5v鋰離子電池正極材料lini0.5mn1.5o4制備及其摻雜改性研究

1、5 V 鋰離子電池正極材料L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 制備及其摻雜改性研究S t u d y o n t h es y n t h e s i sa n d d o p i n g o fL i N i 0 ．5 M n l ．s 0 4f o r 5 V c a t h o d e m a t e r i a l o fl i t h i u m ··i o nb a t t e r y學(xué)科

2、專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)研究生：龐佩佩指導(dǎo)教師：唐致遠(yuǎn)教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一零年六月‘i I I◆◆摘要本論文的主要內(nèi)容有：高溫固相法制備了L i N i o ．s M n l ．5 ．0 4 及A l 離子的摻雜改性研究；溶膠凝膠法制備了L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 及用C r 、F 離子摻雜材料的改性研究，并首次研究了C r - F 復(fù)合摻雜對(duì)L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能影響

3、。采用X R D 、E S E M 、激光粒度測(cè)試等表征了材料的結(jié)構(gòu)、表面形貌、粒徑等物理性能；用恒流充放電、循環(huán)伏安( C v ) 、電化學(xué)交流阻抗( E I S ) 等手段對(duì)材料電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。固相法制備的L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 經(jīng)X R D 分析為尖晶石結(jié)構(gòu)，含有L i x N i l ．x O 雜質(zhì)峰。在充放電過(guò)程中，出現(xiàn)4 ．O V 和4 ．7 V 充放電平臺(tái)。在0 ．2 C 下，L i A l

4、 o ．n N i o ．4 5 M n l ．4 5 0 4 和L 認(rèn)l o ．] N i o ．4 M n n ．5 0 4 的循環(huán)性能相當(dāng)；l C 倍率下，L i A l o ．1 N i o ．4 5 M n l ．4 5 0 4 比L 認(rèn)l o ．1 N i 0 4 M n l ．5 0 4 有更優(yōu)良的電化學(xué)循環(huán)性能。溶膠凝膠法制備的L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 為純相、立方晶系，尖晶石結(jié)構(gòu)。充放電曲線上

5、有明顯的4 ．7 V 充放電平臺(tái)，幾乎沒(méi)有4 ．0 V 充放電平臺(tái)，與C V 驗(yàn)證結(jié)果一致，4 ．0 V 附近只有微小的M n 3 橢n 4 + 氧化還原峰。為改進(jìn)材料的電化學(xué)性能，溶膠凝膠法制備C r 摻雜的L i N i o ．5 M n I ．5 0 4 。樣品L i N i o ．4 5 C r o ．1 0 M n l ．4 5 0 4 有最優(yōu)的電化學(xué)性能，C r 摻雜不僅提高了放電容量，也提高材料的大倍率循環(huán)性能。C V 結(jié)

6、果表明，4 ．7 V 附近的氧化還原峰電位差A(yù) 巾= o ．1 7 9 V ，比未摻雜的樣品A 由= O ．2 0 9 V 小，說(shuō)明C r 摻雜后，極化減小，可逆性增強(qiáng)。F 摻雜的L i N i o ．5 M n l ．5 0 瓴F 。( x = 0 ．0 5 ，0 ．1 0 ，0 ．2 ) 材料為立方晶系，尖晶石結(jié)構(gòu)，不含雜質(zhì)相。F 摻雜量為0 ．1 0 的材料具有最優(yōu)的電化學(xué)性能，特別是大倍率充放電循環(huán)性能。l C 首次放電容量為1

7、 1 6 ．8m A h ／g ，l o o 次后為1 0 0 ．7 m A h ／g ，容量保持率8 6 ．2 ％；2 C 循環(huán)1 0 0 次后為9 4 ．9 r n A h ／g ，容量保持率8 0 ．0 ％。C r - F 復(fù)合摻雜的L i C r y N i o ．5 - 0 ．5 y M n l ．5 - 0 ．5 v 0 4 - x F x 材料為立方晶系，尖晶石結(jié)構(gòu)，F(xiàn) d 3 m 空間點(diǎn)群，沒(méi)有雜質(zhì)峰。C V 結(jié)果表明，

8、4 ．7 V 附近是N i 2 + ／N i 4 + 氧化還原峰，4 V 附近存在少量M n 3 + ／M n 4 + 氧化還原峰，說(shuō)明材料中含有少量的M n 3 + 。樣品L i C r y N i o ．5 - 0 ．5 v M n n ．5 - 0 ．5 y 0 4 ．x F x ( x = o ．0 5 ，y = 0 ．0 5 ) 具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。0 ．2 C 首次放電容量為1 3 7 ．0 m A h ／g ，循環(huán)2 0

9、 次后，放電容量為1 3 6 ．7m A h ／g ，容量保持率9 9 ．8 ％；I C 首次放電容量為1 2 3 ．1 m n h ／g ，循環(huán)1 0 0 次后放電容量為1 1 2 ．8m A h ／g ，容量保持率9 1 ．6 ％；2 C 首次放電容量為1 2 0 ．4 m A h ／g ，循環(huán)1 5 0 次后，放電容量1 0 4 ．0m A h ／g ，容量保持率8 6 ．4 ％；3 C 首次放電容量1 0 9 ．5 m A h