梯度核壳结构LiMn2O4正极材料的可控制备及电化学特性研究

Jahn-Teller effect and Mn dissolution results in the rapid fade of capacity in the charge-discharge cycle process and a short cyclic life of LiMn2O4, hindering the application of LiMn2O4 in power and energy storage battery. Based on the idea of a combination of structural design advanced preparation process, the project aims at developing a novel LiMn2O4 material with a core-shell structure by gradient coating method, settling the problems occurring in traditional doping modification method, such as uneven distribution of elements, stripping of coating, inexact coating, single phase of coating and etc, hence improving its electrochemical performance. The project takes a systematic study of the relation between its electrochemical performance and micro morphology, particle size and interfacial characteristics with the help of crystal structure analysis, electrochemical measuring technique and interfacial research to reveals the improvement mechanism of gradient coating on the electrochemical performance of LiMn2O4 cathode.material. The research work in this project will lay a foundation for the application of LiMn2O4 in power and energy storage battery.

Jahn-Teller效应和锰溶解导致LiMn2O4在循环过程中容量衰减较快，循环寿命较短，严重阻碍了锰酸锂电池在动力及储能电池中应用。本项目拟将结构设计与先进制备工艺相结合，通过在锰酸锂表面梯度包覆一层高温性能优越的富锂锰基固溶体，得到梯度包覆核壳结构锰酸锂材料，解决传统固相掺杂改性工艺中元素分布不均以及包覆改性工艺中包覆层脱落，包覆不严，包覆层单独成相等问题，改善其电化学循环性能。借助现代晶体结构分析、电化学测试技术及界面研究手段研究梯度核壳结构锰酸锂电化学性能与材料微观形貌、颗粒大小、界面特性之间的关系进行系统研究分析，揭示梯度包覆对锰酸锂正极材料电化学性能的改善机理。为实现锰酸锂在动力及储能电池应用奠定基础。

Jahn-Teller效应和锰溶解导致LiMn2O4在循环过程中容量衰减较快，循环寿命较短，严重阻碍了锰酸锂电池在动力及储能电池中应用。本项目通过创新性结构设计，在锰酸锂正极材料表面包覆一层高温性能优越的富锂锰基固溶体，从而改善材料的循环性能。研究结果表明，通过控制合成得到的四氧化三锰前驱体具有球形度好，振实密度高等优点，在此基础上通过改变加料方式及其他工艺，可以实现液相掺杂、液相包覆改性球形前驱体。联合高温固相法-控制结晶法得到的得到的镁、Ni及Ni,Co掺杂/包覆复合改性锰酸锂正极材料具有优良的循环性能。最后，在控制结晶法得到球形四氧化三锰后期通过改变Ni,Co加料速度及加料量，成功获得Ni,Co复合梯度掺杂/包覆改性前驱体，最后通过高温固相法成功在锰酸锂正极材料表面包覆得到一层梯度富锂锰基固溶体，该梯度核壳材料表现出优越的循环性能和倍率性能，材料1C初始容量达到119.8mAh/g，200次循环后容量达到115.8mAh/g，容量保持率达到96.66%。最后通过电化学分析及材料检测分析手段研究了梯度包覆改性机理，研究表明，富锂锰基固溶体包覆层很好的保护了锰酸锂正极材料，改善了锰酸锂正极材料与电解液发生的副反应，特别是高温锰溶解，最终改善了材料的循环性能。项目的顺利实施为实现锰酸锂在动力及储能电池应用奠定基础。