高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及掺杂改性研究

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1、分类号：TM912.9密级：公开UDC：620编号：201421801024河北工业大学硕士学位论文高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及掺杂改性研究论文作者：吴伟学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：王丽职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金，编号：E2015202356DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemis

2、trySTUDYONSOLIDSTATESYSTHESISANDDOPINGMODIFICATIONOFHIGH-VOLTAGELiNi0.5Mn1.5O4CATHODEMATERIALbyWuWeiSupervisor:Prof.WangLiMay2017ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince.No.E2015202356摘要高电压镍锰酸锂材料具有有序和无序两种晶体结构，有序结构中只存在Mn4+，而无序结构中存在少量Mn3

3、+，Mn3+含量对镍锰酸锂的结构和电化学性能有重要影响。本文以Li2CO3、NiO和Mn3O4为原料，采用高温固相法制备镍锰酸锂材料，研究了煅烧温度、稀土离子掺杂、锂过量对材料晶体结构、形貌和电化学性能的影响规律。研究了不同煅烧温度（750、800、850、900oC）对镍锰酸锂晶体结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明，随着煅烧温度的升高，材料的结晶度和颗粒均匀性先增加后减小，颗粒尺寸逐渐增大。其中煅烧温度为850oC制得的样品晶粒发育完善，颗粒大小适中且分布均匀，使其表现出较好的电化学性能。研究了不同稀

4、土离子（Ce4+和Y3+）掺杂及Y3+不同掺杂量（0、0.005、0.01、0.02）对镍锰酸锂晶体结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：Ce4+和Y3+掺杂对材料形貌影响很小，均为八面体形貌颗粒。对Ni位掺杂后均提高了材料的镍锰无序度，且掺杂离子价态越高，材料的镍锰无序度越大。随着Y3+掺杂量的增加，镍锰无序度先升高后降低。其中LiY0.01Ni0.49Mn1.5O4样品的镍锰无序度最高，使其表现出较好的电化学性能，10C下的放电比容量可达113.2mAh/g，1C下100次循环后的容量保持率为99.2

5、7%。此外，Y-O键的引入也有利于其结构稳定性的提高。研究了不同锂过量（0、2、6、10%）对镍锰酸锂晶体结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：锂过量对材料形貌影响很小。随着锂过量的增加，镍锰酸锂中的Li3+含量先增加后降低和Li/Ni阳离子混排度xNi1-xO质随之增多，而镍锰无序度即Mn最低。其中锂过量6%样品的Mn3+含量最高，使其表现出较好的电化学性能，10C放电比容量可达119.8mAh/g，1C下循环100次后的容量保持率可达96.49%。由此可见，煅烧温度对材料形貌影响较大，材料的电化学性能

6、主要受其形貌的影响。而稀土离子掺杂和锂过量对材料形貌影响较小，材料的电化学性能主要受晶体结构的影响。关键字：镍锰酸锂煅烧温度稀土离子掺杂锂过量晶体结构电化学性能IABSTRACTHigh-voltageLiNi0.5Mn1.5O4materialhastwodifferentcrystralstructures:orderedanddisorderedstructures.TheorderedstructurecontainsonlyMn4+ions,whiledisorderedstructurecont

7、ainsalittleMn3+ions.TheMn3+amountshowssignificantinfluenceonthestructureandelectrochemicalpropertiesofLiNi0.5Mn1.5O4spinel.Inthisthesis,LiNi0.5Mn1.5O4wassynthesizedviasoild-statemethodbyusingLi2CO3,NiOandMn3O4asrawmaterials.Theinfluenceofcalcinationtempera

8、ture,rare-earthelementdoping,andextralithiumadditiononthecrystralstructure,morphologyandelectrochemicalpropertieswassystematicallyinvestigated.Theinfluenceofdifferentcalcinationtemperature(750,800,850,900oC)o