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1、锂离子电池尖晶石氧化锰锂 正极材料的研究 摘 要 锂离子电池在现代新能源中扮演着越来越重要的角色，在目前商品化锂离子电池中，正极材料主要还是氧化钴锂，而钴的数量有限，锂离子电池消耗钴量不少。另一方面，钴的价格最高，镍的价格其次，而锰的价格是最低的，由于我国的锰储量最丰富，应用氧化锰锂材料可以大大降低成本，而且锰无毒，污染小人们对回收利用问题在一次锂电池中已经积累丰富的经验，因此氧化锰锂成为正极材料研究的热点。锰氧化材料比较多，主要有三种结构：隧道结构，层状结构和尖晶石结构。研究氧化锰锂材料主要有尖晶石结构的 LiMn2O4，Li4Mn5O9 和 Li4Mn5O12，以及层状结构的 LiMnO2
2、。 对于 LiMn2O4,通过引入适当的杂原子和采用新的溶胶凝胶法制备可以有效的克服 Jahn-Teller 效应所造成的容量衰容减现象。当然通常制备 LiMn2O4 的方法是固相制备法。Li4Mn5O9,Li4Mn5O12 可以用低温方法合成能作为锂离子电池理想的正极材料。层状结构的 LiMnO2 的容量比目前常用的正极材料质量容量均要高，可达 270mAh/g，而且循环性能比较理想。随着电子技术的发展以氧化锰为正极锂离子电池将得到广泛的应用。 关键词：锂离子电池；正极材料；制备；发展；应用II Research the spinel structure of lithium mangane
3、se oxide as the anode electrode in lithium-ion battery Abstract Lithium-ion batteries in the modern new energy play an increasingly important role in the current commercial lithium-ion batteries, cathode materials of lithium cobalt oxide is mainly, but a limited number of cobalt, cobalt lithium-ion
4、battery consumption a lot. On the other hand, the highest price of cobalt, nickel prices followed, but the price is the lowest manganese, because of Chinas most abundant reserves of manganese, the application of lithium manganese oxide can significantly reduce material costs, and manganese non-toxic
5、, pollution, recovery of people Utilization in a lithium battery has been accumulated rich experience, so as cathode material of lithium manganese oxide of research. More manganese oxide materials, there are three structures: the tunnel structure, layeredstructure and spinel structure. Study of lith
6、ium manganese oxide spinel structure materials are LiMn2O4, Li4Mn5O9 and Li4Mn5O12, and the layered structure of the LiMnO2. For LiMn2O4, by introducing appropriate complex atoms and introduction of new sol - gel method can effectively overcome the Jahn-Teller effect caused by the reduced capacity o
7、f the capacity decay phenomenon. Of course, the method is usually prepared by solid phase LiMn2O4 preparation method. Li4Mn5O9, Li4Mn5O12 can be synthesized at low temperature can serve as the ideal lithium-ion battery cathode materials. Layered structure LiMnO2 capacity than the current capacity of
8、 commonly used cathode materials have to be high quality. Up to 270mAh / g, and the cycle performance is ideal. With the development of electronic technology to manganese oxide as cathode of lithium-ion batteries will be widely used. Keywords: Lithium-ion battery; Cathode material; Preparation; Deve
9、lopment; Applications 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 电池的发展过程及我国电池发展简史 . 1 1.2 锂离子电池诞生过程 . 2 1.3 锂离子电池原理，发展及特点 . 3 2 锂离子电池材料 . 6 2.1 锂离子电池正极材料 . 6 2.1.1 氧化钴锂正极材料 . 6 2.1.2 氧化镍锂正极材料 . 6 2.1.3 LiFePO4 正极材料 . 7 2.1.4 铁的化合物 . 7 2.1.5 钒氧化物 . 8 2.1.6 纳米正极材料 . 8 2.2 锂离子电池负极材料 . 8 2.2.1 碳负极材料 . 9 2.2.2 氮化物 . 9 2.2.3 硅及硅化
10、物 . 9 2.2.4 锡基氧化物和锡化物 . 9 2.2.5 新型合金 . 10 2.2.6 钛的氧化物 . 10 3 尖晶石氧化锰锂正极材料制备，结构和性能研究 . 11 3.1 尖晶石LIMN2O4 晶体结构. 11 3.1.1 LiMn2O4 充放电机理 . 12 3.1.2 Li-Mn-O 体系三元相图 . 14 3.1.3 LiMn2O4 容量衰减机理 . 15 3.1.4 过充电对材料的影响 . 15 3.1.5 合成方法对尖晶石型LiMn2O4 结构的性能的影响 . 15 3.2 LIMN2O4材料制备工艺 . 16 3.2.1 固相合成法 . 16 3.2.2 高温固相反应 . 16 3.2.3 微波烧结法 . 17 3.2.4 固相配位反应 . 17 3.2.5 软化学合成法 . 17 3.2.6 Penchini 制备LiMn2O4 . 18 3.2.7 沉淀法制备 . 18 3.2.8 溶胶-凝胶法 . 18 3.3 尖晶石 LI4MN5O12的结构和特点. 19 3.4 其他氧化锰锂正极材料 .
