高电位正极材料lini0.5mn1.5o4的制备及其改性研究

《高电位正极材料lini0.5mn1.5o4的制备及其改性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：O646论文编号：102870618-SZ034学科分类号：085204硕士学位论文高电位正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其改性研究研究生姓名王江专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师张校刚教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologySynthesisandModi

2、ficationResearchofLiNi0.5Mn1.5O4asHighVoltageCathodeMaterialsforLithium-IonBatteriesAThesisinMaterialEngineeringbyWangJiangAdvisedbyProf.ZhangXiaogangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学

3、位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018.4.3南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要锂离子电池作为新一代能量存储和转换设备，已经被广

4、泛应用于电动汽车、混合电动汽车、便携式电子器件，并进一步应用于大型储能电网、航空航天、通信和轨道交通等领域。开发下一代高容量、高功率、长寿命锂离子电池成为现阶段最主要的任务。正极材料决定了锂离子电池的整体性能，极其重要。其中尖晶石结构的LiNi+0.5Mn1.5O4具备高电位(4.7Vvs.Li/Li)，高能量密度(686Whkg-1)，较好的倍率和循环性能，成本低等优势而被广泛关注和研究。然而，LiNi0.5Mn1.5O4存在高电位下电解液分解、电极/电解液之间副反应严重这两个根本问题，导致其大电流

5、倍率性能和高温循环性能较差，限制了其进一步发展。本文通过探究不同氧浓度合成条件、过渡金属离子掺杂和锂离子导体复合改性，以期改善LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能。(1)通过控制前驱体煅烧气氛中氧气浓度，制备了三种不同含氧量的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料，依次为LNMO-10，LNMO-21，LNMO-50。XRD、SEM、XPS分析测试表明，随着煅烧气氛氧气浓度增大，可以有效抑制材料中Li3+xNi1-xO杂质，降低Mn含量；且材料颗粒长大，形貌和结构完整，提升了电化学性能。其中LNMO

6、-21在25°C，1C电流密度下初始容量为115.4mAhg-1，循环200圈后容量为101.2mAhg-1，容量保持率为87.7%；在50°C，1C电流密度下初始容量为99.41mAhg-1，循环200圈后放电容量为94.0mAhg-1，容量保持率为94.6%。(2)采用过渡金属离子Cr掺杂制备了改性LiNi0.5Mn1.5O4正极材料，所得的LiNi0.45Cr0.1Mn1.45O4正极材料具备宽温域、长循环寿命。SEM和TEM测试表明，LiNi0.45Cr0.1Mn1.45O4富含{100}和{

7、111}晶面。1C电流密度下，LiNi0.45Cr0.1Mn1.45O4在0°C和25°C循环1000圈后容量保持率分别为100.30%和82.75%，在50°C循环350圈后容量保持率为91.49%。这些优异的性能归因于Cr掺杂后抑制了LixNi1-xO杂质相，高度暴露的{100}晶面，更少的Mn3+和更高的离子和电子传导率。同时LiNi0.45Cr0.1Mn1.45O4/Li4Ti5O12全电池1C放电容量为101mAhg-1，100圈后容量保持率为82.07%。(3)采用气溶胶喷雾热解法制备了中

8、空球形LiNi0.5Mn1.5O4/Li2SiO3复合电极材料，以改善LiNi0.5Mn1.5O4材料电化学性能。XRD、SEM、TEM、XPS等测试分析表明，所得到的三维锂离子导体Li2SiO3可以有效加快Li+扩散速率，缓解电极和电解液之间的副反应，减少SEI膜生成。LiNi0.5Mn1.5O4/Li2SiO3复合电极材料在25°C，1C电流密度下循环500圈后容量保持率可达93.28%，而在50°C下循环400圈后容量保持率为81.23%。同时Li