2015.4Vol.39
No.4
收稿日期：2014-09-02基金项目：上海市自然科学基金(15ZR1422300)作者简介：胡彬(1989—)，男，湖南省人，硕士生，主要研究方向为储能材料。
通信作者：廖小珍,副教授；liaoxz@https://www.doczj.com/doc/52138135.html,
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FePO 4包覆改善LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料高温循环性能
胡彬，
廖小珍，阳炳检，何雨石，马紫峰
(上海交通大学化学化工学院上海电化学能源器件工程技术研究中心，上海200240)
摘要：采用喷雾干燥法制备LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料，通过沉淀法在LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料表面包覆FePO 4以改善LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料的高温循环性能。制备了质量分数1%FePO 4、3%FePO 4、5%FePO 4三种不同包覆比例的LiNi 0.5Mn 1.5O 4/FePO 4材料，电化学测试结果显示质量分数1%FePO 4包覆效果最好。X 射线衍射光谱法(XRD)数据表明，FePO 4表面包覆处理并没有影响LiNi 0.5Mn 1.5O 4的晶型，材料仍为尖晶石结构。电化学性能测试表明，质量分数1%FePO 4包覆材料的高温下循环稳定性得到显著的提升，其充放电100次后比容量为120mAh/g ，为初始比容量的96.7%，远高于未包覆材料的89.99%的容量保持率。扫描电子显微镜法(SEM)观察显示，质量分数1%FePO 4包覆的材料中LiNi 0.5Mn 1.5O 4颗粒被FePO 4均匀包覆。ICP 数据表明，FePO 4的包覆减少了LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料在高温循环时锰元素和镍元素的溶解，从而提高材料的循环稳定性。
关键词：锂离子电池；FePO 4包覆；LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料；喷雾干燥法中图分类号：TM 912.9
文献标识码：A
文章编号：1002-087X(2015)04-0673-03
High temperature cycle performance of LiNi 0.5Mn 1.5O 4cathode material
by FePO 4coating
HU Bin,LIAO Xiao-zhen,YANG Bing-jian,HE Yu-shi,MA Zi-fang
Abstract ：LiNi 0.5Mn 1.5O 4was prepared by spray drying method.The electrochemical properties of the LiNi 0.5Mn 1.5O 4
cathode material were improved by proper amount FePO 4coating using precipitation method.Three different
LiNi 0.5Mn 1.5O 4/FePO 4materials with 1%FePO 4,
3%FePO 4and 5%FePO 4coating were prepared,
and the
electrochemical tests show that the coating effect of the sample with 1%FePO 4is the best.
The XRD analysis
indicates that the FePO 4coating process does not affect the spinel crystal structure of LiNi 0.5Mn 1.5O 4.
The
electrochemical tests show that the sample with 1%FePO 4coating exhibits enhanced cycle stability at high temperature with the special capacity of 120mAh/g and the capacity retention of 96.7%after 100cycles,while the LiNi 0.5Mn 1.5O 4sample without FePO 4coating only with the capacity retention of 89.99%.The SEM observation
indicates that FePO 4particles uniformly are coated on the surface of LiNi 0.5Mn 1.5O 4particles for 1%FePO 4coating
sample.
The ICP data indicates that FePO 4coating decreases Mn and Ni dissolution in the electrolyte at high
temperature,improving the cycle stability of the material.
Key words:lithium-ion battery ；FePO 4coating ；LiNi 0.5Mn 1.5O 4cathode material ；spray drying method 锂离子电池以其较高比能量，长循环寿命，自放电小，无记忆效应和绿色环保等优点已广泛应用于各种电动工具和便携式用电器中，近年来也开始作为电动汽车用电源得到开发和应用[1]。高性能锂电池正极材料的开发是进一步发展高比能量锂离子电池的关键。目前，锂离子正极材料主要有LiMn 2O 4、LiCoO 2、LiFePO 4、LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2、LiNi 0.5Mn 1.5O 4等[2-3]，其中高电压LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料由于具有一个高且稳定的充放电平台
(4.7V)及较高的理论比容量147mAh/g ，近年来引起较多关注。
LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料相对于其他正极材料主要存在高放电电压的优势，较高的放电电压能够明显提高电池的比能量。但是LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料也存在一些缺陷，如合成材料过程中容易产生Li Ni 1－O 杂质，充放电过程中，由于Mn 和Ni 的溶解，有比较严重的John-Taller 效应，使得材料的循环性能变差。针对这些问题目前主要的研究方向集中在两个方面，一方面通过改善材料的合成方法和合成条件，减少材料合成过程中杂质的产生[4]；本研究采用的喷雾干燥法就能很好的减少Li Ni 1－O 杂质的产生[5]，另一方面Mg 2+、Cr 3+、Co 3+、Fe 3+、Ti 4+等离子的掺杂研究[5-7]，也取得了一定的效果。此外，LiNi 0.5Mn 1.5O 4