本發(fā)明屬于鋰離子電池
技術領域：
，尤其涉及一種鋰離子電池性能的測定與改進方法。
背景技術：
：當代社會，人類對能源、信息與材料的需求越來越高，人類社會經(jīng)濟發(fā)展與能源短缺的矛盾日益尖銳。如果繼續(xù)大量使用化石燃料，將會加劇空氣污染和溫室效應等問題，還會造成能源枯竭現(xiàn)象出現(xiàn)。為了解決能源危機，保證經(jīng)濟可持續(xù)的發(fā)展，并且保護我們賴以生存的地球，科學家們致力于新能源的研究，例如太陽能等，然而，這些能量源在時間和空間上是不穩(wěn)定的，常常受到天氣、環(huán)境、時間的影響，需要適當轉(zhuǎn)換和存儲后才能保證其發(fā)電量的穩(wěn)定，才能充分利用這些能源。因此，作為良好的儲能裝置，鋰離子電池受到了許多科研人員的關注，鋰離子電池一直是最有效的能源，具有較高的開路電壓，放電容量大，循環(huán)壽命長，環(huán)境友好的特點。隨著鋰離子電池的不斷開發(fā)研究以及商業(yè)化，鋰離子電池被廣泛運用，已成為人類日常生活中不可缺少的用品。鋰離子電池負極材料通常為石墨，其性能已非常優(yōu)異。而正極材料的性能卻不太理想，因此其性能將會直接影響電池的綜合性能。鋰電池常見的正極材料有多種，其中，LiNiO2、LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnO2等正極材料是目前研究比較深入的材料。不同正極材料對鋰離子電池的性能有很大影響，其成本也決定了電池的成本。LiCoO2材料的理論容量有270mAh/g，然而實驗測得的實際容量卻遠小于理論值，基本上約為135mAh/g。其中主要的原因是：為了防止鈷酸鋰的結構在過充電和過放電過程中的結構破壞和電池的安全性能，限制了充放電的截至電壓，鈷酸鋰材料中只有一半的鋰離子實際可用，導致鈷酸鋰正極材料的實際容量只有理論容量的一半。現(xiàn)在通常采用的改善電池電化學性能的辦法為是引入一定量的其他離子來增加LiCoO2的結構的穩(wěn)定性，增加電池的實際容量，并且有利于材料的可逆程度的提高。但是我國Co資源匱乏，導致該材料價格昂貴，并且具有一定的毒性，不利于電池的開發(fā)利用。LiNiO2的理論容量為275mAh/g，而它的實際容量可以達到180mAh/g左右。LiNiO2材料原料豐富、價格相對便宜，但是LiNiO2的制備工藝過于復雜，在充放電過程中會發(fā)生相變，導致容量衰減，在非氧氣氛圍中燃燒會產(chǎn)生大量雜質(zhì)相。電池的熱穩(wěn)定性能差，容易導致安全事故的發(fā)生，因此也限制了該材料的商業(yè)化應用。LiMnO2材料的結構為層狀結構，理論容量為285mAh/g，而實驗測量的實際容量約為180mAh/g，放電電壓約3V。該材料在充放電過程中結構不穩(wěn)定，引起材料體積變化，影響材料的循環(huán)性能，Mn3+的存在導致姜泰勒效應發(fā)生。LiMn2O4理論容量為148mAh/g，實際容量約115mAh/g。相對Co和Ni，我國Mn資源豐富，價格低廉，無毒，環(huán)境友好等優(yōu)點[15-19]。但LiMn2O4材料無法避免姜泰勒效應的發(fā)生，鋰離子擴散性能減弱，導電性下降，循環(huán)性能較差，容量衰減快等問題，而且容易發(fā)生錳的溶解，電解液分解等，通常為了改善其性能，可以摻入過渡金屬。LiFePO4具有橄欖石型結構，理論容量為170mAh/g，實際容量為109mAh/g左右。LiFePO4價格低，安全，穩(wěn)定，但容量不高，體積比容量低，而且材料的電導率低，需要通過表面修飾等手段加以改進。綜上所述，現(xiàn)有鋰離子電池的正極材料成本較高，制備復雜，克容量等電化學性能需要改進。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池性能的測定與改進方法，旨在解決現(xiàn)有鋰離子電池的正極材料成本較高，制備復雜，克容量等電化學性能比較差的問題。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料，所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料由氟化鋰0.05mol、氫氧化鋰0.95mol、硝酸鎳0.5mol、碳酸錳1.4mol、硝酸鉻0.1mol和一水合檸檬酸1mol組成。本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料的合成方法，所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料的合成方法包括以下步驟：步驟一，以氟化鋰、氫氧化鋰、硝酸鎳、碳酸錳、硝酸鉻、一水合檸檬酸為原料按化學計量比準確稱量，研磨均勻混合配成懸濁液以后緩慢加入到一定量的檸檬酸溶液(400ml)中；步驟二，在加入懸濁液的同時進行水浴加熱，保持80℃并且不斷攪拌4h，使其能混合均勻充分反應；步驟三，在90℃的水浴加熱條件下，持續(xù)攪拌混合溶液，直至溶液變成粘稠狀；步驟四，然后用電熱鼓風干燥箱在80℃的條件下烘干直至形成干凝膠；將干凝膠磨碎后，在管式電阻爐中分別在450℃條件下恒溫預燒8h、800℃煅燒15h、650℃退火處理12h；步驟五，在電阻爐內(nèi)冷卻至室溫，研磨得到LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05。本發(fā)明的另一目的在于提供一種由所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料制備的電池正極材料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種由所述電池正極材料制備的鋰電池。本發(fā)明的另一目的在于提供一種由所述電池正極材料制備的電池。