混料工艺对固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响

D i f f r a c t i o n d e n s i t y2 Theta新型固相法制备高电压LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料及电化学性能研究朱智，张鼎，闫慧，其鲁*（北京大学化学与分子工程学院，北京，100190，E-mail ：qilu@ ）在合成锂离子二次电池用正极材料时，固相法因其工艺简单、不使用溶液以及易于控制等优点，故仍是目前采用的重要方法之一。

然而传统固相法一般需要在较高温度才能完成。

如采用固相法合成高电压材料LiNi 0.5Mn 1.5O 4时，要在大于800℃恒温数小时才能合成尖晶石结构的晶体材料，且往往掺杂大量杂相，影响LiNi 0.5Mn 1.5O 4的电化学性能。

经研究发现，在一定条件下向Li 、Ni 、Mn 的混合物中添加适量草酸、柠檬酸等有机酸并混匀、干燥，然后在600℃时即可用固相法合成LiNi 0.5Mn 1.5O 4，得到具有优越电化学性能的锂离子二次电池用高电压正极材料LiNi 0.5Mn 1.5O 4。

XRD 和SEM 分析表明所制备的LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料具有良好的Fd3m 尖晶石晶体结构，且比传统高温固相法得到的产物具有更高的结晶度、更规则的形貌以及更加均匀的粒径分布，如图1。

通过添加柠檬酸在650℃反应得到的材料，0.2C 倍率下初始放电比容量为138.5mAh/g ，接近湿法制备的容量，经过200次循环，比容量保持在133mAh/g 以上，电化学性能远高于传统固相法制备的LiNi 0.5Mn 1.5O 4，如图2。

所制得的LiNi 0.5Mn 1.5O 4粒径为4~6μm ，振实密度达到了2.20g/cm 3。

（a ）（b ）图1传统固相法和改进固相法制备的LiNi 0.5Mn 1.5O 4的(a)XRD 图谱和(b)SEM 形貌，上为传统固相法，下为改进固相法制备Fig.1XRD patterns(a)and SEM imges(b)of LiNi 0.5Mn 1.5O 4prepared by common solid reaction(above)and modified solidreaction(below)图2传统固相法和改进固相法制备的LiNi 0.5Mn 1.5O 4电化学性能曲线（充放电电压范围为3.0V~5.0V ，倍率0.2C ）：（a ）两种LiNi 0.5Mn 1.5O 4的初始充放电曲线；（b ）两种LiNi 0.5Mn 1.5O 4的循环性能曲线Fig.2The electrochemical property of LiNi 0.5Mn 1.5O 4prepared by common solid reaction and modified solid reaction,respectively:(a)initial charge and discharge curve;(b)cycling performance of LiNi 0.5Mn 1.5O 4,with charge/discharge voltage range of 3.0V~5.0V and 0.2C rate在改进的固相法中，加入有机酸的种类、加入酸的量及混合过程的温度、时间等对最终合成的LiNi 0.5Mn 1.5O 4的物理性能以及电化学性能都有较大影响。

5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4制备及其掺杂改性研究的开题报告1. 研究背景随着电动车、智能手机等电子产品的普及，锂离子电池逐渐成为重要的能源储存装置。

锂离子电池的正极材料作为锂离子的储存和释放中心，对电池的性能有着直接影响。

LiNi0.5Mn1.5O4作为一种高比容量和高电化学稳定性的正极材料，近年来备受关注。

但是，其容量衰减和循环寿命短等问题仍然制约着其应用。

因此，对其进行掺杂改性以提高其性能已成为当前研究的热点领域。

2. 研究目的本研究旨在探究LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备及其掺杂改性，以提高其电化学性能。

3. 研究内容（1）制备LiNi0.5Mn1.5O4正极材料；（2）通过掺杂改性方法改善LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能；（3）采用物理、化学分析方法研究制备及其掺杂改性材料的结构与性质。

4. 研究方法（1）化学共沉淀法制备LiNi0.5Mn1.5O4正极材料；（2）采用掺杂元素Fe和Al对LiNi0.5Mn1.5O4进行改性，制备Lix(Ni0.5Mn1.5)1-y-zFeyAlzO4（x=1，y,z≤0.2）系列材料；（3）采用粉末X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、电化学测试等手段对样品的结构和性质进行表征。

