燃烧合成锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的工艺研究

论文摘要

LiCoO2是目前商品锂离子电池的主流正极材料,其替代材料的研究一直是锂离子电池的研究重点。在众多的替代材料中,LiNi0.5Mn1.5O4具有4.7V电压、较高的比容量和优良的循环性能,是一种性能优良的高电位正极材料。通常LiNi0.5Mn1.5O4用固相反应法制备,但性能较差。尽管溶胶—凝胶、共沉淀法、乳液干燥法、熔盐合成法和液相燃烧法可以制备性能优良的LiNi0.5Mn1.5O4,但这些方法有的需要消耗大量的柠檬酸、乙二醇、聚乙烯醇、氯化锂等有机和无机化合物,工艺复杂、成本高。为了克服这些缺点,本文以尿素燃烧合成法和碳燃烧合成法制备LiNi0.5Mn1.5O4。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及电化学测试等方法研究了合成工艺对LiNi0.5Mn1.5O4的结构、微观形貌和电化学性能的影响。研究表明尿素燃烧或碳燃烧释放的热量所形成的高温环境能够促进LiNi0.5Mn1.5O4（Fd3m）尖晶石结构的形成。尿素燃烧合成LiNi0.5Mn1.5O4的工艺条件为:预置炉温500℃,尿素与锂摩尔比0.57、热处理温度900℃、热处理时间4h。除预置炉温为800℃,碳与锂摩尔比为0.25外,碳燃烧合成LiNi0.5Mn1.5O4的其它工艺条件与尿素燃烧合成相似。尿素燃烧合成LiNi0.5Mn1.5O4的放电比容量达133.6mAh·g-1,循环20次后容量保持率为99.6%。而碳燃烧合成LiNi0.5Mn1.5O4的放电比容量达131.7mAh·g-1,循环20次后容量保持率为99.3%。与现有的合成方法相比,尿素燃烧合成法和碳燃烧合成法可在较短时间内制备性能优良的锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4。本文的研究可为进一步开发简单、高效的LiNi0.5Mn1.5O4制备技术提供基础数据。

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摘要

ABSTRACT

第一章前言

1.1 锂离子电池简述

0.5Mn_1.5O₄的结构与电化学性能'>1.2 尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄的结构与电化学性能

0.5Mn_1.5O₄的结构'>1.2.1 LiNi_0.5Mn_1.5O₄的结构

0.5Mn_1.5O₄的电化学性能'>1.2.2 LiNi_0.5Mn_1.5O₄的电化学性能

0.5Mn_1.5O₄的制备与性质'>1.3 尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备与性质

0.5Mn_1.5O₄'>1.3.1 固相反应法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄

0.5Mn_1.5O₄'>1.3.2 溶胶-凝胶法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄

0.5Mn_1.5O₄'>1.3.3 共沉淀法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄

0.5Mn_1.5O₄'>1.3.4 喷雾热解法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄

0.5Mn_1.5O₄'>1.3.5 融盐合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄

1.3.6 乳化干燥法

0.5Mn_1.5O₄'>1.3.7 溶液燃烧合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄

1.4 本文的研究内容和意义

第二章实验部分

2.1 化学药品和仪器

0.5Mn_1.5O₄尖晶石的制备'>2.2 LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石的制备

2.3 材料的物性分析

2.3.1 X射线衍射

2.3.2 扫描电镜

2.4 比容量和循环性能测试

2.4.1 电极的制作

2.4.2 测试电池的组装

2.4.3 电池的充放电测试

0.5Mn_1.5O₄的工艺'>第三章尿素燃烧合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄的工艺

3.1 预置炉温的影响

3.2 尿素用量的影响

3.3 热处理温度的影响

3.4 热处理时间的影响

3.5 本章小结

0.5Mn_1.5O₄的工艺研究'>第四章碳燃烧合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄的工艺研究

4.1 预置炉温的影响

4.2 碳用量的影响

4.3 热处理温度的影响

4.4 热处理时间的影响

4.5 本章小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

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