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锂离子电池高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的研究

【摘要】: 为了满足电动汽车和混合电动汽车等对高功率锂离子电池的要求,高电位正极材料的研究正日益受到重视。LiMn2O4中掺杂Ni合成的尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4表现出了优秀的电化学性能,它具有4.7V的高电位放电平台,充放电比容量高,是当今正极材料研究的一个热点。 本文用乙二醇为溶剂的流变相法合成尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4,工艺简单并且产物具有高结晶度、纯相和优秀电化学性能,从制备方法和样品的物化性能与传统固相法及溶胶-凝胶法综合对比有明显的优越性,具有良好的工业化应用前景。 另外,本论文研究溶剂和煅烧温度对流变相法合成尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的成分、结构、形貌和电化学性能的影响,探索出流变相法合成尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的最佳制备条件,从而实现尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的性能提高。实验结果表明:首先,乙二醇和聚乙二醇由于具有较强的配位能力,能吸附在颗粒的表面,起到表面活性作用和颗粒分散作用,但乙二醇的优于聚乙二醇,虽然聚乙二醇还具有抑制晶粒生长作用但是产物出现少量团聚,使得电化学性能降低。其次,样品的结构、形貌和电化学性能都和煅烧温度有着紧密联系。低温煅烧的样品结晶度差,颗粒小,出现团聚;高温煅烧的样品,结晶度高,颗粒分散,表现出优秀的电化学性能。总之,随着煅烧温度的升高,样品的颗粒大小、结晶度及电化学性能都随着升高,但当温度超过800℃后这些性能反而随着温度的升高而降低。 采用乙二醇为溶剂800℃流变相法合成LiNi0.5Mn1.5O4具有最佳的综合性能,颗粒粒径均匀,尺寸为200nm左右,结晶度高,比表面积小,分散性好,表现出优秀的电化学性能。样品在0.5C的充放电电流下,50次循环后,放电比容量为130.5mAh/g,容量保持率达到99%以上,库仑效率超过98%。在1C的充放电电流下,样品50次循环后容量几乎没有衰减,在2C和5C电流下,容量保持率仍保持在96.8%和91.8%,尤其是当充放电电流上升到10C后,样品50次循环后的容量保持率仍超过85%,样品具有非常优异的大电流充放电性能。

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