鋰離子電池高壓正極材料鎳錳酸鋰的制備與改性研究.pdf

1、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn1.5O4具有放電容量大、工作電壓高和能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于鋰離子動(dòng)力電池。但是由于高電壓工作的特性，該材料的循環(huán)穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。本文研究了不同燒結(jié)工藝條件、表面包覆和陰陽(yáng)離子摻雜對(duì)LiNi0.5Mn1.5O4材料的形貌和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性的影響。
　　本論文首先研究了燒結(jié)工藝對(duì)材料的影響。此外，降溫速率也對(duì)材料的性能有影響，隨著降溫速率的減慢，材料中Mn3+的含量逐漸減小

2、，循環(huán)穩(wěn)定性逐漸變差。通過對(duì)循環(huán)后的材料和電解液中的Mn、Ni金屬含量進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著材料中Mn3+的含量的減少，電解液中溶解的Mn、Ni的摩爾比例增大，材料中的Mn、Ni的含量也減少，電池循環(huán)性能下降。說明在一定范圍內(nèi)，Mn3+含量越少，越不利于材料的循環(huán)性能。
　　為了提升材料在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性，主要采取了在材料表面包覆ZnO的方式來抑制 LiNi0.5Mn1.5O4與電解液界面的副反應(yīng)。采用固相法在LiNi0.5

3、Mn1.5O4表面包覆一層ZnO后，分別對(duì)包覆前后材料在不同溫度下（室溫、40℃和55℃）下進(jìn)行了循環(huán)性能的研究，容量保持率分別由84.39％提高到86.41%，84.38%提高到86.50%，73.28%提高到87.58%。
　　最后，研究了陽(yáng)離子Cr摻雜和陰離子F摻雜對(duì)材料電化學(xué)性能的影響。當(dāng)對(duì)LiNi0.5Mn1.5O4材料摻雜Cr元素時(shí)，材料的循環(huán)穩(wěn)定性有了很大的提高，在室溫0.5C下，LiNi0.4Cr0.15Mn1.4

4、5O4材料循環(huán)116次后容量保持率高達(dá)100%，在1C循環(huán)200次后容量保持率為99.1%。當(dāng)在鎳錳酸鋰材料中摻雜F元素且摻雜量較少時(shí)，材料的循環(huán)穩(wěn)定性得到了提高。LiNi0.5Mn1.5O3.975F0.05材料在55℃下0.5C循環(huán)50次后容量保持率為94.23%。而當(dāng)F的摻雜量過多時(shí)LiNi0.5Mn1.5O3.95F0.1的循環(huán)性能較差，55℃條件下0.5C循環(huán)50次后容量保持率僅為54.2%。
　　通過以上的研究得出結(jié)論