锂离子电池正极材料镍锰酸锂的可控制备及其电化学性能

• 作 者: 陈强
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: LiNi0.5Mn1.5O4 包覆 掺杂 大倍率性能 循环性能

LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料由于具有高工作电压、高能量密度等优点,是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。然而LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料存在循环稳定性和倍率性能较差的问题,限制了该材料的商业化应用。为了改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的循环性能和大倍率性能,本文通过水热-高温烧结的方法制备了球-棒状混合形貌LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料,并对其进行了包覆、掺杂改性研究,以提高材料的大倍率性能,满足高功率密度锂离子电池的需要。本文通过水热-高温烧结法制备了球-棒状混合形貌LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料,采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜等分析测试方法表征了材料的物相结构和微观形貌,并测试了不同制备条件下材料的电化学性能。结果显示:以碱式碳酸镍为镍源,750°C下烧结10 h制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料性能较好。该材料呈球-棒状混合形貌,结晶度高;0.1 C下放电比容量达119 mAh/g,100次循环后容量保持率为94%,循环性能较好。通过静电自组装法制备了氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）和还原氧化石墨稀（Reduced Graphene Oxide,RGO）包覆的GO/LiNi_0.5Mn_1.5O₄和RGO/LiNi_0.5Mn_1.5O₄复合材料,并对复合材料的结构形貌和电化学性能进行了测试表征。结果显示:RGO/LiNi_0.5Mn_1.5O₄复合材料的性能较好,该材料为Fd3m型空间群结构,与LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相比,该材料阻抗较小,放电比容量较高,如10 C大倍率下1000次循环后,放电比容量达108.6 mAh/g,循环稳定性好。通过Al元素和Sn元素掺杂LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料制备了Li_1+xNi_0.5Mn_1.5-x.5-x Al_x O₄和LiNi_0.5Mn_1.5-x.5-x Sn_xO₄复合材料,对复合材料的结构形貌和电化学性能进行了测试表征。结果显示:Al掺杂的复合材料均为Fd3m型空间群结构,阻抗较小,但该材料放电比容量比未掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料低;Sn掺杂量x为0.01时,所制备的复合材料性能最好。该材料主要为P4332空间群结构,呈球-棒混合形貌,结晶度高;材料的大倍率性能和循环稳定性较好,10 C大倍率下循环1000次后,放电比容量为102.7 mAh/g,容量保持率为97.8%。