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尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4是一种极具潜力的正极材料。它有着成本较低,工艺简单,安全环保等优势,还具有4.7 V的高电压。本文介绍了LiNi0.5Mn1.5O4的发展情况,针对LiNi0.5Mn1.5O4在循环和倍率性能上的不足,分别研究了基于氢氧化铝溶胶的γ-Al2O3包覆,FePO4包覆及(NH4)2HPO4表面化学处理三种改性方法的材料特性。 以氢氧化铝溶胶为前驱体在LiNi0.5Mn1.5O4正极材料表面制备尖晶石结构γ-Al2O3包覆层。借助 XRD、FESEM、TEM及电化学方法对电极材料的主要性能进行了研究,结果表明,LiNi0.5Mn1.5O4表面γ-Al2O3包覆层形成条件为600℃下煅烧0.5 h,较佳包覆量约为3％(摩尔比);γ-Al2O3包覆层形貌完整,厚度约为5~10 nm,(311)晶面间距约0.24 nm;γ-Al2O3包覆LiNi0.5Mn1.5O4正极材料30周充放电循环(0.2 C)后的比容量为112.1 mAh·g-1,4 C倍率下的比容量为82.0 mAh·g-1,容量保持率较基体分别提高了约10%和17.2%。因此,γ-Al2O3包覆层减小了 LiNi0.5Mn1.5O4与电解液的接触,有效抑制了基体与电解液之间的副反应,其电化学反应可逆性、循环稳定性及倍率性能得到了提高。 采用化学沉淀法制备非晶形FePO4,通过热处理包覆LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。研究结果表明,包覆过程对基体的尖晶石晶型没有影响;FePO4的包覆量以占 LiNi0.5Mn1.5O4质量的3wt%为佳;FePO4包覆层的厚度为20~50 nm。3wt%FePO4包覆的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的初始容量为113.5 mAh·g-1,经过50次循环后容量保持率为94.5%,4 C下的放电比容量比基体提高了约50%,FePO4包覆层有效抑制了LiNi0.5Mn1.5O4表面与电解液的直接接触。 将LiNi0.5Mn1.5O4粉末分散于(NH4)2HPO4溶液中,然后在400℃下热处理3 h对其进行表面改性。研究结果表明,表面化学处理并不影响 LiNi0.5Mn1.5O4基体的晶体结构和脱/嵌锂机理,但颗粒的表面形貌发生改变,颗粒轮廓圆化;随着(NH4)2HPO4用量的增加,LiNi0.5Mn1.5O4的循环稳定性增加,其中(NH4)2HPO4添加量为2wt%的样品性能较好,充放电50次后比容量为102.1 mAh·g-1,为初始比容量的96.5%;其4 C下放电比容量为76 mAh·g-1,比基体提高了约19.4%;表面化学处理使得LiNi0.5Mn1.5O4基体的表面稳定性显著提高。