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1、安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计(论文)任务书课题名称Li Li4 4TiTi5 5O O1212包覆尖晶石包覆尖晶石 LiNiLiNi0.50.5MnMn1.51.5O O4 4正正极材料电化学性能的研究极材料电化学性能的研究学 院化学与化工学院专业班级应用化学 072姓 名陈云学 号079034211毕业设计(论文)的主要内容及要求:近年来，随着耐高电压电解液的研制成功，采用过渡金属离子对锰离子进行参杂，生成尖晶石相 LiNi0.5Mn1.5O4可以提高电池的充放电压，可以达到 5V 左右，充分抑制了 Jahn-Teller 效应的发生，有效的提高了
2、电极的循环寿命，从而引起了人们的广泛关注。在大量的研究过程中发现，只有材料 LiNi0.5Mn1.5O4表现出一个可以接受的稳定性能，DSC 研究表明它仍然就有比层状镍钴酸锂更高的安全性，仍然可以作为动力电池正极材料。化学计量比 LiNi0.5Mn1.5O4却很难合成。本文采用传统方法制备了 LiNi0.5Mn1.5O4材料，并采用溶胶凝胶合成 Li4Ti5O12包覆尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4，利用循环伏安和充放电技术研究其电化学性能。从理论上对锂离子电池正极材料结构和性能进行优化，为将其作为动力电池正极材料商品化奠定一定的实验基础。主要工作内容：a. 查找本课题有关文献，提出实验方案
3、。b. LiNi0.5Mn1.5O4及其包覆材料的物理性能测试过程。c. 锂离子电池装配过程。d. LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池充放电测试过程。e. LiNi0.5Mn1.5O4电池循环伏安测试过程。d. 最后初步探讨锰酸锂电池锂离子嵌力动力学。安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 指导教师签字： 安徽工业大学 化学与化工学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行工作所获 得的结果，是本人工作的真实表达。除已经做了标注的地方外，本论文不含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的工作做出重要贡献的个人或 集体，均已在文
4、中以明确的方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果应由本人承担。学位论文作者签名： 年 月 日安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 Li4Ti5O12包覆尖晶石包覆尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料正极材料电化学性能的研究电化学性能的研究摘要尖晶石LiMn0.5Mn1.5O4是以其高电压低成本易回收对环境友好等优点而被人 们公认为最具应用前景的锂离子电池正极材料之一本文采用溶胶-凝胶合成方法合 成了Li4Ti5O12 (LTO)包覆的尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4 (LMNO)，并采用XRD、SEM、循环 伏安、电化学阻抗等测试手段研究了尖晶石型LiNi0.5Mn1.
5、5O4及其包覆材料的的结构 和电化学性能。热重分析表明在400之后，LiNi0.5Mn1.5O4晶体基本形成；XRD表明 3 wt.%Li4Ti5O12包覆LiNi0.5Mn1.5O4各衍射峰峰形尖锐且位置不变，无杂质峰，样品 结构晶型完整，而5 wt.%和10 wt.%包覆出现MnTiO3杂质峰；SEM分析结果表明， Li4Ti5O12包覆LiNi0.5Mn1.5O4样品颗粒细小均匀，有明显的团聚现象。充放电测试显 示0.3C充放电时，Li4Ti5O12包覆LiNi0.5Mn1.5O4复合材料的首次放电容量达到容量为 99.1 mAhg1， 经100次循环后平均每次循环的容量损失仅为0.01
6、4%。0.5C充放电时， Li4Ti5O12包覆LiNi0.5Mn1.5O4复合材料的首次放电容量达到容量为84.3 mAhg1， 经 100次循环后平均每次循环的容量损失仅为0.062%。循环性能曲线表明3% Li4Ti5O12 包覆LiNi0.5Mn1.5O4具有比LiNi0.5Mn1.5O4 更高的可逆容量、更稳定的循环性能和更好 的倍率性能。CV显示3% Li4Ti5O12包覆LiNi0.5Mn1.5O4可逆性变好，有利于锂离子的 可逆脱嵌。EIS谱表明3% Li4Ti5O12包覆LiNi0.5Mn1.5O4电荷转移电阻降低，锂离子转 移速率增加。关键词：锂离子电池；正极材料；LiNi
7、0.5Mn1.5O4；表面包覆安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 Study on electrochemical performance of Li4Ti5O12-coated spinel LiMn1.5Ni0.5O4 electrode material for lithium-ion batteriesAbstractSpinel LiMn0.5Mn1.5O4 is one of the most promising positive electrode materials for lithium ion battery because of its high volta
