阻，因而容量衰减明显。说明未掺杂m-LiMnO2离实际应用有很大差距，必须进行改性。掺杂了10%的Co3+、