lini0.5mn1.5o4的高分子網(wǎng)絡(luò)法制備及其電化學(xué)性能研究

1、A t h e s i s s u b m i t t e d t o Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y f o r t h e d e g r e e o f M a s t e r T h e S y n t h e s i s m e t h o d o f P o l y m e r n e t w o r k a n d e l e c t r o c h e m i c a l 2

2、c h a r a c t e r i s t i c s o f L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 B v X i a o p i n g J i a ．， 一 一 S u p e r v i s o r ：P r o f ．X i n c h a n g W a n g C o n d e n s e d M a t t e r P h y s i c s S c h o o l o f P h y s i c a

3、 l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g M a y 2 0 1 3摘要 摘要 本文采用高分子網(wǎng)絡(luò)法制備5 V 鋰離子電池正極材料L i N i o ．s M n l ．5 0 4 樣品。 分別對(duì)其進(jìn)行了M g 離子摻雜、C r 離子摻雜和Z n 0 包覆等改性的研究。利用X 射線衍射儀( X R D ) 和場發(fā)射掃描電子顯微鏡( S E M ) 對(duì)合成的樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)、 物相和形貌表征。利

4、用電化學(xué)工作站和電池測試系統(tǒng)( B T S ) 對(duì)樣品進(jìn)行電化學(xué) 性能研究。具體的研究內(nèi)容如下： ( 1 ) 用高分子網(wǎng)絡(luò)法制備鋰離子電池5 V 正極材料L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 ，研究了 不同的煅燒溫度對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，采 用高分子網(wǎng)絡(luò)法制備出的5 V 正極材料顆粒小，粒度分布均勻，樣品結(jié)晶良好， 無雜相，為純相樣品。煅燒溫度越高，樣品的粒徑越大，離子遷移和電子傳導(dǎo) 越困難，

5、從而阻抗越大。在8 0 0 0 C 、8 5 0 0 C 、9 0 0 0 C 合成的樣品0 ．2 C 首次的放電 比容量分別達(dá)到1 2 4 r n A h ／g 、1 2 9 ．7 m A h ／g 和1 2 4 ．9 m A h ／g 。大倍率放電時(shí)，8 5 0 0 C 合成的樣品容量衰減更慢，表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。 ( 2 ) 用M g 摻雜取代部分的N i ，少量的M g 摻雜對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)與形貌影響 不大。但是M g 離子摻雜

6、可提高樣品晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 5 ％M g 的樣品摻雜能 有效減小樣品的極化，提高樣品高倍率下的放電平臺(tái)，摻5 ％M g 的樣品5 C 放電 平臺(tái)為4 ．5 V ，比純的( 4 ．4 V ) 高出0 ．1 V 。從1 C ( 4 ．6 V ) 到5 C 放電平臺(tái)基本上 沒有下降，放電比容量衰減最少，僅1 2 m A h ／g 。3 C 循環(huán)3 0 次后比容量保持率為 9 8 ．2 ％，具有更好的循環(huán)性能。 ( 3 ) 對(duì)純相樣品進(jìn)行C

7、r 離子摻雜研究，分別制得L i N i o ．4 5 C r o ．1 M n l ．4 5 0 4 和 L i N i o ．4 C r o ．1 M n l 。5 0 4 樣品。研究表明，C r 離子摻雜對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和形貌基本上無 影響；C r 離子摻雜抑制了J a h n ．T e l l e r 效應(yīng)的發(fā)生，有效提高電池的循環(huán)壽命， 抑制容量的衰減，很好地提高樣品在高倍率充放電下的循環(huán)性能。兩種摻雜所 得樣品在3 C 倍率循環(huán)

8、2 0 次后，C r 取代M n 和N i 與C r 取代N i 所得樣品比容量 保持率分別為9 8 ％和9 8 ．2 ％。 ( 4 ) Z n O 包覆能夠顯著提高鋰離子電池5 V 正極材料在高溫5 5 ℃下的循環(huán) 性能。包覆Z n O 量為2 ％時(shí)，樣品在高溫5 5 ℃條件下表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能。 高溫5 5 ℃、1 ／3 C 倍率放電時(shí)，未包覆和包覆Z n O 量分別為2 ％和5 ％的樣品的首 次放電比容量分別為1 0 4 ．8