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江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 2020-08-05 點(diǎn)擊604次
鋰離子電池自商業(yè)化以來，由于具有鎳鎘、鎳氫電池不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，很快占領(lǐng)了相當(dāng)份額的電源市場(chǎng)，而正極材料為鋰離子電池的鋰源，其成本約占鋰電成本的40%，因而它的選材非常重要。相對(duì)于LiCoO2、LiFePO4和三元材料，尖晶石型錳酸鋰被認(rèn)為是具有良好應(yīng)用前景的鋰電池正極材料之一。
但以錳酸鋰為正極材料的鋰電池在高溫循環(huán)過程中存在明顯的電容量衰減現(xiàn)象。改善其高溫電化學(xué)性能的途徑一般為體相摻雜和表面改性，其中被普遍首肯的是通過離子體摻雜來改善尖晶石錳酸鋰的電化學(xué)性能，即錳酸鋰的循環(huán)性能可通過對(duì)其基體離子的部分替代而得到很好的改善（見圖）。試驗(yàn)采用固相反應(yīng)法合成正極活性材料LiMn2O4和LiPrxMn2-xO4，討論摻雜鐠元素的固溶體LiPrxMn2-xO4相對(duì)于純相LiMn2O4在結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能上的變化。
測(cè)試電池為紐扣電池。正極膜組成為m（活性物質(zhì)）∶m（乙炔黑）∶m（聚偏氟乙烯）=90∶5∶5，質(zhì)量精確到0.001，厚度≤100μm；對(duì)電極為金屬鋰片；隔膜為聚丙烯微孔膜Celgard2400；電解液為1mol/LLiPF6/碳酸乙烯酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）（體積比1∶1），錳酸鋰粉體材料使用鳳谷間斷氣氛回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)成型。所有電池在水體積分?jǐn)?shù)小于5×10-6的高純氬氣手套箱中組裝。
固相法合成的LiPrxMn2-xO4相對(duì)于純相LiMn2O4在高溫下循環(huán)時(shí)容量衰減減慢，材料的高溫循環(huán)性能得到改善。但因鐠離子不參與4V電壓平臺(tái)的電化學(xué)作用而降低了材料在4V平臺(tái)處的容量，且隨著鐠離子摻雜量的增加，材料LiPrxMn2-xO4的容量降低。固溶體LiPr0.08Mn1.92O4和LiPr0.10Mn1.90O4循環(huán)性能好，但是初始比容量低。固溶體LiPr0.06Mn1.94O4初始比容量為105mA·h/g，50次循環(huán)后容量保持率達(dá)到82.5％。純相LiMn2O4初始容量為115mA·h/g，50次循環(huán)后容量保持率僅為29.5%。綜合考慮，固溶體LiPr0.06Mn1.94O4高溫循環(huán)性能好，且具有較高的容量。因此，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，摻雜Pr離子的LiPr0.06Mn1.94O4材料，具有較高的容量和高溫循環(huán)性能，有效抑制了高溫下尖晶石錳酸鋰結(jié)構(gòu)的相變問題。