Al3+掺杂对LiNi0.5Mn1.5O4材料性能的影响_第1页
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文档简介

由于电动汽车和3C产业的广泛普及，锂离子电池的应用越来越广泛。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其中尖晶石镍锰酸锂材料具有价格低廉、安全无毒和高达4.7V的电压平台等优点[1-2]，现已成为行业的研究热点。但LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)材料还存在循环倍率性能较差、比容量较低、导电性较差等缺点[3-4]。尤其是循环倍率性能较低，严重限制了LNMO材料的应用范围，因此对其进行改性势在必行。本研究在最适掺杂量的基础上结合聚合物辅助法，以期进一步提高LNMO材料的电化学性能。利用高温固相法以及聚合物辅助法，以相对简单的工艺制备了掺杂不同量Al3+的LNMO材料，研究了Al3+掺杂及聚合物辅助法对LNMO材料的影响，有效提高了材料的循环倍率性能，并讨论了对材料的影响机理。摘要：制备了不同Al3+掺杂量（x）的Li1+xAlxNi0.5Mn1.5–xO4（LNMO）材料，通过XRD、SEM等对LNMO材料的结构进行了表征，通过CV测试、交流阻抗谱测试等方法测定了材料的电化学性能，讨论了Al3+的掺杂量对材料结构和性能的影响。结果表明，适当的Al3+掺杂会提高材料的结构稳定性及循环、倍率性能。当x=0.06时改性效果最好，在0.5和2.0C下循环100次的容量保持率分别达到95.2%和90.0%。而且氧化还原峰的电势差较小，循环可逆性能最好。在该基础上，通过聚合物辅助法制备的样品由于{111}晶面族取向性更强，进一步提升了循环性能，0.5和2.0C下循环100次容量保持率分别达到97.1%和93.0%。结论（1）采用高温固相法制备了Li1+xAlxNi0.5Mn1.5–xO4（x=0、0.02、0.06、0.10）材料。从结构机理上说，随着Al3+掺杂量的增加，材料的晶格常数会随之减小，使结构更加稳定，但同时嵌锂量也会有所减小，减少了材料的比容量，同时也会影响到材料的循环倍率性能。其中x=0.06时的样品结晶度最高，八面体形貌也最明显，循环倍率性能最好。（2）从离子平衡机理上说，随着Al3+的掺杂，LNMO材料中Mn3+的量会逐渐增加，这一方面会提高材料的离子导电性，提升Li+的扩散系数，有效减小材料的极化效应，从而改善其循环倍率性能；另一方面，Mn3+过多则会出现歧化反应生成Mn2+破坏材料的结构。在两方面的共同作用下，使得x=0.06样品的循环和倍率性能最佳。这也与掺杂后的结构和结晶度优势共同提升了材料的性能。（3）聚合物辅助法制备LNMO材料可以有效提升材料的循环倍率性能，这是由于制备时Ni-Mn-Al通过聚合物相互连接，提高了材料结晶度，使结构上{111}晶面族取向较强，可有效抑制材料与电解液的反应，提高材料的循

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