LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备和改性研究

作     者：林泽森 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张庶

授予年度：2016年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4 锂离子电池 高压正极材料 共沉淀控制法 电化学性能 

摘      要：自从二次锂离子电池在1991年实现商业化以来,就被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和储能系统等领域。如今锂电池的能量密度是制约其进一步发展的瓶颈,因此提升正负极材料的容量性能迫在眉睫。高电压正极材料因为自身具有高电压平台和高能量密度备受关注,尖晶石LiNiMnO正极材料是其中一种,但该材料存在Jahn-Teller效应以及金属锰溶解等问题,循环性能较商业化正极材料尚有一定差距。因此,本论文研究了通过改良的共沉淀法控制前驱体生长,提升LiNiMnO正极材料的循环性能。本论文主要研究内容为:控制共沉淀反应中原料添加顺序、探讨不同沉淀剂的差异和添加表面活性剂十六甲基溴化铵(CTAB)的手段,获得了一系列结晶、形貌和尺寸分布不同的共沉淀碳酸盐前驱体,研究了最终产物LiNiMnO正极材料的物相、形貌特征和电化学性能,得到了结论并验证了实验猜想。主要工作内容包括以下四点:1.综述了高压正极材料LiNiMnO的晶体特征、制备方法和改性手段,提出了本文研究工作的核心。2.研究原料添加顺序对合成正极材料LiNiMnO的影响。控制金属盐和沉淀剂添加顺序,通过共沉淀法合成纳米颗粒(Ni0.25Mn0.75)CO3前驱体,再通过水热法处理共沉淀产物进行再生长。电镜结果表明,金属盐和沉淀剂之间的添加顺序没有对合成的正极材料晶体规整度和尺寸分布产生明显的影响,但是可以改变晶粒间的团聚程度。3.研究表面活性剂CTAB浓度对于LiNiMnO合成的影响。当CTAB浓度按照0、0.12和0.24 mol/L依次增加时,经过0.2 C倍率50次充放电测试后,容量保有率分别为84.3%、85.74%和96.15%。随着CTAB浓度增加,颗粒团聚受到预制,分散更均匀,结晶性更好,电化学性能逐步提高。4.研究了沉淀剂种类对于正极材料LiNiMnO合成的影响。采用Na2CO3、NH4HCO3和CO(NH2)2分别作为沉淀剂,能分别制备出层状晶粒、多面体和微米球结构材料。在0.2 C循环充放电50圈后,Na2CO3、NH4HCO3和CO(NH2)2分别对应的样品的容量保有率分别为84.3%、99.6%和96.8%。2 C放电条件下,100个循环后NH4HCO3和CO(NH2)2为沉淀剂合成的LiNiMnO,容量保有率分别为95.1%和98.1%。结果表面NH4HCO3和CO(NH2)2是共沉淀法制备LiNiMnO材料较为理想的沉淀剂。