锂离子电池正极材料LiNiMnO尖晶石的制备及其电化学性能研究

来源 :浙江大学理学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:datou19881020
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尖晶石锰酸锂作为锂离子电池的正极材料具有毒性小、成本低、原料来源广等诸多优点,具有良好的应用前景。但是纯的LiMn<,2>O<,4>电化学性能并不理想,它的容量衰减迅速,在高温环境下尤甚。为了克服这方面的缺点,目前主要有两种改进手段:体相掺杂和表面包覆。其中,镍掺杂尖晶石LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>表现出优异的电化学性能,相对于LiMn<,2>O<,4>而言,它的实际容量更大,电位平台更高(4.7V),比功率更大,晶体结构更加稳定,容量保持率更高,正逐渐成为一个研究热点。本文以LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>尖晶石为主要研究对象,探索其制备和性能改进的方法。 首先,对前人的制备方法加以改进,提出了共沉淀法并制备出LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>尖晶石样品,考察了焙烧温度对其物化性能的影响。XRD和SEM分析发现,样品颗粒大小和结晶度与焙烧温度存在密切关系。700℃焙烧的样品结晶度欠佳,颗粒细小,粒径200nm左右,存在团聚现象:900℃焙烧样品的结晶度高,比表面积小,样品表现出优良的电化学性能,起始容量127mAh/g,100次循环后,容量保持率达到95%以上。 其次,采用气相二氧化硅对溶胶.凝胶法制备的LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>样品进行包覆处理,并对包覆量的影响以及表面包覆二氧化硅对LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>在55℃环境下的电化学性能的作用机理进行了探讨。当包覆量为1.0%时,二氧化硅在LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>颗粒表面形成疏松多孔的包覆层,电解液可以顺利渗透包覆层并与活性物质接触,样品的初始放电容量没有显著下降,而且其容量保持率得到提高。当包覆量达到3.0%时,包覆层较为致密,影响电解液与活性物质之间的接触,样品初始容量下降,但其循环稳定性良好。XPS分析表明,表面包覆的二氧化硅改变了电极表面生成的SEI膜的成分,抑制了LiF的生成,使得活性物质保持良好的动力学特性。这是因为二氧化硅中和了电解液中的HF,减小HF对SEI膜的破坏作用和对活性物质的溶解作用。EIS分析表明,只要电解液与活性物质之间的反应得到抑制,两者处于稳定状态,LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>可以保持优良的循环性能。
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