5. 预期成果本研究通过掺杂改性的方法提高LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能，有望为锂离子电池的应用提供新的思路和方法；同时，对于高能量、高效率的电池材料的研究也有一定的参考价值。

6. 研究意义本研究的成果将有望为锂离子电池行业提供新的材料和技术支持，进一步提高电池的能量密度和循环寿命。

同时，本研究也有助于推动新型能源领域的发展，为实现可持续发展提供新的思路和方法。

LiNi0.5Mn1.5O4的高分子网络法制备及其电化学性能研究的开题报告一、研究背景与意义随着锂离子电池的广泛应用，尤其是电动汽车、储能系统等领域的发展，对于锂离子电池正极材料性能的要求也越来越高。

其中，LiNi0.5Mn1.5O4是一种重要的锂离子电池正极材料，具有高比能量、优异的循环稳定性和电导率等优点，被广泛研究和应用。

然而，LiNi0.5Mn1.5O4材料在一定程度上存在容量衰减、电化学性能不稳定等问题，其主要原因是材料结构稳定性不足。

传统的化学合成方法往往难以控制晶体结构和微观形貌，造成材料的结构不稳定性。

因此，开发一种简单易行、能够有效提高材料结构稳定性的制备方法对于提高锂离子电池正极材料性能具有重要意义。

高分子网络法是一种新型的制备材料的方法，该方法利用高分子的自组装和交联作用构建材料结构，能够有效控制材料的结构和形貌，提高材料的稳定性和电化学性能。

因此，利用高分子网络法制备LiNi0.5Mn1.5O4材料具有很大的潜力。

二、研究内容和技术路线本研究将采用高分子网络法制备LiNi0.5Mn1.5O4材料，主要包括以下内容：1. 合成高分子前驱体，制备高分子网络模板。

采用乳液聚合法制备高分子前驱体，制备高分子网络模板。

2. 制备LiNi0.5Mn1.5O4材料。

将Li、Ni、Mn前驱体和高分子前驱体混合，通过热处理制备LiNi0.5Mn1.5O4材料。

3. 对制备的材料进行表征和电化学性能测试。

利用XRD、SEM、TEM等手段对材料的结构和形貌进行表征，采用循环伏安法和恒流充放电测试等方法评价材料的电化学性能。

技术路线如下图所示：[图]三、预期研究成果通过高分子网络法制备LiNi0.5Mn1.5O4材料，预计可以有效提高材料的结构稳定性和电化学性能，并能够得到较好的放电比容量和循环性能。

本研究的成果将为锂离子电池正极材料的合成和优化提供一种新思路和方法。

稀土掺杂对锂离子电池正极材料性能影响研究进展近年来，随着全球能源危机的逐渐加剧，新能源与环保逐渐成为人们关注的焦点，而锂离子电池作为新能源研究的重中之重，其发展也日益受到了广泛的关注。

锂离子电池的正极材料性能是整个电池性能的关键，稀土元素掺杂作为一种有效的材料改性手段，也受到了广泛的研究。

本文将从稀土掺杂对锂离子电池正极材料性能的影响展开分析，深入探讨稀土掺杂技术的研究进展。

一、稀土元素掺杂技术的研究进展稀土元素作为一类含有稀有的元素和金属的元素，其独特的化学和物理性质使之成为一类重要的材料，其在电池领域的应用也日渐显现。

自1991年G. Pratchodko 将稀土掺杂LiMn204首次提出以来，各种稀土元素，特别是La3+、Ce4+、Gd3+、Sm3+、Eu3+、Dy3+、Yb3+等元素被逐渐引入锂离子电池正极材料中。

