熔融浸渍法提升尖晶石锰酸锂循环稳定性

"熔融浸渍法提高尖晶石锰酸锂循环性能的研究" 熔融浸渍法是一种有效的表面改性技术，它在提高尖晶石锰酸锂（LiMn2O4）电化学性能方面展现出显著优势。尖晶石锰酸锂作为一种锂离子电池的正极材料，因其成本低、制备简便、倍率性能优异等特点，被视为LiCoO2的潜在替代品。然而，其在实际应用中面临的主要问题是循环性能差，尤其是在高温环境下，电解液中的HF会导致Mn3+歧化，进而造成容量衰退。 该研究由浙江大学材料科学与工程系的齐好、曹高劭和赵新兵等人进行，他们利用熔融浸渍法，将不同类型的金属氧化物（CuO、MgO、ZnO、Al2O3和CeO2）包覆在尖晶石锰酸锂颗粒表面。实验结果显示，除CeO2包覆的样品外，其他所有样品的循环性能均有提升。特别是ZnO包覆的尖晶石锰酸锂，经过55°C高温循环100次后，仍能保持100mAhg-1的高容量，相比之下，未处理的锰酸锂容量仅剩下80mAhg-1。这种改进的循环稳定性归因于颗粒表面的氧化物层对锰酸锂的保护作用，以及对电解液中HF的吸附，从而减少了有害反应的发生。 文章中提到，目前改善尖晶石锰酸锂循环性能的方法主要包括掺杂、表面包覆和纳米化等。掺杂法通过引入其他金属元素如Al、Mg、Co、Cr来提升锰的价态；表面包覆法则是通过Ni、Li4Ti5O12和LBO等物质降低电解液与锰酸锂的接触，减少锰的溶解；纳米化则通过细化颗粒结构来增强稳定性。尽管这些方法有效，但操作复杂，尤其是溶胶凝胶法，难以满足大规模工业生产的需求。 相比之下，熔融浸渍法具有工艺简单、效率高的特点。此方法是将硝酸盐与锰酸锂颗粒混合，加热至硝酸盐熔融，使其均匀渗透到颗粒间，然后进一步升温使硝酸盐分解，最终形成氧化物包覆的尖晶石锰酸锂。通过这种技术，研究者成功实现了CuO、MgO、Al2O3、ZnO和CeO2的包覆，其中ZnO的包覆效果最为突出。 这一发现对于提升锂离子电池的性能，尤其是尖晶石锰酸锂在高温环境下的循环稳定性具有重要意义。熔融浸渍法的简便性和高效性为尖晶石锰酸锂的大规模应用提供了新的可能性，有助于推动锂离子电池技术的进一步发展。同时，这项研究也为进一步探索其他金属氧化物的包覆效果和优化包覆工艺提供了理论基础。