论文部分内容阅读
以过渡金属化合物为阴极，碳或锂化合物作阳极的锂离子电池已广泛用作便携电器的化学电源。在众多过渡金属化合物中，LiNi0.5Mn1.5O4仅有1个4.7 V（相对于Li/Li+）电压平台，较高的放电比容量和优良的循环性能而倍受重视。
LiNi0.5Mn1.5O4通常用固相反应法制备，但这种方法需要在高温下反应较长的时间，消耗大量的能量。另外，已有研究表明当反应温度大于650℃时，LiNi0.5Mn1.5O4会失氧、形成非计量比尖晶石结构、生成LixNi1-xO或NiO杂质，从而引起容量的衰减。为了缩短固相反应时间和提高LiNi0.5Mn1.5O4的循环稳定性，本论文以Mn3O4为原料制备纯LiNi0.5Mn1.5O4和锂、钴、氟掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4。
首先，用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和恒流充放电测试技术考察了合成条件对Mn3O4在氧气气氛中合成LiNi0.5Mn1.5O4的结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明Mn3O4可缩短固相反应合成LiNi0.5Mn1.5O4的时间，且可以通过控制工艺条件优化LiNi0.5Mn1.5O4的结构和颗粒大小。其中锂用量为1.02，在900℃反应2h所合成LiNi0.5Mn1.5O4具有Fd3m尖晶石结构，放电比容量达140 mAh·g-1、40次循环后容量保持率为94.8％。
其次，用上面的方法合成了Co3+、Li+、F掺杂和三离子共掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4，并用XRD、SEM和恒电流充放电技术研究掺杂对材料结构、形貌和充放电性能的影响。结果表明掺杂改变了材料的晶体结构，但对形貌影响较小。单一Co3+、Li+、F-掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4的循环稳定性，但降低了材料的放电比容量；而掺杂Co3+、Li+和F-则能同时提高材料的放电比容量和循环性能，其中LiCo0.07Ni0.41Mn1.5O3.955F0.045的放电容量为145.4mAh·g-1，50个循环后容量保持率为97.1％。
本文提供了一种高效合成掺杂或纯LiNi0.5Mn1.5O4（Fd3m）的方法，研究结果有助于该材料的实际应用。
LiNi0.5Mn1.5O4通常用固相反应法制备，但这种方法需要在高温下反应较长的时间，消耗大量的能量。另外，已有研究表明当反应温度大于650℃时，LiNi0.5Mn1.5O4会失氧、形成非计量比尖晶石结构、生成LixNi1-xO或NiO杂质，从而引起容量的衰减。为了缩短固相反应时间和提高LiNi0.5Mn1.5O4的循环稳定性，本论文以Mn3O4为原料制备纯LiNi0.5Mn1.5O4和锂、钴、氟掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4。
首先，用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和恒流充放电测试技术考察了合成条件对Mn3O4在氧气气氛中合成LiNi0.5Mn1.5O4的结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明Mn3O4可缩短固相反应合成LiNi0.5Mn1.5O4的时间，且可以通过控制工艺条件优化LiNi0.5Mn1.5O4的结构和颗粒大小。其中锂用量为1.02，在900℃反应2h所合成LiNi0.5Mn1.5O4具有Fd3m尖晶石结构，放电比容量达140 mAh·g-1、40次循环后容量保持率为94.8％。
其次，用上面的方法合成了Co3+、Li+、F掺杂和三离子共掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4，并用XRD、SEM和恒电流充放电技术研究掺杂对材料结构、形貌和充放电性能的影响。结果表明掺杂改变了材料的晶体结构，但对形貌影响较小。单一Co3+、Li+、F-掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4的循环稳定性，但降低了材料的放电比容量；而掺杂Co3+、Li+和F-则能同时提高材料的放电比容量和循环性能，其中LiCo0.07Ni0.41Mn1.5O3.955F0.045的放电容量为145.4mAh·g-1，50个循环后容量保持率为97.1％。
本文提供了一种高效合成掺杂或纯LiNi0.5Mn1.5O4（Fd3m）的方法，研究结果有助于该材料的实际应用。