【摘 要】
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尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料因具有高电压平台,高能量密度,低成本及环境友好等优点成为近年来研究高功率电池的首选材料,但是其高温下较差的循环性能,阻碍了其实用化进程。为了改善其循环性能,并同时兼顾倍率性能,本文首先采用尿素辅助水热法制备碳酸盐前驱体,经混锂源煅烧制得具有中空多孔结构的LiNi0.5Mn1.5O4材料。重点研究了水热过程中前驱体的生长机理,不同金属离子浓度以及不同醇水比(
【基金项目】
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国家自然科学基金,编号:51802074;
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尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料因具有高电压平台,高能量密度,低成本及环境友好等优点成为近年来研究高功率电池的首选材料,但是其高温下较差的循环性能,阻碍了其实用化进程。为了改善其循环性能,并同时兼顾倍率性能,本文首先采用尿素辅助水热法制备碳酸盐前驱体,经混锂源煅烧制得具有中空多孔结构的LiNi0.5Mn1.5O4材料。重点研究了水热过程中前驱体的生长机理,不同金属离子浓度以及不同醇水比(EG:H2O体积比)对碳酸盐前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4结构形貌及电化学性能的影响。通过对不同水热时间的前驱体取样,研究了前驱体的生长机理。分析表明,随着水热时间的延长,颗粒形貌由“花生状”逐渐转变为“胶囊状”。前驱体在结构上实际由三部分组成:内核Mn CO3,夹层Mn CO3+Ni CO3和外壳Ni CO3。前驱体的生长机理可概括为Mn CO3的核生长--自组装Ostwald熟化机制以及Ni CO3的溶解--反应--结晶机制。研究了水热过程中金属离子浓度对碳酸盐前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4材料结构、形貌及电化学性能的影响。SEM表明,通过改变金属离子浓度可以对碳酸盐前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4材料的颗粒尺寸及形貌进行调控,随着金属离子浓度的增加,其颗粒尺寸不断减小,形貌趋于球形。其中金属离子浓度为0.3mol·L-1时,所制备的前驱体颗粒最均匀,对应的LiNi0.5Mn1.5O4材料具有最优异的电化学性能,1 C下循环100次后容量保持率高达96.8%,10 C下放电比容量高达124.1 m Ah·g-1,达到0.2 C的99.3%。研究了水热过程中醇水比对制备的碳酸盐前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4材料结构形貌及电化学性能的影响。SEM表明,通过改变醇水比可以对碳酸盐前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4材料的颗粒尺寸及形貌进行调控,随着乙二醇体积比的增加,碳酸盐前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4材料的形貌由类橄榄状转变为类花生状,进一步到球状,同时粒径逐渐减小。其中,在醇水比为1:3时制备的LiNi0.5Mn1.5O4材料颗粒大小适中且分布均匀,电化学性能最为优异,10 C下放电比容量高达128.4m Ah·g-1,1 C下100次循环后的容量保持率为98.93%。
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