龍琪 奎有發(fā) 李亞林(青海鹽湖鎂業(yè)公司，青海 格爾木 816000)

本課題以鋰離子電池的正極材料作為研究方向，重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良電化學(xué)性能的單元摻雜的層狀錳酸鋰正極材料，以期通過(guò)元素的摻雜提高層狀錳酸鋰在充放電過(guò)程中的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。主要對(duì)層狀錳酸鋰進(jìn)行摻雜改性實(shí)驗(yàn)，研究單元摻雜層狀錳酸鋰的制備工藝，并對(duì)制得樣品進(jìn)行XRD、SEM等測(cè)試，分析樣品的摻雜效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

高能球磨機(jī)、高壓反應(yīng)釜、攪拌器、真空干燥箱以及一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用到的設(shè)備，如電子天平、各種玻璃容器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)采用水熱法制備層狀Li[MnxMy]O2(M=Cr、S，x+y=1)，其中nLi/nM=4:1，反應(yīng)溫度為180℃。采用水熱法制備出純的層狀錳酸鋰待用。首先稱(chēng)取一定量的LiOH?H2O、Mn2O3和Cr2O3(或Na2S?9H2O)，按球料比20:1將藥品倒入球磨罐中進(jìn)行球磨混料，轉(zhuǎn)速為160rpm球磨3h。然后將取出的藥品用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，直至其pH接近7，將清洗后的樣品放入恒溫干燥箱中，在80℃下干燥2h，干燥后的產(chǎn)物在研缽中進(jìn)一步研磨，得到Cr3+(或S2-)摻雜的樣品。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 層狀LiMnO2摻雜Cr3+的研究

2.1.1 不同Cr3+摻雜比例的研究

圖2.1 不同Cr3+摻雜比例與未摻雜樣品的XRD對(duì)比圖

圖2.1、是Cr3+不同摻雜比例、180℃下水熱反應(yīng)24h制備樣品的XRD圖譜，圖2.1為10%wtCr3+摻雜水熱反應(yīng)后樣品SEM實(shí)驗(yàn)照片。從圖2.1中可以看出，不同工藝下得到摻雜樣品均為o-LiMnO2。45°、40°和15°分別為o-LiMnO2的三強(qiáng)峰，對(duì)應(yīng)的晶面指數(shù)分別為(021)、(111)和(010)。

2.1.2 不同攪拌溫度對(duì)水熱反應(yīng)結(jié)果的研究

圖2.2為在不同水熱反應(yīng)時(shí)間下?lián)诫s10%S2-的XRD圖譜。從圖2.2中可以看出，相同水熱溫度和摻雜量下，則隨著水熱時(shí)間的延長(zhǎng)，衍射峰的強(qiáng)度逐漸下降，偏移量逐漸增大，反應(yīng)更加完全。同樣在圖2.2中不同水熱反應(yīng)時(shí)間下?lián)诫s5%S2-的反應(yīng)產(chǎn)物的XRD圖譜中也證明了這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖2.2 在不同水熱反應(yīng)時(shí)間下?lián)诫s5%S2-的反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)果分析

因此實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，同一水熱溫度和摻雜量下，時(shí)間越長(zhǎng)所得到的產(chǎn)物純度越高、潔凈度更高，制備效果更好。

3 結(jié)語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)水熱法制備層狀錳酸鋰進(jìn)行了單元Cr3+和S2-摻雜研究，得出以下結(jié)論：

3.1 采用水熱法工藝可以摻雜Cr3+制備LiMnO2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cr3+的摻雜隨著摻雜比例的增加，摻雜現(xiàn)象越明顯。

3.2 水熱合成法可以摻雜S2-進(jìn)LiMnO2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，S2-的摻雜隨著時(shí)間的增加，摻雜現(xiàn)象越明顯。偏移量隨S2-摻雜比例的增大而逐漸增加，當(dāng)S2-摻雜比例達(dá)到一定量時(shí)，隨摻雜比例繼續(xù)增大，偏移量不再發(fā)生變化，這可能是由于層狀LiMnO2中S2-的摻雜達(dá)到飽和。

3.3 利用水熱法用合適的元素及合適的劑量對(duì)層狀錳酸鋰進(jìn)行摻雜制備，能夠穩(wěn)定其層狀結(jié)構(gòu)。

[1]Park Sang Ho,Sun Yang-Kook.Synthesis and electrochem?ical properties of layered Li[Li0.15Ni（0.275-x/2）AlxMn(0.575-x/2)]O2materials prepared by sol-gelmethod[J].JPower Sources,2003,121:161-165.

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