近年来,人们对锂离子二次电池正极材料进行了大量的研究。LiCoO₂材料由于高电压、高容量和循环性能优异,目前是商业应用的主要材料。LiNiO₂也被作为一种有潜力的正极材料被广泛研究。但是钴和镍价格高而且存在环境污染的问题,并且化学计量的LiNiO₂合成困难。而立方尖晶石结构的LiMn₂O₄材料由于具有价格低廉、无毒的优点而倍受关注。但LiMn₂O₄作为锂离子电池正极材料,还需要改善其电化学性能。 采用液相沉淀法制备了MnCO₃,MnCO₃经热分解后制备Mn₂O₃,然后以Mn₂O₃为锰源,分别与氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂反应,采用熔融浸渍法制备尖晶石LiMn₂O₄。通过正交实验,考察了合成条件对锰酸锂结构的影响大小。借助XRD等分析手段,发现锂源对制备的材料的结构和相组成影响最大。以氢氧化锂为锂源能够获得杂质含量低,结晶完整的锰酸锂。电化学性能测试也表明以氢氧化锂为锂源制备的尖晶石锰酸锂的比容量和循环性能优异。 首次采用原位高温X射线衍射技术分析热处理制备锰酸锂过程中的相变,确定了在450℃开始形成尖晶石锰酸锂,在650-700℃之间出现Mn₂O₃杂相,到750℃时能获得较纯净的尖晶石结构LiMn₂O₄。但是当热处理温度高于800℃时,锰酸锂会发生从立方相向四方相的转变,使结晶有序度降低,性能下降。 利用γ-MnO₂的多孔性和LiOH的水溶性,发展出液相浸注法,通过水溶液混合、超声波振荡等手段制备前驱体,随后进行热处理,获得尖晶石LiMn₂O₄。从形核和长大的角度看,尖晶石结构LiMn₂O₄宜采用两段热处理工艺合成,第一段热处理不宜低于500℃,第二段热处理工艺以750～800℃为佳。 采用机械活化与高温热处理结合的方法,以LiOH和γ-MnO₂为原料制备尖晶石LiMn₂O₄材料。XRD结果显示,经过机械活化后的化合物是水合锂化二氧化锰。活化后的原料,由于机械能以晶体缺陷的形式储存在原料中,反应物活性增大,在低温下进行热处理,就能获得较纯净的尖晶石LiMn₂O₄,但是产物的结晶性差,有必要提高热处理温度,促进晶体长大和结晶完善。 熔融浸渍法制备尖晶石LiMn₂O₄,产物中含有的杂相较多。液相浸注法制