lini0.5mn0.5o2正極材料的制備及其改性研究

1、 分類號： 密 級： U D C： 學(xué) 號： 碩士學(xué)位論文 學(xué) 位 類 別： 工程碩士 作 者 姓 名： 張華軍 學(xué) 科、專 業(yè)： 材料工程 研 究 方 向： 鋰離子電池及其材料 指 導(dǎo) 教 師：鐘盛文教授、姚文俐副教授 2016 年 5 月 29 日 LiNi0.5Mn0.5O2 正極 正極材料 材料的制備 制備及其 及其改性研

2、究 改性研究 Study of preparation and modification for LiNi0.5Mn0.5O2 cathode material 江西理工大學(xué)碩士論文 摘要 I 摘 要 鋰離子電池 LiNi0.5Mn0.5O2 正極材料具有高比容量，生產(chǎn)成本低，綠色環(huán)保等優(yōu)點被認為是已經(jīng)商業(yè)化的 LiCoO2 的理想替代材料之一。但是，層狀LiNi0.5Mn0.5O2 正極材料仍然存在著陽離子混排嚴重，倍率性能、高電

3、壓下循環(huán)性能以及低溫性能差等缺點。 如果能改善其高電壓下循環(huán)性能以及低溫性能對促進其走向商業(yè)化應(yīng)用具有重要的意義。 本文通過氫氧化物共沉淀法結(jié)合高溫固相法制備了 LiNi0.5Mn0.5O2 正極材料，并通過摻雜以及改性的方法改善其性能。采用一種簡便、綠色的改性方法，將 ZrO2 直接與氧化物前驅(qū)體進行球磨混合后高溫固相得到電化學(xué)性能較好的改性后正極復(fù)合材料。結(jié)合 X-射線衍射分析、掃描電鏡、 能譜分析、 X-光電子能譜分析、 電化學(xué)阻

4、抗等測試方法對 LiNi0.5Mn0.5O2材料進行性能表征。 （1）在 LiNi0.5Mn0.5O2 正極材料的制備工藝研究中，考察了不同燒結(jié)溫度，配鋰量以及保溫時間對 LiNi0.5Mn0.5O2 性能的影響。 結(jié)果表明： Li/(Ni+Mn)配比為 1.08，在 950℃下保溫 16h 制備的 LiNi0.5Mn0.5O2 正極材料具有較好的層狀結(jié)構(gòu)，顆粒球形度高并且分布均勻。XPS 數(shù)據(jù)表明，LiNi0.5Mn0.5O2 中 N

5、i、Mn 分別以+2、+4 價的形式存在。在 25℃下，2.75~4.2V 電壓范圍內(nèi)，以 0.2C 倍率進行充放電循環(huán)時，初始放電比容量為 145.3mAh?g-1，循環(huán) 100 次后容量保持率為 98.4%。但是材料在 2.75~4.35V 電壓范圍內(nèi)循環(huán)性能較差，循環(huán) 100 次后容量保持率為81.8%；并且-20℃下材料的放電比容量只有 25℃，0.2C 放電比容量的 28.9%。 （ 2 ） 通 過 Co 摻 雜 制 備 了

6、LiNi0.5Mn0.5-xCoxO2 正 極 材 料 。 研 究 表 明 ，LiNi0.5Mn0.5-xCoxO2 正極材料均具有 a-NaFeO2 型層狀結(jié)構(gòu)。 Co 成功的摻入到材料的晶格內(nèi)并且替代了部分 Mn 的位置。XPS 顯示摻雜前后材料中 Ni，Mn 分別為+2 和+4，Co 的價態(tài)為+3，摻雜后材料存在氧缺失。Co 摻雜可以明顯的改善材料的倍率性能， 循環(huán)穩(wěn)定性以及低溫性能。 摻雜量 x=0.12 時， 25℃下， 2.

7、75~4.35V電壓范圍內(nèi)， 以0.2C倍率下進行充放電循環(huán)時， 首次放電比容量為180.8 mAh?g-1，100 次循環(huán)后容量保持率為 92.3%，-20℃下材料的放電比容量為 25℃，0.2C 放電比容量的 66.3%。 （3）對 LiNi0.5Mn0.5O2 正極材料進行 ZrO2 改性。結(jié)果表明，少量的 ZrO2 改性后材料仍具有 a-NaFeO2 型層狀結(jié)構(gòu)。少量的 ZrO2 雖然會降低材料的放電比容量，但是可以改善材料的循