【摘 要】
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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+,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Mn
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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+,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,10 C下的放电比容量可达113.2 mAh/g,1 C下100次循环后的容量保持率为99.27%。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LixNi1-xO质随之增多,而镍锰无序度即Mn3+含量先增加后降低和Li/Ni阳离子混排度最低。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,10 C放电比容量可达119.8 mAh/g,1 C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。
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