5v锂离子电池正极材料lini0.5mn1.5o4掺杂及包覆改性的研究

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1、国内图书分类号:TM912.9学校代码：10213国际图书分类号:621.355密级：公开工学硕士学位论文5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的掺杂及包覆改性研究硕士研究生：郎野导师：孙克宁教授申请学位：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：化工学院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C.:621.355DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESREACHONDOPINGANDCOA

2、TINGMODIFICATIONOF5VCATHODEMATERIALLiNi0.5Mn1.5O4FORLITHIUMIONBATTERYCandidate:LangYeSupervisor:Prof.SunKeningAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation:SchoolofChemicalEngineeringDateofofDefence:June,2010Degr

3、ee-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，由于能源、环境危机的日益加剧以及电子信息行业的高速发展，锂离子电池受到前所未有的关注。但相对于负极材料和电解质来说，锂离子电池正极材料依旧是制约其发展和应用的关键因素。具有尖晶石结构的5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4由于其结构稳定、放电电压高等优点，成为锂离子电池正极材料的研究热点之一，但循环容量衰减的弊端制约了其商业化。本文采用溶胶凝胶法合成尖晶石型LiNi0.5Mn1

4、.5O4，并分别采用双掺杂和表面包覆改性的方法提升材料的循环性能。3+-首先，采用Cr和F双掺杂的方法提高LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的循环稳3+3+3+定性，考察了Cr取代不同过渡金属元素以及Cr含量的影响。研究发现Cr-和F双掺杂未改变材料的结构，可显著提升材料的循环稳定性以及倍率性能。综合比较，LiNi0.5Mn1.4Cr0.1O3.95F0.05性能最佳，其具有较高的4.7V平台容量，循环100次后，容量保持率为93.8%。提出引入阳离子空位的方法提高双掺杂材料的倍率性能，合成了LiNi0.325Mn1.5C

5、r0.1O3.95F0.05，该材料具有十分优-越的倍率和循环性能。在5C和10C倍率下的放电容量分别为123.89mAhg1-1、104.44mAhg；0.2C倍率下循环50次，容量保持率为97.5%。CV和EIS测试表明倍率性能提升的原因在于空位的存在减少锂离子脱嵌阻力，提高固相扩散系数和电化学活性。其次，分别在LiNi0.5Mn1.5O4的表面包覆AlF3和TiO2，并考察AlF3与TiO2包覆量对循环性能的影响。发现AlF3包覆层能有效的抑制电解液对正极材料的腐蚀以及活性物质的溶解，随着包覆量的增加效果更加显著。当A

6、lF3的包覆量为3mol%时，LiNi0.5Mn1.5O4/AlF3的循环性能最佳，室温下循环50次-1后，容量为119.23mAh·g，容量保持率为94.5%；55℃时放电容量为116.29-1mAh·g，循环50次后，容量保持率为84.0%。包覆的TiO2起到了HF收集体的作用，当包覆量为3mol%时，循环性能最佳，室温下循环100次后，容量保持率为92.5%；55℃下循环50次后，容量保持率为77.9%。关键词5V正极材料；LiNi0.5Mn1.5O4；掺杂改性；包覆改性；循环稳定性；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论

7、文AbstractInrecentyears,duetotheincreasingcrisisofenergyandenvironmentandtherapiddevelopmentofelectronicinformationindustry,moreandmoreattentionshavebeenpaidtothelithium-ionbatteries.Comparisionwiththeanodeandelectrolyte,thecathodematerialsoflithiumionbatterieshaveb

8、eencrucialfactorsthatrestricttheirdevelopmentandapplication.5VcathodematerialspinelLiNi0.5Mn1.5O4isprovedtobeoneofthestudyinghotspotsoflithiumion