锂离子电池高压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备与性能研究

作     者：李茜 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李书存;刘明华

授予年度：2016年

学科分类：081704[工学-应用化学] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：锂离子电池 高压材料 LiNi0.5Mn1.5O4 复合沉淀 多元掺杂 协同效应 

摘      要：现代电子技术的发展日新月异,对锂离子电池的发展也提出了更高的要求。为更好地满足发展需要,开发研究性能优异的电极材料成为了必然。尖晶石型LiNiMnO正极材料,具有单一的高电压放电平台,可显著提高锂离子电池的能量密度,受到了广泛关注。本论文分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法成功制备了LiNiMnO正极材料,对材料的结构和性能进行了分析,并通过离子掺杂有效改善了材料的电化学性能。分别采用单一共沉淀法和复合共沉淀法制备了性能优异的LiNiMnO正极材料,对材料的结构和性能进行比较和分析,结果发现:以Na2CO3和(NH4)2C2O4为复合沉淀剂,且750℃烧结15 h后制备的材料纯度较高,具有较好的电化学性能,0.2C倍率下的初始放电比容量达到129.6 mAh·g-1,循环50次后的容量保持率为85.9%,说明两种沉淀剂的复合协同作用有助于材料性能的提高。以甘氨酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法成功制备了Cr掺杂的电极材料,并对其进行性能分析。结果显示:Cr掺杂没有影响材料的晶体结构和颗粒形貌,当掺杂摩尔量为0.05时的LiNi0.45Cr0.05Mn1.5O4材料的电化学性能最佳,0.2C倍率下的放电比容量为113.3 mAh·g-1,与未掺杂的样品相比,循环30次后的容量保持率提高了13%。说明Cr掺杂有效抑制了电极极化,对材料的循环性能起到了很大的改善作用。在确定了最佳Cr掺杂量(x=0.05)的基础上,进一步研究了Cr和Co共掺杂对材料的改性作用。通过分析发现:Cr和Co共掺杂提高了材料的放电比容量,当Cr摩尔含量为0.02,Co摩尔含量为0.03时,材料在0.2C倍率下的放电比容量达到了126.4 mAh·g-1,与LiNi0.45Cr0.05Mn1.5O4材料相比,提高了13.1 mAh·g-1,说明Cr和Co共掺杂有利于材料放电比容量的提高,但循环性能还有待改善。