论文部分内容阅读
现今，锂离子电池已在便携式电子产品中得到了广泛的应用。随着电动汽车以及电网储能蓄电站的发展，锂离子电池应用的领域也变得多样化，因此，对锂离子电池性能提出了更高的要求，例如高能量密度、高安全性等。尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有三维锂离子传输通道，其4.7V高电压平台赋予了它较高的能量密度(650Wh/kg)，明显高于其他4V正极材料(例如，LiCoO2500Wh/kg，LiMn2O4500Wh/kg，LiFePO4550Wh/kg)。因此，尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4高电压正极材料已成为最有前景的锂离子电池正极材料之一。本硕士论文主要是围绕尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料，对其制备方法以及电化学性能方面进行了研究，以下为本论文的主要工作: 首先，采用了浸渍法制备出了有序的LiNi0.5Mn1.5O4中空微球，并对LiNi0.5Mn1.5O4中空微球的电化学性能进行了研究。结果表明，不同温度下制备的LiNi0.5Mn1.5O4材料形貌揭示了中空结构形成与反应温度有着紧密的联系。在固相反应过程中，研究了退火步骤对形成有序的和无序的LiNi0.5Mn1.5O4中空微球的影响，并且分别对有序的和无序的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能进行了对比。结果表明，有序的LiNi0.5Mn1.5O4中空微球比无序的LiNi0.5Mn1.5O4中空微球表现出更好的倍率性能(5C倍率下充放电，放电容量为116mAh/g;10C倍率下充放电，放电容量为85mAhg)和优异的循环性能。 其次，通过微调尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4中Ni和Mn的化学计量比并采用浸渍法制备LiNi0.5-xMn1.5+xO4(x=0，0.05，0.1)中空微球。研究了LiNi0.4Mn1.6O4，LiNi0.45Mn1.55O4，LiNi0.5Mn1.5O4中空微球的物理性能和电化学性能。研究结果表明，调整尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4中Ni和Mn的化学计量比可以引入Mn3+，成功地获得了无序的LiNi0.4Mn1.6O4，无序的LiNi0.45Mn1.55O4和有序的LiNi0.5Mn1.5O4中空微球。同时，含有适量Mn3+的无序LiNi0.45Mn1.55O4中空微球表现出最佳的倍率性能，在10C倍率下充放电，放电比容量为96.8mAh/g。 最后，研究了压片烧结对尖晶石LiNi0.5Mn15O4材料固相合成的影响。通过对比压片制备的LiNi0.5Mn1.5O4和未压片制备的LiNi0.5Mn1.5O4材料的物理化学特征和电化学性能，发现:尖晶石LiNi05Mn1.5O4材料的固相合成过程中，压片步骤有利于减少杂相的生成，并可以获得更小的一次粒子。同时压片LiNi0.5Mn1.5O4材料表现出非常出色的循环和高温稳定性，在常温下循环200次，容量保持率为96.7％，在55℃的高温下，容量保持率为77％。