电化学毕业论文-尖晶石正极材料lini0.5mn1.5o4的掺杂改性研究

《电化学毕业论文-尖晶石正极材料lini0.5mn1.5o4的掺杂改性研究》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、第三章尖晶石正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的掺杂改性研究3.1前言对尖晶石正极材料LiNi0.5Mn1.5O4进行离子掺杂是常用的提高电化学性能的方法。镍锰基尖晶石正极材料LiNi0.5Mn1.5O4中存在三价态的锰离子，在充放电过程中，三价态锰离子会畸化成四价态的锰离子，破坏晶格结构的稳定性，电化学性能也随之降低。在制备正极材料过程中掺杂过渡金属、稀土金属离子等来少量取代锰离子，这样可以加强晶格的稳定性，从而提高电化学性能。3.2Al离子掺杂3.2.1材料的合成按一定的化学计量比称取LiCO3、Mn3O4、

2、Ni(CH3COO)2.4H2O、Al(OH)3(Li：Mn：Ni=1.05：1.5：0.5)，按上文中溶胶凝胶辅助微波法的制备过程合成LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4（x=0.00、0.02、0.05、0.07）。3.2.2材料的表征和测试（1）XRD图3.1是掺杂Al的LiMn1.5Ni0.5O4的XRD图谱。分析XRD谱图，不同掺杂量的LiNi0.5Mn1.5O4特征峰出峰位置与标准图谱基本符合，属于立方结构。但是，高温煅烧会导致氧缺失，在2θ=37.5°、2θ=44°产生了NiO、LiyN

3、i1-yO的杂质相。掺杂一定量的Al，可以使得杂质峰的强度相对空白材料有些减弱。综上所述，溶胶凝胶辅助微波法合成的LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4结晶性好，纯度高。图3.1LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的XRD图（2）FTIR图3.2为LiNi0.5Mn1.5O4掺杂不同量Al的FTIR图。从图3.2可以看出，不同掺杂量材料的红外谱图在513、552、580、626cm-1有不同程度的吸收峰。其中，557、621cm-1的吸收峰对应于Mn-O键的振动，513、580cm-1处的

4、吸收峰对应于Ni-O键的振动。随着有序度的增加，Ni-O键会振动增强，反之，Mn-O键的振动会减弱。掺杂Al合成的材料Ni-O键相较于未掺杂的材料要强，有序性比较好。图3.2LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的FTIR图（3）充放电测试图3.3是掺杂不同量Al的LiNi0.5Mn1.5O4的初次放电曲线。从图中可以发现，在进行原材料掺杂Al后制备的LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4初次放电都在4.7V左右有一个高电压放电平台，这是因为Ni2+/Ni3+反应。未掺杂的原材料首次放电比容

5、量为118.2mAh/g，Al掺杂量为0.02、0.05、0.07的首次放电比容量分别为137.3mAh/g、130.4mAh/g、105.4mAh/g，这表明掺杂Al对LiNi0.5Mn1.5O4首次放电的比容量是有提升的，当Al的掺杂量为0.02时，样品材料LiNi0.475Mn1.475Al0.05O4首次放电容量最高。图3.4是掺杂不同量Al的LiNi0.5Mn1.5O4的倍率性能图。由图中可以发现，在进行原材料掺杂Al后制备的LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的倍率性能都有所提高，掺杂0.

6、02的材料放电比容量比未掺杂的原材料性能更佳。在10C的大倍率下，材料比容量都有所下降，但掺杂量为0.02的材料还能具有高放电比容量60.2mAh/g。这因为Al-O键的键能大于Mn-O和Ni-O，使得晶体结构稳定性增强，大倍率下仍具有高容量。图3.5为是LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的循环性能图。LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4（x=0.00、0.02、0.05、0.07）在1C倍率循环，首圈放电容量分别为119.4mAh/g、127.8mAh/g、122.4mAh/g、11

7、2.4mAh/g，50圈后放电容量分别为116mAh/g、124.6mAh/g、108.8mAh/g、111.1mAh/g容量保持率分别为97.2%、97.5%、88.8%、98.8%。当Al掺杂量为0.02时，材料具有较高的放电容量，循环后的容量也能保持。这主要是由于阳离子Al的掺入，稳定晶体结构，提高材料的稳定性。图3.3LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的首次放电曲线图图3.4LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的倍率图图3.5LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO4的

8、1C循环图3.3Al/F离子掺杂3.3.1材料的合成按一定的化学计量比称取LiCO3、Mn3O4、Ni(CH3COO)2.4H2O、Al(OH)3、LiF(Li：Mn：Ni=1.05：1.5-x/2：0.5-x/2：x)，按上文中溶胶凝胶辅助微波法的制备过程合成LiNi0.5-x/2Mn1.5-x/2AlxO3.98F0.02（x=0.00、0.02、0.0