鋰離子電池高能量密度鎳-錳基尖晶石型正極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn1.5O4具有高達(dá)4.7 V的充放電平臺，理論容量為147mAh/g，由于具有高的工作電壓和能量密度，因此能夠滿足大動力設(shè)備的需求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。
　　本論文采用了固相法、溶膠凝膠法和有機(jī)共沉淀法分別合成了鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn1.5O4，采用XRD，SEM，恒流充放電等對材料進(jìn)行表征。表征結(jié)果，所制備的材料都是立方尖晶石結(jié)構(gòu)，在高溫?zé)Y(jié)的過程中都會出現(xiàn)NiO和LiyNi

2、1-yO的雜質(zhì)， FTIR顯示所制備的材料的空間結(jié)構(gòu)是介于有序和無序之間的，SEM測試結(jié)果：所制備的材料都是立方結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸比較均勻，但是不同方法合成的材料的顆粒尺寸大小不一。
　　固相法主要研究了回火和淬火對材料性能的影響，通過FTIR測試結(jié)果顯示，回火的材料的有序性增加，材料的電化學(xué)性能也比較好，進(jìn)一步研究了回火時間對材料性能的影響，經(jīng)過測試可知，隨著回火時間的增加，材料的有序性增加，但是回火時間為48h的材料的放電容量高，

3、倍率循環(huán)穩(wěn)定。
　　溶膠凝膠法首先研究了不同配體對材料性能的影響，經(jīng)過測試可知，當(dāng)用檸檬酸與乙二醇組合作為配體時，所制備的材料的性能最好。其次采用模板劑輔助的方法，模板劑分別采用了十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮和羧甲基纖維素鈉，其中，當(dāng)模板劑是十二烷基苯磺酸鈉時，模板劑的濃度為0.04mol/L的材料的性能最優(yōu)，當(dāng)以聚乙烯吡咯烷酮做模板劑時，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為4％時，材料的電化學(xué)性能最優(yōu)，羧甲基纖維素鈉為0.04mol/L

4、的材料的性能最好。
　　有機(jī)共沉淀法首先研究了方法的篩選，分別對比了無機(jī)共沉淀、固相法和有機(jī)共沉淀方法所合成的材料的性能，經(jīng)過測試，有機(jī)共沉淀方法合成的材料顆粒尺寸細(xì)小均勻，比容量高以及倍率性能優(yōu)異，循環(huán)穩(wěn)定性好。其次研究了不同的高溫煅燒時間對材料性能的影響，再次采用模板劑輔助的有機(jī)共沉淀合成了LiNi0.5Mn1.5O4并對其進(jìn)行物性和電化學(xué)性能表征。結(jié)果顯示，所制備的材料的XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片基本吻合，屬于立方尖晶石結(jié)構(gòu)，F(xiàn)T

5、IR顯示有些材料的空間結(jié)構(gòu)是介于有序和無序之間的，當(dāng)高溫煅燒時間為12h時，材料的放電容量高，倍率循環(huán)穩(wěn)定。模板劑是十二烷基苯磺酸鈉時，模板劑的濃度為0.04mol/L的材料的性能最優(yōu)，當(dāng)以聚乙烯吡咯烷酮做模板劑時，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為4%時，材料的電化學(xué)性能最優(yōu)，羧甲基纖維素鈉為0.04mol/L的材料的性能最好。
　　分別利用F、Cr/F、La/F和Fe/Co/C對LiNi0.5Mn1.5O4進(jìn)行改性，采用XRD，SEM，

6、恒流充放電，CV，EIS等測試手段對材料表征。表征結(jié)果：所制備的材料的XRD測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)圖譜吻合，屬于立方尖晶石結(jié)構(gòu)。F摻雜LiNi0.5Mn1.5O4-xFx時，當(dāng)x=0.04時的材料的放電容量高，倍率循環(huán)穩(wěn)定；Cr/F摻雜LiNi0.5-xMn1.5-yCrx+yO4-zFz時，當(dāng)x=0.02,y=0.02,z=0.05時，材料的放電容量高，倍率循環(huán)穩(wěn)定。La/F摻雜LiNi0.5Mn1.5O4時，LiNi0.49Mn1.49La

7、0.02O3.92F0.08的充放電容量最高，倍率循環(huán)穩(wěn)定，電化學(xué)性能最優(yōu)， Co、Fe、Cl摻雜鎳錳尖晶石型正極材料LiNi0.5Mn1.5O4時，LiNi0.47Mn1.47Co0.02Fe0.04O3.92Cl0.08材料的容量最高，倍率循環(huán)最穩(wěn)定，電池的可逆性良好，因此電化學(xué)性能最優(yōu)。
　　分別利用Al2O3、LiV3O8對LiNi0.5Mn1.5O4進(jìn)行包覆改性，XRD測試結(jié)果顯示，包覆前后的材料的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，采用