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LiNi<,0.5>Mn<,0.5>O<,2>具有价格低廉、无毒、安全性好、充放电容量高等优点,是LiCoO<,2>的最佳替代者之一。
本文通过利用Mn(CH<,3>COO)<,2>.4H<,2>O和Ni(CH<,3>COO)<,2>.4H<,2>O之间的固相反应合成出Ni、Mn掺杂均匀的Ni<,1.5>Mn<,1.5>O<,4>固熔体前驱物,用该前驱物与化学计量比的LiOH.H<,2>O反应制备出来的纯相层状LiNi<,0.5>Mn<,0.5>O<,2>具有均一的原子级别Ni、Mn掺杂,Li-M(Ni,Mn)在各自的层中都有很高程度的规则排列,用这种方法制备的层状LiNi<,0.5>Mn<,0.5>O<,2>内部在仪器可检测范围内不存在基于Li<,2>MnO<,3>的氧化物。经过对在不同的煅烧时间、煅烧温度、升降温速度等实验条件下制备出来的LiNi<,0.5>Mn<,0.5>O<,2>材料进行结构和电化学性能测试后得到了最优化的实验条件,即以5℃/m的升温速度在空气氛中850℃下煅烧12h生成的LiNi<,0.5>Mn<,0.5>O<,2>具有最好的电化学性能。电化学测试结果表明使用本文中实验方法在最优化的实验条件下制备出来的LiNi<,0.5>Mn<,0.5>O<,2>具有高度的可逆性和很小的电荷转移阻抗,使得其在放电容量、循环性、大电流放电能力等方面具有很强的竞争力。
文中同样研究了相同的方法制备的其他Ni、Mn掺杂比例(1:2、5:7、2:1)的Ni、Mn固熔体前驱物,以及利用这些前驱物在最优化条件合成出来的层状Li-Ni-Mn-O化合物。研究结果表明以不同掺杂比例的Ni、Mn固熔体为前驱物来制备层状Li-Ni-Mn-O化合物是一个很好的办法,这种方法使得Ni、Mn固熔体中的Ni、Mn达到原子级别的均匀混合,从而可以合成出各种掺杂比例具有纯相晶体结构、拥有高离子排序规则度的层状Li-Ni-Mn-O化合物。
文中的最后利用超声波合成法在没有任何表面活性剂和模板的情况下通过对前驱物Ni<,1.5>Mn<,1.5>O<,4>在酸性条件60℃下以53KHz频率超声成功制备出具有空心球结构的α-MnO<,2>,根据控制加入硫酸的浓度可以制备出不同晶相的纯相MnO<,2>,通过改变反应时间成功制备出不同形貌的MnO<,2>,同时跟踪了α-MnO<,2>晶体的生长演化过程。