高电压球形尖晶石lini05mn15o4正极材料的制备及其性能研究

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1、湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，木论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文屮以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的

2、全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期：年月日日期:导师签名:正极材料的工作电压和放电容量是影响锂离子电池能量密度的两个重要因素。尖晶石LiNio.5Mm.504由于具有成本低廉、环境友好、独特的三维锂离子扩散通道及相对较高的工作电压(约4.7V)等诸多优点而成为最具应用前景的锂离子电池正极材料Z-,但是其商业化应用仍面临许多障碍，主要包括LiNio.5Mm.5O4材料的循环稳定性和倍率性能差等问题，尤其是高温性能差

3、。为了改善和利用LiNio.5Mm.5O4正极材料，本文首先通过非均相成核法对球形LiNio.5Mm.5O4的表面进行纳米丫2。3包覆改性；并采用共沉淀法合成了具有壳浓度渐变结构的球形LiMgo.056Nio.444Mm.504材料；最后，设计并合成了一种具有壳浓度渐变结构的球形LiMni.912Ni0.072CO0.016O4材料。主要研究内容如下：1.采用非均相成核法成功的合成了纳米丫2。3包覆的球形LiNio.5Mm.5O4正极材料，并对纳米丫2。3包覆LiNio.5Mm.5O4材料的结构和电化学性能进

4、行了的系统研究。TEM和EDX结果表明，纳米Y2O3包覆层均匀的包裹在球形LiNio.5Mm.5O4粒子表面。纳米Y2O3包覆的LiNio.5Mm.5O4材料在1C倍率下的首次放电比容量为126.1mAh/g,H300次循环后的容量保持率高达97.7%,明显高于纯LiNio.5Mm.5O4材料(66.5%)。此外，在高温55°C条件下，纳米Y2O3包覆的LiNio.5Mm.5O4材料在2C倍率下经过100次循环后的容量保持率仍有91.6%o2.设计和制备了一种新型的壳浓度渐变结构的高电压尖晶石正极材料LiMg

5、0.056Ni0.444Mn1.5O4。研究表明，壳浓度渐变结构的LiMg0.056Ni0.444Mm.5O4显示了比LiNio.5Mm.5O4更为优良的电化学性能。在3.0〜4.9V电压范围内，1C倍率下其200次循环后的容量保持率高达98.9%,明显高于LiNio.5Mm.5O4材料(85%)o55°C,壳浓度渐变结构LiMgo.056Nio.444Mm.5O4材料在100次循环后的容量保持率为99%o此外，壳浓度渐变LiMg0.056Ni0.444Mm.5O4材料在10C倍率下的放屯容量高达116mAh

6、/g,而LiNio.5Mn1.5O4的放电比容量仅为96mAh/g。3.采用共沉淀法成功合成了壳浓度渐变结构的尖晶石正极材料LiMm.912Ni0.072CO0.016O4o电化学测试表明，壳浓度渐变LiMni.912Ni0.072CO0.016O4具有比LiNio.5Mm.5O4更为优良的电化学性能。在高温55°C,3.0〜4.4V电压范围内壳浓度渐变LiMm.9i2Nio.o72Coo.oi(Q4材料的首次放电比容量为118mAh/g,J1200次循环后的容量保持率高达96%,明显优于单一LiMn2O4材

7、料(85%)。关键词：锂离子电池；高电压尖品石正极材料；结构设计；氧化轮包覆；电化学性能AbstractOperatingvoltageanddischargecapacityofthecathodematerialaretwoimportantfactorseffectingtheenergydensityoflithium-ionbatteries-SpinelLiNio.5Mn1.5O4isoneofthemostpromisingcathodematerialsduetovariousadvantag

8、es,suchasitslowcost,environmentalfriendliness,unique3-dimensionallithium-iondiffusionchannels,andrelativelyhighworkingvoltage(ca.4.7V).Inaddition,RecentstudiesalsohaveshownthegreatpromiseofLi-ionbatter