新型尖晶石結(jié)構(gòu)鋰離子電池材料的研究與應(yīng)用.pdf

1、尖晶石型的鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn1.5O4具有4.7V的高電壓放電平臺(tái)，充放電比容量高，表現(xiàn)出了優(yōu)良的電化學(xué)性能，逐漸成為當(dāng)今正極材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本論文采用復(fù)合碳酸鹽共沉淀法制備出了比容量高、循環(huán)性能優(yōu)良的尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4，并研究了Mg、Fe、Al摻雜對(duì)其物理性能、晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。尖晶石型的Li4Ti5O12是一種零應(yīng)變鋰離子電池負(fù)極材料，具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性能。L14Ti5O1

2、2理論比容量為175mAh·g-1并且集中在平臺(tái)區(qū)域；循環(huán)性能好，有很好的充放電平臺(tái)。本論文采用溶膠-凝膠法合成了Li4Ti5O12并對(duì)其物理性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。 采用液相共沉淀法制備鎳錳復(fù)合碳酸鹽前驅(qū)體，650℃焙燒后生成的鎳錳復(fù)合氧化物與Li2CO3混合，在空氣中于750℃～900℃下焙燒10h，600℃退火10h得到LiNi0.5Mn1.5O4。采用XRD，SEM和恒電流充放電測(cè)試等對(duì)樣品進(jìn)行了表征。SEM結(jié)果表明

3、：合成溫度對(duì)LiNi0.5Mn1.5O4的表面形貌及粒徑有較大影響；XRD結(jié)果表明：合成的樣品均為純的立方尖晶石結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，800℃合成的樣品在室溫下具有較好的電化學(xué)性能：0.1C、1C、2C、4C首次放電容量分別130.24mAh·g-1、129.47mAh·g-1、115.5mAh·g-1、108.05mAh·g-1，且大倍率下具有較好的循環(huán)性能。 分別采用Mg、 Fe、Al摻雜，研究了摻雜量對(duì)LiMxNi0.

4、5.xMn1.5O4性能的影響。SEM表明Mg、 Fe、Al摻雜對(duì)材料的表面形貌有很大影響；XRD表明當(dāng)Mg、 Fe、Al達(dá)到一定量時(shí)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明Mg、Fe摻雜使得電化學(xué)性能變差，Al能過改善電化學(xué)性能，LiAl0.05Ni0.45Mn1.5O4在1C的倍率下充電，10C倍率下放電，循環(huán)測(cè)試表明其具有非常好的大電流特性。 本文還研究了一種制備鋰離子電池負(fù)極材料的Li4Ti5O12新工藝。以醋酸鋰和鈦酸丁酯

5、為原料，異丙醇為溶劑，采用溶膠-凝膠法制備前驅(qū)體，再通過一定的熱處理后制備了鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12。采用XRD、SEM及電化學(xué)性能測(cè)試等分析手段考察了不同熱處理溫度對(duì)產(chǎn)品性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過850℃熱處理24h后得到的產(chǎn)品粒徑分布均勻、結(jié)晶度好；并且表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能，在1～2.5V之間充放電，0.1C、1.0C和2.0C首次放電比容量分別達(dá)到158.5mAh·g-1、137.8mAh·g-1、124.3mAh·