蒸发干燥法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料

以LiNO_(3)、Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O和Mn(CH_(3)COO)_(2)·4H_(2)O为原料,采用蒸发干燥法制备锂电池用LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料。将原料在玛瑙研钵中研磨后置于100℃水浴盆中。待固体物料溶解后,在混合物中加入的无水乙醇和浓度为15.0 mol·L^(-1)的氨水,伴随机械搅拌。将混合物置于120℃的真空干燥室中,干燥2 h(始终在真空氛围中)以获得前驱体。把前驱体放在400℃空气中煅烧4 h,分解硝酸盐和醋酸盐,接着在不同温度的氧气中煅烧6 h,合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料。将合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料放在600℃氧气氛围中退火氧化2 h,再冷却至室温。通过电化学测试得到,在烧结温度800℃,烧结时间6 h的条件下合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料具有较高的锂插层容量和良好的循环稳定性。

Li_(2)TiO_(3)包覆提高LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)的电化学性能

结合共沉淀法、溶剂热法和固相法,将Li_(2)TiO_(3)包覆在LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)正极材料表面,合成z Li_(2)TiO_(3)@LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)(z=0、0.03、0.05和0.08)正极材料。通过XRD、SEM和透射电子显微镜(TEM)对合成材料的结构、形貌和元素分布等进行分析。Li_(2)TiO_(3)均匀地包覆在LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)的表面,减缓LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)材料的团聚程度;包覆过程中,少量的Ti^(4+)掺杂进入材料的内部,可降低锂镍混排程度。以40 mA/g(0.2C)在2.5~4.5 V充放电,0.03Li_(2)TiO_(3)@LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)的电化学性能较好。与LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)正极材料相比,包覆Li_(2)TiO_(3)不仅将电极的放电比容量由125.44 mAh/g提高到138.40 mAh/g,而且将容量保持率由76.66%提升到89.23%(循环120次时)。这是因为具有三维结构的Li_(2)TiO_(3)包覆层和Ti^(4+)掺杂可降低锂镍混排,减轻极化,降低迁移电阻,增加材料的结构稳定性,提高Li^(+)的迁移速率。