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Mn3O4粒径和振实密度对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响OA

Effects of Mn3O4 particle size and tap density on the electrochemical performance of LiMn2O4 cathode materials

中文摘要英文摘要

针对LiMn2O4 循环过程容量衰减快的问题,通过锰盐法制备了不同粒径和振实密度的Mn3O4,将其作为前驱体合成LiMn2O4 正极材料,采用X射线衍射、循环伏安法、电化学阻抗谱及充放电测试等方法考察Mn3O4 粒径和振实密度对正极材料电化学性能的影响.结果表明:随着前驱体Mn3O4 粒径增大,材料的初始放电比容量略有下降,但其循环稳定性和倍率性能均得到改善;相较于粒径为6 μm的 Mn3O4,10 μm Mn3O4 前驱体制备的正极材料初始放电比容量下降了6.2%,但其在300圈循环后和5 C高倍率下的容量保持率分别提高了8.0%和25.2%;此外,当Mn3O4 振实密度超过2.5 g/cm3 后,材料的倍率性能急剧下降;前驱体Mn3O4 粒径为10 μm、振实密度为2.5 g/cm3 时,所制备的LiMn2O4 综合电化学性能最好,其在0.1、1和5 C下的放电比容量分别为122.48、111.9和78.42 mAh/g,循环300圈后容量保持率为90.3%.研究结果明确了前驱体物理性质对LiMn2O4 电化学性能的影响规律,为高性能LiMn2O4 材料的合成提供了依据.

To address the problem of rapid capacity decay of LiMn2O4 during the cycling process,Mn3O4 with different particle sizes and tap densities was prepared by manganese salt method,and used as a precursor to synthesize LiMn2O4 cathode material.The effects of Mn3O4 particle size and tap density on the electrochemical performance were investigated using X-ray diffraction,cyclic voltammetry,electrochemical impedance spectroscopy,and galvanostatic charge-discharge tests.The results indicate that increasing the particle size of the Mn3O4 precursor leads to a slight decrease in the initial discharge specific capacity,but significantly improves both cycling stability and rate performance.Compared with the material derived from 6 μm Mn3O4,the cathode material prepared from 10 μm Mn3O4 exhibits a 6.2%reduction in initial discharge capacity,while achieving an 8.0%increase in capacity retention after 300 cycles and a 25.2%improvement at 5 C.Moreover,when the tap density of Mn3O4 exceeds 2.5 g/cm3,the rate performance of the material deteriorates sharply.The LiMn2O4 sample prepared with a precursor particle size of 10 μm and tap density of 2.5 g/cm3 demonstrates the best overall electrochemical performance,delivering discharge specific capacities of 122.48,111.9,and 78.42 mAh/g at 0.1,1,and 5 C,respectively,along with a capacity retention of 90.3%after 300 cycles.This study clarifies the influence of precursor physical properties on the electrochemical properties of LiMn2O4,providing basis for the synthesis of high-performance LiMn2O4 materials.

马钟琛;李文灿;张保平;柯晶;辛云涛

中冶长天国际工程有限责任公司,湖南 长沙 410015||中南大学冶金与环境学院,湖南 长沙 410083||湖南省先进储能材料技术创新中心,湖南 长沙 410015武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北 武汉 430081||武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北 武汉 430081||武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北 武汉 430081||武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081中南大学化学化工学院,湖南 长沙 410083

信息技术与安全科学

电化学Mn3O4粒径振实密度LiMn2O4

electrochemistryMn3O4particle sizetap densityLiMn2O4

《河北科技大学学报》 2026 (1)

97-107,11

国家自然科学基金(52574408)湖南省重点研发计划项目(2025JK2076)中冶集团"181计划"重大研发项目中冶长天科研开发基础研究基金(2025JCYJ11)

10.7535/hbkd.2026yx01010

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