浅谈5v锂离子电池正极材料的制备和电化学性能研究

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1、天津大学硕士学位论文5V锂离子电池正极材料的制备和电化学性能研究姓名：杨光明申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：唐致远20070501中文摘要本论文的主要内容包括：高温固相法制备尖晶石LiNi，Mn。一，0¨并通过高能球磨来提高混料均匀性；溶胶凝胶法合成5V正极材料LiNi。．。Mn，．。0。及性能探索；Mg离子掺杂对5V材料LiNi。．5^岫。．。0。改性研究。本实验旨在于制备高比容量、循环稳定、大电流充放电性能好，性能优良高电位正极材料，主要采用了室温恒流充放电、循环伏安等测试方法，以及XRD、SEM对材料进行表征。采用高温固相法合成了掺杂Ni元素的尖晶石型锰酸锂LiN

2、i，Mn：一，04(x--0．3，0．4，0．5)，XRDN试结果显示所合成的样品均为尖晶石结构，同时产物中一般出现LixNil唬O杂质峰。材料LiNi。Mn2．。04在充放电过程中会出现4．0V和4．7V两个充放电平台，而且随着掺Ni量的增加，4．7V处的充放电容量增加，4．0V处的充放电容量则相应的减少。含量为x=0．5时，4V平台接近消失，只有高电位平台。采用高能球磨进行原料的混合，更有利于尖晶石结构的形成，合成的LiNio．5Mnl．s04材料的粒径比较小，而且比较均匀，粒径的减小从而提高了材料的比表面积，有利于材料充放电容量的提高，而粒径均匀则使得循环容量比较稳定。溶胶

3、凝胶法制备材料LiNi。．。Mn，．50,，分别考察了反应温度，以及螯合剂所加比例对材料的影响。结果表明，反应温度过高，过低，材料中都会含有Li,,Nil。O杂质，反应温度为800"C时，材料的电化学性能最好。柠檬酸加入比例对材料的性能有很大的影响，当加入比例为l：1．1时可以对过渡金属离子形成有效的络合，接触更充分，分布更均匀，材料的电化学性能最好。从充放电性能方面看，溶胶凝胶法制备的样品容量要比高温固相法高，并且4V平台几乎消失，循环性能得到改善。为了进一步改进材料电化学性能，对材料LiNio．5Mnl．504进行再掺杂Mg元素，制得材料LiMg。Nio．5．6Mnl．504

4、。XI①测试表明Mg离子掺杂合成的样品为晶形完整的尖晶石结构，SEM表明材料粒径分布均匀，颗粒规整。充放电性能测试发现，在掺杂Mg锂离子后，材料的大电流放电性能提高。循环伏安分析可知，掺杂Mg离子减小了材料极化，使得材料可逆性增强。关键词：锂离子电池5V正极材料溶胶凝胶法电化学性能改性ABSTRACTThemaincontentofthisthesisincludes：synthesizeLiNixMn2．x04bysolidstatemethod；preparationandpropertiesof5Vcathodmaterialsbysol。gel；Modificationo

5、fLiNio．5Mnl．504byMg—substituted．Thepurposeoftheexperimentistosynthesizehi曲voltagematerialswithhighspecificcapacity,steadycyclability,goodhighratecycleperformance．Themaintestingmethodsincludingconstantcurrentcharge—dischargetest,Cy7cleVoltammagram(cv)andX-rayDiffraction(XRD)，Scanelectronmicros

6、cope(SEM)．AseriesofelectrochemicalspineloxideLiNixMn2．x04(x=0．3，0．4，0．5)WaSpreparedbysolidstatemethod．nematerialsarecharacterizedwithXRD，suggeststhatthematerialsadoptspinelstructure，andapearsLixNil．xOimpuritypeaks．Thecharge．dischargecurvesofLiNixMn2．x04showedtwovoltageplateausint11e4Vregionan

7、d5Vregion．Thecapacityof4．7VincreasedwithallincreaSecontentofNi．Whenx--0．5，4Vplateausdisappeared。Throughprolongingballmillingtoenlaancetheuniformityandreactivityofrawmaterials，Callimprovethecyclingperformance，increasethedischargecapacity．Lil町i