A06-掺杂Cu对LiMn2O4正极材料的电化学性能研究的影响

掺杂Cu对LiMn2O4正极材料的电化学性能研究的影响摘要：通过溶胶凝胶法合成了锂离子电池正极材料LiCuXMn2-XO4，并对产物进行了SEM和电化学测试，产物的粒径为300~400nm。在0.1C放电倍率下进行循环测试后得到的电化学测试表明在掺杂Cu的x取0.05的放电比容量最大，为89.8mAhg-1。随着Cu含量的增加其电化学性能越差。关键词：锂离子电池；LiCuXMn2-XO4；放电比容量；溶胶凝胶EffectofCu-dopedontheelectrochemicalcharacterizationofLiCuxMn2-xO4cathodematerialsAbstract：LiNi0.4Mn1.6O4asalithiumionbatterycathodematerial,waspreparedwithsol-gelmethod.TheproductwascharacterizedbySEMandtheelectrochemicaltests.Thesizeofproductwas300~400nm.WhenCu-dopedxwas0.05,theelectrochemicaltestsatthedischargerateof0.1Cshowedthebestcapacitywhichwas89.9mAhg-1.WiththeamountofCuincrease,thepropertiesofproductwasdeclined.Keywords：lithiumionbatterycathodematerial；LiCuXMn2-XO4；thedischargespecificcapacity;lowheatingsolid-statereaction正极材料作为锂离子电池中重要的组成部分，对其投入了大量的科学研究。近年来，尤其是5V锂离子电池正极材料更是引起了大家的关注。对于LiMn2O4材料的改性研究中，掺杂是一种最普遍的方法。而Cu作为一种即成本低又环境友好的材料，是一种优良的掺杂金属。本文以乙酸盐为原料，柠檬酸为络合剂，通过溶胶凝胶法合成LiCuXMn2-XO4材料。材料制备方法简单且成本低廉，且所得产物的粒径为纳米级。1实验1.1正极材料LiCuXMn2-XO4的制备将乙酸锂、乙酸铜、乙酸锰和柠檬酸按照化学计量比混合后（乙酸锂稍过量），在70℃下边搅拌并用氨水调节pH为7。然后恒温蒸去多余水分，形成凝胶状前躯体。然后将在120℃下真空干燥过的前躯体在空气气氛下450℃下煅烧6h，然后在850℃下煅烧12h，反应自然冷却后得到目的产物。1.2纽扣电池制作装配成CR2025电池对材料进行电化学性能测试。正极以铝箔为基体，以正极材料LiNiXMn2-XO4、乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按照18:1:1（质量比）组装成电池；电解液为1MLiPF6/EC+DEC+DMC（体积比为1:1:1），以金属锂片为负极。采用LAND测试系统，在室温下以0.1C的充放电倍率对电池进行恒流充放电测试，电压范围3V~5V。采用AUTOLAB测试系统对电池进行循环伏安性能测试，电压范围为3V~5.1V。2结果和讨论图1是产物LiCuXMn2-XO4的循环伏安曲线，扫描速度为0.1mV/s。从图中可以看出曲线上在4.2V-4.5V和4.9V出现两个氧化峰，在4.7V和3.4V出现两个还原峰。4.2V-4.5V的氧化峰对应为Mn3+/Mn4+，而4.9V的峰为Cu2+/Cu3+之间的氧化反应。图2是材料在0.1C倍率下首次放电曲线，制备出来的产物除了在4.2V-4.5V存在一个平台之外，在4.8-4.9V间也存在一个平台。其与图3的循环伏安曲线的相对应。图3是在实验条件下制备产物LiCu0.5Mn1.5O4的SEM谱图，从图中可以看出产物呈现颗粒状，且酥松多空，但粒径分布不是很均匀，且存在部分团聚。粒径在300-400nm。图4是不同掺杂Cu含量的产物在0.1C下的充放电倍率下的比容量的变化，从图中可以看出随着掺杂Cu的含量的增加，材料的比容量也从初始101.1mAhg-1的比容量减少至68.7mAhg-1左右。可见掺杂使其性能衰减。图1产物LiCu0.3Mn1.7O4的循环伏安曲线图2产物LiCu0.3Mn1.7O4在0.1C下的首次放电曲线Fig.1.CVsoftheLiCuXMn2-XO4Fig.2.Thefirstcharge-dischargecurvesoftheLiCu0.3Mn1.7O4图3产物LiCu0.5Mn1.5O4的SEM谱图图4在0.1C下Cu含量增大的放电比容量Fig.3.SEMimageofTheLiCu0.5Mn1.5O4Fig.4.diachargecapacityoftheLiCuXMn2-XO43.结论通过溶胶-凝胶法合成了掺杂Cu的LiMn2O4正极材料，在实验条件下得到产物的粒径在300-400nm。电化学性能测试表明，随着掺杂铜含量的增大，电化学性能衰减。参考文献