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作为一种新兴的绿色高能电池,锂电池因其比容量大、工作电压高、自放电率低、良好的循环性能、环保及无记忆效应等优点越来越引起人们的广泛关注。锂电池电极材料包括正极材料和负极材料,锰酸锂镍(LiNi0.5Mnr5O4)具有较高的充放电平台(4.7V),成为备受瞩目的正极材料之一,然而其电导率较低,电学性能有待提高。 本论文以氯化锂、氯化镍、氯化锰为原料,草酸为沉淀剂,用共沉淀法制备锰酸理镍前驱体,在400℃预烧3个小时,然后分别在700℃以上三种不同温度下煅烧10个小时,进行了材料物相、形貌及电学性能的比较。XRD、SEM图谱显示,700℃、730℃和750℃下煅烧得到的样品都具有比较好的结晶度,具有立方尖晶石结构,其中700℃下煅烧制得产物的晶粒尺度最小;红外光谱研究表明:在700℃时样品中,Fd3m和P4332两种结构锰酸理镍同时存在;电学性能测试表明:在700℃下烧结后得到的样品电学性能相对较好,主要原因是锰酸锂镍结构中P相和F相比例较为合理。 在得到纯相的基础上通过添加聚丙烯酸(PAA),辅助共沉淀法制备了分散性更好的锰酸理镍。实验得到的所有样品均为纯相立方尖晶石结构,通过添加PAA,粉料颗粒团聚性降低,分散均匀性提高;电学性能表明聚丙烯酸的添加,使得材料无论是循环稳定性还是倍率表现都有改善,PAA添加量为3wt%的样品在1C、2C、5C与10C倍率下,与未添加样品相比较而言,比容量分别提高了49.0%、40.8%、45.8%与112.6%,具有较好的高倍率性能,主要原因是锂离子扩散路径的缩短,使材料的电学性能得以改善。 为了改善锂离子电池正极材料锰酸理镍的本体电导率,对其进行了钌和铬的掺杂。从表征结果发现,无论是掺钌还是掺铬,都没有改变尖晶石结构,而且进行掺杂后,样品的晶粒尺寸略有减小,XRD图谱中杂质峰LixNi1-xO强度与未掺杂样品相比明显减弱甚至消失,这说明进行掺杂后有效的抑制了该杂质相的生成。掺杂后样品的电学性能也有所改善,特别是在高充放电倍率下,与未掺杂的样品的放电比容量相比都有所提高,主要是掺杂提高了锰酸锂镍的电子电导率。