鋰離子電池正極材料lini0.5mn1.5o4的制備與改性研究

1、 鋰離子電池正極材料 鋰離子電池正極材料 LiNi0.5Mn1.5O4 的制備 的制備與改性研究 與改性研究 Synthesis and Modification of LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode Material for Lithium-ion Battery 學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用化學(xué) 研 究 生：喬智 指導(dǎo)教師：唐致遠(yuǎn) 教授 天津大學(xué)化工學(xué)院 二零一三年五月 摘 要 隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，研發(fā)具有高比能量密度和

2、高功率密度的鋰離子電池勢在必行。 尖晶石型 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料具有較高的電壓平臺(tái) （4.7 V vs. Li/Li+）和理論比容量（146.7 mAh· g-1），很好的滿足了上述要求。本論文首次探索了石蠟輔助燃燒法制備 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的工藝流程；針對(duì)材料的容量衰減過快等問題， 首次采用 LiCoO2/Co3O4 復(fù)合材料對(duì) LiNi0.5Mn1.5O4 進(jìn)行了表面修飾改性； 最后探

3、究了 LiNi0.5Mn1.5O4/石墨和 LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12 全電池體系的電化學(xué)性能。 以 Li、Ni、Mn 的氯化鹽和草酸銨為原料，石蠟為燃燒劑，采用石蠟輔助燃燒法制備了 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料，通過研究不同煅燒溫度和時(shí)間下制備的材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，優(yōu)化出了一條最佳的工藝路線。結(jié)果表明：750 ℃煅燒6 h 所制備的材料具有最好的電化學(xué)性能，在 0.2 C 倍率下的放電比容量可達(dá)到1

4、31.2 mAh· g-1，1 C、3 C、5 C 和 10 C 倍率下循環(huán) 500 次后的放電比容量分別為113.8、119.7、121.7 和 99.2 mAh· g-1，相對(duì)于最高放電比容量的容量保持率分別為 88.6 %、91.7 %、97.3 %和 89.2 %，顯示出較好的倍率性能和循環(huán)性能。 采用 LiCoO2/Co3O4復(fù)合材料對(duì)溶膠-凝膠法制備的 LiNi0.5Mn1.5O4正極材料進(jìn)行 了 表 面

5、 修 飾 改 性 。 研 究 表 明 ， LiCoO2/Co3O4 復(fù) 合 材 料 成 功 包 覆 在 了LiNi0.5Mn1.5O4 顆粒表面，使材料的倍率性能和循環(huán)性能均有了顯著的提高。改性后的 LiNi0.5Mn1.5O4 材料在 1 C、3 C 和 5 C 倍率下的首次放電比容量分別提高了 9.1、9.6 和 11.6 mAh· g-1；5 C 倍率下循環(huán) 200 次后的容量保持率仍可達(dá)到最高放電比容量（110.1 m

6、Ah· g-1）的 97.8 %。電化學(xué)性能的提高可能是因?yàn)長iCoO2/Co3O4 表面修飾不但提高了 LiNi0.5Mn1.5O4 顆粒之間的電荷傳輸，同時(shí)抑制了 LiNi0.5Mn1.5O4 活性材料與電解液的反應(yīng)。 研究了 LiNi0.5Mn1.5O4/石墨全電池（正極容量限制）的電化學(xué)性能，其在 0.2 C、0.5 C 和 1 C 倍率下的首次放電比容量分別為 83.4、74.3 和 66.9 mAh· g

7、-1，循環(huán) 100 次后可分別保持 67.3 %、 69.9 %和 72.5 %； 分別研究了正極容量限制和負(fù)極容量限制的 LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12 全電池體系的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)負(fù)極容量限制的全電池具有更好的電化學(xué)性能， 其在 0.5 C、 1 C 和 2 C 倍率下循環(huán) 100 次后的容量保持率分別可達(dá)到 90.7 %、79.8 %和 74.5 %。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞： 鋰離子電池 LiNi0.5Mn1.5O4