稀土元素掺杂技术已经初步形成，主要包括固相反应法、溶液法、机械法、微波法等。

在固相反应法中，稀土元素掺杂通过高温煅烧来实现。

这种方法的缺点是煅烧温度较高，造成材料中Li+的流失，从而降低电极材料的比容量。

另外，固相反应法的操作复杂，反应速度慢，产品的均匀性差。

溶液法较固相反应法更容易加工，已经成为稀土掺杂技术的主要方法。

溶液法的优点是对化学计量的控制很好，掺杂的均匀性高，而且反应速度快。

然而，溶液法也存在一些缺点，如预处理时间长，掺杂剂的来源和纯度有限等问题。

机械法是一种将稀土元素氧化物和胶体球磨混合的方法。

它可以减少稀土元素掺杂过程中的副反应。

然而，机械法的掺杂量相对较小，因此在大规模生产中不够实用。

微波法是一种新的稀土掺杂技术，它通过微波辐射来提高化学反应和传递温度，可以明显提高反应速度和有效控制反应时间，是较为理想的掺杂方法之一。

稀土元素的掺杂还可以采用复合掺杂的方式。

例如，Ce4+和Yb3+元素可以同时掺杂到正极材料中，在电池循环过程中显示了优异的性能。

二、稀土元素掺杂对锂离子电池正极材料性能的影响稀土元素掺杂对锂离子电池正极材料性能的影响主要有两方面的变化，一是对电化学性能的影响，二是对结构及其稳定性的影响。

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及包覆改性研究发表时间：2019-09-12T16:51:42.780Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：孙红伟[导读] 摘要：论文采用共沉淀法制备中空球形LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO），并通过改变沉淀剂的摩尔比探究材料形貌对电化学性能的影响。

浙江独山能源有限公司 314200摘要：论文采用共沉淀法制备中空球形LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO），并通过改变沉淀剂的摩尔比探究材料形貌对电化学性能的影响。

同时，我们对制备的中空球形LNMO进行Al2O3包覆改性，探究不同包覆量（0.5 wt%，1 wt%，2 wt%）对其结构和性能的影响。

XRD分析发现材料均为纯相LNMO材料，球形结构的中空空腔随NaOH含量的增加而变大，结构变松散。

电化学测试表明当NaOH/Na2CO3=1：8时具有最高的放电比容量（130 mAh·g-1）及良好的倍率性能；1 wt%包覆的LNMO放电比容量可达126.0 mAh·g-1，并且循环性能优异。

关键词：LiNi0.5Mn1.5O4；共沉淀法；中空球形；包覆一、前言锂离子电池具有工作电压高、比容量大和无污染等优点，现已被成功应用于数码设备、电动汽车、航天等各个领域[1]。

尖晶石LNMO 由于具有较高的工作电压被认为是锂离子电池正极材料中最具前景的材料之一。

然而，在充放电过程中材料和电解液之间发生副反应会引起材料的腐蚀，从而导致性能恶化[2]。

本论文以LNMO材料为研究对象，开展以下内容：（1）共沉淀法制备出中空球形LNMO材料，探究NaCO3和NaOH摩尔比为15：1，10：1和8：1时对材料结构及电化学性能的影响，并找出最优比；（2）采用Al2O3对LNMO进行包覆改性，探究包覆量（0.5 wt%，1 wt%，2 wt%）对LNMO结构及性能的影响并寻找最佳包覆量。

二、实验部分（一）实验药品及设备1.实验药品乙酸镍、乙酸锰、乙酸锂、无水碳酸钠、氢氧化钠、硝酸铝、氨水、N-甲基吡咯烷酮，以上药品均为分析纯。

锂离子电池正极材料LiNi0.5 Mn1.5 O4的固相法制备及性能研究李军;朱建新;李少芳;李庆彪;黄慧民【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(000)019【摘要】以Ni (CH3 COO )2·4H2 O 和Mn (CH3 COO)2·4H2 O 为原料,分别在400、500℃分解3、7h 得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源 Li2 CO3混匀,在800℃煅烧12h,600℃退火24h 得到LiNi0.5 Mn1.5 O4正极材料。

XRD、SEM、EIS 和恒流充放电测试结果表明,在400℃、7h 制备的前驱体与Li2 CO3合成的LiNi0.5 Mn1.5 O4性能最佳。

室温下以0.1C 倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%；以1C 倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。

