超细锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成技术研究(3)
而解决尖晶石LiMn2O4循环过程中容量衰减的途径主要有掺杂和表面修饰[15,16],其中LiMn2O4的表面包覆大多采用金属氧化物虽然可以提高其循环稳定性但金属氧化物的导电性能较差降低了LiMn2O4材料的导电性能[17].
1.3.3 LiMn2O4正极材料的制备
除了正极材料本身外，负极材料，电解液以及电池极片设计都有可能影响LiMn2O4电池的循环性能。
尖晶石LiMn2O4 正极材料的初始容量和充放电循环性能受其合成条件的影响很大。 通过优化LiMn2O4 的合成工艺, 可以有效地改善它的电化学性能。 目前的合成方法有多种, 大体可分为2类: 高温固相合成技术和低温液相合成技术。
高温固相合成法具有制备工艺简单, 合成过程容易控制, 成本低, 适于工业批量生产，但其制得的粉体性能一般不如液相法制得的粉体。传统液相法制备工艺复杂，成本高，不利于工业推广。
1) 固相法
LiMn204的传统制备方法就是固相法。最初由Hunter[18]提出，将锂盐与锰盐在500—750℃直接连续加热一段时间，所得产物电化学性能很差，其原目是锂盐与锰盐未能充分接触和产物局部结构的非均匀性，而且反应温度高、时间长。Tarascon等人[19]对该制备方法进行了改进，在合成过程中增加了几次淬火、研磨的过程，使得产物性能有了较大改善。主要有分段加热法、加入辅助溶剂以及球墨法。
2) 液相法
液相法是将锂盐与锰盐混合成均一的溶液，再进行后处理，在液相反应中，反应物是在分子以及原子的水平上进行接触。因而改善了固相法原料混合不均以及反应不充分的问题。根据所加入的溶剂不同，可细分为加络合剂的溶胶-凝胶法和加沉淀剂的共沉淀法。
1.3.4 正极材料烧结工艺
无论是液相法还是固相法，制得的前驱体都要进一步煅烧。在文献中可以看到，在对正极材料烧结的过程中，工艺参数的选择对产物的性能有关键性的影响，尤其是以锂锰物质的量比、烧结温度为主，恒温时间对产物的影响较小。[20]因此，正确选择工艺参数也是控制正极材料质量的关键因素。
1.4 小结
尖晶石型LiMn2O4是锂离子电池正极材料研究的热点之一，但充放电过程中容量衰减问题始终是制约其商品化的关键因素。对各种正极材料的动力学研究结果表明，锂离子电池的充放电过程往往受电池内部阻抗和锂离子在材料颗粒内部的扩散阻抗控制，其中电池内部阻抗则主要是电化学反应阻抗[21-23]。因此本文的目的就是采用一种溶胶凝胶法合成纳米材料，力求通过增大正极材料颗粒与电解液之间的界面面积来降低电化学反应阻抗，同时减少锂离子在正极材料中的扩散距离以降低扩散阻抗，以提高材料比容量。
通过选择合理工艺以及适当调节工艺参数，可以制备出晶形完整，晶粒均匀，杂质相较少的优质正极材料，从而达到提高电池容量保持率和循环寿命，使之成为一种合适的生产LiMn2O4正极材料的制备工艺。为此，我们进行了此次实验，通过保持烧结时间相同而改变烧结温度制备LiMn2O4进行纵向比较，以及保持同一烧结温度而改变保温时间制备正极材料进行横向对比，并对样品进行物质成分以及微观结构表征，从而选择最适宜的热处理方案，再用此工艺制备的产物作为正极材料制备扣式电池，对该电池进行电化学性能测试，并与市场商品化的LiMn2O4材料制备的电池进行对比。
2 实验部分
2.1 实验试剂和仪器
溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料所需的原料有如表2.1所示：
名称 分子量 纯度