纳米粉体的结构与电化学性能研究论文摘要：采用溶胶一凝胶法并结合热处理工艺合成掺铝LiMn：O纳米粉体并考查了对其进行结构和形貌分析结果表明；以硝酸钽硝酸锰和硝酸铝为原料直接以聚丙烯酸（PAA）为整合剂获得了LiAMn90纳米粉体随着烧结温度的升高和烧蛄时闻的增加晶拉尺寸逐渐增大且尖晶石型结构愈趋完整；在800C烧结8h获得了颗粒分布均匀结构稳定的纳米晶扮体且结晶性能好形成了单一的尖晶石结构掺铝LiMn0没有改变尖晶石的晶体结构但明显增强了材料的结构稳定性关键词：溶胶一凝胶PAA尖晶石LiMn：o掺杂中图分类号：TM9129文献标识码；A文章编号：1674—098X（）ll（a）—0221—02以LiC00作正极的锂离子电池虽然具有开路电压高、比能量高、循环寿命长、能快速充放电的特点但LiC00价格较高且对环境有害而尖晶石结构的LiMn0因其锰资源丰富、价格便宜、无毒且污染小因此LiMn04被公认为是最有希望的锂离子电池正极材料之一成为近年来锂离子电池正极材料研究的焦点然而因LiMn0充放电过程中易发生Jahn—Teller效应、锰在电解液中的溶解、高电位充电时电解质溶液易分解等因素使得LiMn0材料存在容量衰减的问题LiMn0中掺杂一些杂质离子如Co+、Ni+、Mg+、Al+、Cr+等是改善上述问题的一个主要途径本文以PAA作螯合剂用溶胶一凝胶法制备LiAllMn90粉体重点研究了热处理条件对其结构的影响进一步研究了电化学性能1实验实验所用的原料和试剂均为AR级按LiAiolMnl90的化学计量比将硝酸锂、硝酸铝和硝酸锰溶解在去离子水中加入与金属离子摩尔比为03：1的PAA搅拌均匀将混合溶液加热至80C恒温1Oh后蒸发多余水分得到凝胶凝胶置于真空干燥箱内120C干燥24h形成干凝胶将干凝胶粉置于刚玉坩埚在箱式炉内550～800'C烧结得到蓬松黑色粉末采用X射线衍射仪（西门子D8型）和CHI660C电化学工作站对样品的结构和电化学性能进行表征2结果与讨论21烧结条件对掺铝锰酸镊粉体结构的影响烧结温度对尖晶石结构的影响较大考察了LiAlMn90在550～8000C温度下保温8h获的样品的衍射图如图l所示可以看出低温烧结时已具有明显的尖晶石骨架特征峰说明已慕本形成了尖晶石结构但峰形较宽且峰强较弱表明此时反应不完全结晶度较低随烧结温度的升高峰形变得越来越尖锐强度变大说明LiAl0lMnl90的晶粒粒径随烧结温度升高而增大即晶粒不断生长品格对称性较好结晶度高800C条件下得到纯度较高的尖晶石结构与纯LiMnO的XRD图谱比较可看出LiAlMn90样品中没有出现单纯铝化合物的衍射峰表明Al已嵌入LiMnO结构中说明掺入少量Al不会引起LiMnO尖晶石结构的变化利用X'PertHighScore软件分析发现样品品格常数比标准LiMn0的品格常数（0=082476）略小说明掺Al后样品的品格收缩、晶胞体积减小结构更加稳定相对于尖晶石LiMnO的标准XRD图谱样品的峰强偏低且峰宽较大这主要由于晶粒粒径较小引起的按Sherrer公式计算出800C烧结8h样品粒径为80nm纳米颗粒粉体作为锂离子电池电极的活性物质使电极在大电流下充放电极化程度小、可逆容量高、循环寿命长等优点因此由纳米颗粒构成的LiAioiMnlg0晶态粉体有望成为具有良好电化学性能的锂离子电池正极材料进一步考察了烧结时间对掺Al锰酸锂结构的影响800C烧结2h、8h和12h的LiAiO1Mnlg004粉体得出XRD结果如图2所示可以看出保温2h时样品的峰形较小峰强较弱且峰形较宽说明晶化不完整随着保温时间的延长峰形变尖锐峰宽变窄结晶度进一步提高而保温12h时虽然主峰较强但有杂相峰出现主要是由于锂元22电化学性能测试在35～45V范围内0ImV/s扫速时测试了8000C退火8h制备的掺铝LiMn0粉体的循环伏安曲线如图3所示可以看出在35～45V之间有两对明显的氧化还原峰a、a’和b、b’说明电池充放电的过程是一可逆的氧化还原反应锂离子的嵌入和脱出分两步进行还可以看出循环伏安曲线氧化还原峰尖锐分形清晰说明800'C退火所得掺铝LiMn0粉体材料的结晶度高与XRD结果相一致在每个反应阶段充电时Li+首先从一半的四面体8a位置中脱出即每一个拥有最相邻Li—Li对的Li优先脱出然后另一半Li从其余的四面体8a位置中脱出使得部分LiMn20转变成入—Mn0发生氧化反应氧化峰分别为405和415VI放电时Li+同样的分两步嵌入到LiMnO结构中发生还原反应还原峰分别对...