【总页数】4页(P2796-2799)【作者】李军;朱建新;李少芳;李庆彪;黄慧民【作者单位】广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006;广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006;广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006;广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006;广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.掺杂 Fe3+对高电压正极材料 LiNi0.5 Mn1.5 O4结构和性能的影响∗ [J], 白钢印;王英;肖志平;唐仁衡;丁恒敏;肖方明2.高性能LiNi0.5 Mn1.5 O4正极材料的制备 [J], 王红强;韦晓璐;解雪松;陈玉华;赖飞燕;李庆余;黄有国3.热处理时间对高压正极材料LiNi0.5 Mn1.5 O4的电化学性能影响 [J], 董怡辰;王振波4.固相法制备锂离子电池正极材料LiMnxFe1-xPO4及其性能研究 [J], 蔺佳明;宋远博;赵桃林;王育华5.固相烧结法制备锂离子电池正极材料Li2FeP2O7及其电化学性能研究 [J], 王任衡;肖哲;李艳;孙一翎;范姝婷;郑俊超;钱正芳;贺振江因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

·399·艺科论坛LiNi 0.5Mn 1.5O 4锂离子电池正极材料的制备及其电化学性能的研究赵桂英　薛美娜（福建师范大学 物理与能源学院，福建 福州　350117）摘　要：使用溶胶凝胶法制备了LiNi 0.5-x Mn 1.5-x Al 2x O 4（x=0 x=0.02）正极材料。

通过X 射线衍射、充放电测试和循环伏安测试研究表面Al 掺杂对LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料的电化学性能的影响。

研究结果表明，LiNi 0.48Mn 1.48Al 0.04O 4材在0.5C、1C、2C、3C 的放电比容量分别为117.8，104.1，97.2和92.6 mAh.g -1，容量保持率为77.6%，Al 的掺杂使得样品的结构更加稳定，降低材料的极化，提高材料的循环和倍率性能。

关键词：正极材料；锂离子电池；掺杂；LiNi 0.5Mn 1.5O 40　引言锂离子电池因其具有循环性能好、自放电率低、工作电压高，和安全无环境污染等优点被广泛应用于数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备。

此外，锂离子电池，在航空航天以及军事方面也得到了的应用。

［1，2，3，4，5］5V 正极材料 LiNi 0.5Mn 1.5O 4具有与市场上商业化的钴酸锂相近的实际放电比容量，成本低廉，能量密度较高和放电平台高（约为4.7V）等诸多优势，是动力汽车和混合动力汽车锂离子电池正极材料首选材料之一。

［6，7，8］掺杂和表面修饰是改善LiNi 0.5Mn 1.5O 4材料的电化学性能的有效途径。

Wang 等［9］研究发现Na 离子的掺杂可提高Ni 和Mn 离子的无序性，提高锂离子的电荷传递能力，降低极化电阻，提高锂离子的扩散系数。

庞等［10］用溶胶—凝胶法制备Cr 掺杂LiNi0.5-0.5yCryMn1.5-0.5yO4，实验结果表明，Cr 掺杂可有效抑制容量衰减。

张等［11］用流变相法掺杂Mg 以取代Ni 元素，研究结果表明随着Mg 量的增加，晶格常数逐渐减小，提高了材料的循环性。

山东化工收稿日期：2012－10－23作者简介：史晋宜（1974—），男，吉林省吉林市人，副教授，博士研究生，主要从事电极材料的研究与开发。

不同方法合成LiNi 0．5Mn 1．5O 4对其形貌及性能影响研究史晋宜，丁元生（吉林化工学院应用化学系，吉林吉林132022）摘要：锰镍酸锂（LiNi 0．5Mn 1．5O 4）作为正极材料，具有良好的循环性能、较高的容量、高而单一的放电平台．因此，近年来成为电池研究的热点。

不同的合成方法以及合成条件对镍锰酸锂的形貌及其性能具有极大的影响。

本研究分别采用溶剂凝胶法、固相法、熔融盐法方法合成LiNi 0．5Mn 1．5O 4。

并通过X －射线衍射、扫描电镜（SEM ）、循环伏安法电池性能测试对合成产物的组成、结构、形貌和电化学性能进行表征，进而研究影响产品的性能及形貌的诸多因素，并筛选出较为合适的合成条件以提高锂电池正极材料LiNi 0．5Mn 1．5O 4的电化学性能。

