论文部分内容阅读
目前工业上生产LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的方法主要为高温固相合成法。该方法操作简单、对设备要求低,但是合成的产物颗粒粗大、均匀性不好、能耗高且电化学性能不佳。因此,发展一种能够快速合成高性能超微LiNi0.5Mn1.5O4粉末的技术具有重大的意义。本文探索出了一种机械力活化—两段煅烧合成超微LiNi0.5Mn1.5O4粉末的方法。研究了合成工艺对粉体特征和电性能的影响规律,主要内容和得出的结论如下：（1）以碳酸盐体系作为原料合成LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,研究了工艺参数对产物的理化性能影响。结果表明,随着煅烧温度的升高,产物结晶性提高,.颗粒粗化且形貌由球状逐渐变为正八面体形状。与一段煅烧法相比,两段煅烧法合成产物的理化性能更好。并对合成过程进行了分析讨论。结果表明：固相合成反应分为三个阶段：热分解阶段、固相扩散反应合成阶段和颗粒生长阶段。热分解阶段为前驱体粉末经过球磨活化处理后在低温下分解得到纳米尺度的氧化物颗粒,拥有大的比表面积；合成阶段为新生成的氧化物颗粒与锂源进行快速的固相扩散反应,形成LiNi0.5Mn1.5O4化合物粉末；生长阶段为在高温条件下煅烧处理促使产物颗粒由球状颗粒逐渐变为正八面体形状。（2）研究了氧化物前驱体种类对合成产物相组成以及颗粒形貌的影响规律。结果表明,MnO2前驱体体系制备得到的产物,随着煅烧温度的升高,晶格常数呈现出增大的趋势,而Mn304前驱体体系体现出相反的趋势,说明Mn3+离子含量在Mn304前驱体体系中随着温度的升高反而降低。（3）探讨了球磨工艺参数以及锂元素含量对产物的相结构的影响规律。结果表明：高能球磨活化处理可以降低反应的激活能,但球磨时间过长会导致粉末发生团聚,最佳球磨处理时间为10h。锂元素容易在高温下挥发而导致合成产物中的锂缺失。本实验研究结果表明,当Li元素过量超过10%,则产物中会残留有Li2CO3的杂质相。由于在本实验中高温煅烧处理的时间短,锂元素的挥发较少,所以经优化后的锂元素、镍元素和锰元素的摩尔比例设定为2：1：3。（4）研究了采用碳酸盐作为原料球磨活化处理10h后在700℃/5h-900℃/1h的工艺参数制备得到的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能。结果表明,样品在O.1C倍率下首次放电的比容量为135.6mAh·g-1,最高能够达到143.3 mAh·g-1（为理论比容量的97.5%）；在2C的倍率下依旧能够达到127.5 mAh·g-1的放电比容量；在0.5C和2C的倍率下循环50次容量保持率达到了97.9%和96.7%。