8、ge, low cost, easy recycling and environmental afinity. In this paper, spinel Li4Ti5O12-coated LiNi0.5Mn1.5O4 materials were synthesized by the sol-gel method. The structure and electrochemical performance of spinel LiNi0.5Mn1.5O4 and LTO-coated material are investigated by X-ray diffraction (XRD),
9、scanning electric microscopy (SEM), cyclic voltammety (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), respectively. TG-DTA shows that LiNi0.5Mn1.5O4 crystal forms after 400C. XRD shows that there are sharp diffraction peaks of the Li4Ti5O12 (3 wt. %)-coated LiNi0.5Mn1.5O4 without any impurit
10、y peak, indicating that all materials present presents a perfect spinel structure. However, there are little impurity peak of MnTiO3 in 5 wt.% and 10 wt.% Li4Ti5O12-coated LiNi0.5Mn1.5O4. SEM reveals that 3 wt.% Li4Ti5O12- coated LiNi0.5Mn1.5O4 powders have a uniform morphology, obvious agglomeratio
11、n. The charge and discharge test results indicates the first discharge capacity of 3 wt.% Li4Ti5O12- coated LiNi0.5Mn1.5O4 is more than 99.1 mAhg1 and the capacity loss per cycle is only 0.014% after cycling 100 times at 0.3 C. However, the first discharge capacity of 5 wt.% Li4Ti5O12-coated LiNi0.5
12、Mn1.5O4 is more than 84.3 mAhg1 and the capacity loss per cycle is only 0.062% after cycling 100 times at 0.5 C. The cycling performance test reveals that 3 wt.% Li4Ti5O12-coated LiNi0.5Mn1.5O4 has higher reversible capacity, more stable cycling performance, and better rate performance than those of
13、 pristine LiNi0.5Mn1.5O4. CV exhibits that 3 wt.% Li4Ti5O12-coated LiNi0.5Mn1.5O4 has a higher reversibility than that of pristine LiNi0.5Mn1.5O4, and the coating is beneficial to the reversible extraction and insertion of lithium ion. EIS shows 3 wt.% Li4Ti5O12-coated LiNi0.5Mn1.5O4 has much lower
14、charge transfer resistance (Rct), higher lithium diffusion coefficient than that of pristine LiNi0.5Mn1.5O4.Keywords: lithium ion battery; cathode material; LiNi0.5Mn1.5O4; surface coating安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 目 录前 言11 文献综述21.1 尖晶石 LiMn2O4的结构与性能2 1.1.1 尖晶石 LiMn2O4的结构 21.1.2 尖晶石 LiMn2O4容量衰减原因 31.2 尖晶石 LiNi0.5Mn1.5O4的结构.51.3 尖晶石 LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法.6 1.3.1 高温固相法.6 1.3.2 溶胶-凝胶法 .7 1.3.3 共沉淀法.8 1.3.4 喷雾干燥法.8 1.3.5 超声波法.9 1.3.6 乳液干燥法.9 1.3.7 熔盐法.9 1.3.8 复合碳酸盐法.10 1.3.9 湿化学法.101.4 LiNi0.5Mn1.5O4的表面改性10 1.4.1 SiO2包覆.10 1.4.2