关键词：镍锰酸锂；凝胶法；固相法；熔融盐法中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1008－021X （2012）11－0018－03Synthesis of LiNi 0．5Mn 1．5O 4with Different Method and Their Difference Morphology and PerformanceSHI Jin －yi ，DING Yuan －sheng（Department of Applied Chemistry ，Jilin Institute of Chemical Technology ，Jilin 132022，China ）Abstract ：Lithium nickel －manganese oxide ，as an athode material ，is with good cycling performance ，high capacity ，a single high discharge platform．Therefore ，many researchers focus on the research of this material of the lithium －battery in recent years．Different synthetic methods and synthetic conditions on the lithium nickel －manganese oxide have a great impact on its morphology and its performance．The solvent －gel ，solid －state and molten salt methods were used to synthesis the production．X －ray diffraction （XRD ），scanning electron microscopy （SEM ）test were employed to examine the structure and to study the morphology of the resulted product ，thus finding the impactions of synthetic methods to the productions＇morphology and its performance ，then find out the best method and conditions for the synthesis of lithium nickel －manganese oxide （LiNi 0．5Mn 1．5O 4）in the lithium －ion battery．Key words ：lithium nickel －manganese oxide ；solvent －gel method ；solid －state method ；molten salt method锂离子电池由于具有能量密度高、高电压平台、无记忆效应、工作温度范围宽、对环境无污染等诸多优点，自问世以来，已广泛应用于移动通讯工具、相机、笔记本计算机等便携式电子设备中。

万方数据料，采用固相法在空气中不同温度下合成了ＬｉＮｉｏ小缸１．５０４正极材料，并且研究了不同的烧结温度对其结构、形貌、比表面积及电化学性能的影响。

１实验按ｗＬｉ：‰：确血＝１．０５：０．５：１．５的比例称取Ｌｉ２Ｃ０３、Ｍｎ０２和Ｎｉ（ＯＨ）２，过量的碳酸锂用来弥补高温时锂盐的挥发。

球磨混合均匀后，分别在７５０＂Ｃ、８５０℃、９５０。

Ｃ下烧结２４ｈ，随炉冷却后取出研磨即得ＬｉＮｉｏｊＭｎｌ．５０４样品，分别标记为Ｇ７５、Ｇ８５和Ｇ９５。

采用ＸＲＤ（德国布鲁克Ｄ８ａｄｖａｎｃｅＸ射线衍射仪）、ＳＥＭ（日本电子ＪＥＯＬＪＳＭ．５８００）和ＢＥＴ（北京比奥德ＳＳＡ－３６００）等对材料的结构、形貌和比表面积进行了测试研究。

将合成的ＬｉＮｉｏ．５Ｍｎｌ．５０４材料、导电炭黑、粘接剂ＰＶＤＦ等按质量比８：１：１在溶剂ＮＭＰ（Ｎ一甲基吡咯烷酮）中混合成均匀浆料，涂布在铝箔上，在１２０℃真空下干燥１２ｈ制成正极片，以金属锂片为负极，１ｍｏｌ／ＬＬｉＰＦ６／ＥＣ（乙烯碳酸酯）＋ＥＭｃ（碳酸甲乙酯）＋Ｉ）Ｍｃ（碳酸二甲酯）（体积比１：ｌ：１）为电解液，Ｃｅｌｌｇａｎｄ２４００聚丙烯多孔膜为隔膜，在充满氩气的干燥手套箱中组装成ＣＲ２０１６型扣式电池，在３．５－－４．９Ｖ间进行恒流充放电测试。

２结果与讨论２．１ＬｉＮｉｎ洲ｎ１积的结构、形貌及比表面积分析图ｌ为不同温度下制备的ＬｉＮｉｏ．丑咖１．５０４正极材料的ＸＲＤ图。

图１不同温度下制备的ＬｉＮｉ。

捌ｎ，积正极材料的Ｘ阳图Ｆｉｇ．１ＴｈｅⅪｍｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＬｉＮｉｏ．小ｌｎｌ．５‘）４ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄａｔｖａｒｉｏｕｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ从图１中可以看出，不同温度下合成的样品具有尖晶石结构，属于Ｆｄ３ｍ空间群，而且随着烧结温度的升高，衍射峰形状更加尖锐。

在Ｇ７５样品的ＸＲＤ图中，明显存在杂相，经分析为Ｎｉ６Ｍｎ０８，说明在７５０℃烧结后，生成了少量的新型物质。