鋰離子電池5V正極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、分類號密級UDC學位論文鋰離子電池5V正極材料的制備與電化學性能研究（題名和副題名）張真（作者姓名）指導教師姓名劉興泉教授電子科技大學成都（職務、職稱、學位、單位名稱及地址）申請專業(yè)學位級別碩士專業(yè)名稱材料科學與工程論文提交日期2011418論文答辯日期2011512學位授予單位和日期電子科技大學答辯委員會主席評閱人年月日注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。摘要I摘要LiNi0.5Mn1.5O4正極材料不僅具有高達4.7V的充放電

2、平臺，而且具有環(huán)境友好、成本低、安全性能好、能量密度高、功率密度高和循環(huán)性能好等優(yōu)點，因此有望成為動力電池的候選正極材料之一。本論文主要圍繞減少LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的4V放電平臺，以研究制備電化學性能優(yōu)異的高電位LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的方法為主要任務，主要采用了恒電流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等測試手段，以及XRD、SEM等表征手段對LiNi0.5Mn1.5O4正極材料進行了較詳細的研究。主要內(nèi)容包括：(1

3、)采用溶膠凝膠自蔓延燃燒法合成了LiNi0.5Mn1.5O4正極材料，詳細考察了原料的加入順序、初始pH、原料的選擇、檸檬酸的量、焙燒溫度、退火時間、鎳和鋰的過量程度對合成最終樣品性能的影響。最佳條件合成的正極材料LiNi0.5Mn1.5O4首次放電比容量為121.7mAhg，第20次循環(huán)的放電比容量為119.5mAhg，放電比容量保持率為98.2%，循環(huán)性能較好，消除了4V放電平臺。(2)為了進一步改進LiNi0.5Mn1.5O4正極

4、材料的電化學性能，對其進行了摻雜Ga和In二種元素。通過摻雜并沒有提高正極材料在常溫和0.2C充放電倍率下的放電比容量，但是摻雜Ga和In都提高了正極材料的充放電倍率性能。XRD測試結果表明，Ga3已經(jīng)進入到尖晶石的晶格，并占據(jù)了Ni2位；SEM測試結果表明，Ga的摻雜沒有改變最終合成樣品的顆粒大小和形貌；充放電性能測試表明，LiGaδNi0.5δMn1.5O4(δ=0.02)具有最高的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性；循環(huán)伏安測試表明，LiGa

5、δNi0.5δMn1.5O4(δ=0.02)的兩次循環(huán)伏安曲線的氧化還原峰位基本重合，說明該樣品的循環(huán)穩(wěn)定性較為優(yōu)異；交流阻抗測試表明，LiGaδNi0.5δMn1.5O4(δ=0.02)具有最小的電荷轉移阻抗，也證實了該樣品具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)對材料LiNi0.5Mn1.5O4進行了包覆Li4Ti5O12。從放電比容量和高電位平臺相對容量來考慮，包覆后的前驅體的最適宜的熱處理溫度為600℃。包覆Li4Ti5O12后，明顯提高了