進一步，所述電池的制備方法包括以下步驟：第一步，將PTFE、炭黑、正極材料按質(zhì)量比1：1：8稱量，先將PTFE放入燒杯中，滴入少量酒精，混合均勻；第二步，然后把炭黑與正極材料放入其中，滴加10ml的酒精，充分攪拌混合，之后用超聲儀分散10min，使其混合均勻，放入鼓風干燥箱中在80℃條件下干燥至粘稠狀，碾成電極片；第三步，取紐扣電池大小的一部分電極片，放在紐扣電池底殼上，用壓片機壓片后放入真空干燥箱中干燥6小時以上；第四步，取出后，將正極材料、隔膜、鋰片、電解液等材料送入小型扣式封口機中，以上面制備的圓形電極片為正極，一定大小的圓形鋰片為負極，隔膜和電解液為原料制備紐扣電池；制備完畢后，用封口機將電池封好。本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有所述電池的電動汽車。本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有所述電池的電動車。本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有所述電池的汽車。本發(fā)明提供的鋰離子電池性能的測定與改進方法，本發(fā)明擬通過不同方法合成LiNi0.5Mn1.5O4，探究其性能；在LiNi0.5Mn1.5O4中摻入Cr、F，用溶膠凝膠法制備出材料LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05，該材料相對未摻雜材料而言，0.1C倍率下，放電容量為137mAh/g，接近理論值，而且容量保持率高，具有優(yōu)良的電化學性能。我國是Mn資源大國，Mn資源在我國儲存量大，相對Co而言，Mn資源的價格便宜，此外，該錳源的正極材料具有電化學性能好，操作方便，環(huán)境危害小等優(yōu)點。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例提供的合成LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的流程圖。圖2是本發(fā)明實施例提供的球磨法合成LiNi0.5Mn1.5O4流程圖。圖3是本發(fā)明實施例提供的溶膠凝膠法合成LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05流程圖。圖4是本發(fā)明實施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4的TG/DTA曲線示意圖。圖5是本發(fā)明實施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4XRD分析示意圖。圖6是本發(fā)明實施例提供的不同放大倍數(shù)下的LiNi0.5Mn1.5O4形貌示意圖；圖中；(a)是10000倍(b)是20000倍。圖7是本發(fā)明實施例提供的樣品LiNi0.5Mn1.5O4在不同倍率下的充放電曲線示意圖。圖8是本發(fā)明實施例提供的樣品LiNi0.5Mn1.5O4在不同倍率下的循環(huán)性能曲線示意圖。圖9是本發(fā)明實施例提供的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的TG/DTA曲線示意圖。圖10是本發(fā)明實施例提供的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05XRD分析示意圖。圖11是本發(fā)明實施例提供的不同放大倍數(shù)下的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05形貌示意圖；圖中：(a)是14000倍；(b)是20000倍；(c)是20000倍；(d)是2000倍。圖12是本發(fā)明實施例提供的樣品LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05在不同倍率下的充放電曲線示意圖。圖13是本發(fā)明實施例提供的樣品LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05在不同倍率下的循環(huán)性能曲線示意圖。圖14是本發(fā)明實施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.050.1C倍率充放電曲線對比示意圖。圖15是本發(fā)明實施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.050.2C倍率充放電曲線對比示意圖。圖16是本發(fā)明實施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.050.4C倍率充放電曲線對比示意圖。圖17是本發(fā)明實施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05不同倍率下循環(huán)性能對比示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作詳細的描述。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的合成LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05方法包括以下步驟：S101：以氟化鋰、氫氧化鋰、硝酸鎳、碳酸錳、硝酸鉻、一水合檸檬酸為原料按化學計量比準確稱量，研磨均勻混合配成懸濁液以后緩慢加入到一定量的檸檬酸(檸檬酸的總量為各金屬離子物質(zhì)的量之和)溶液中，在加入懸濁液的同時進行水浴加熱并且不斷攪拌，使其能混合均勻充分反應；S102：在90℃的水浴加熱條件下，持續(xù)攪拌混合溶液，直至溶液變成粘稠狀，然后用電熱鼓風干燥箱在80℃的條件下烘干直至形成干凝膠；將干凝膠磨碎后，在管式電阻爐中分別在450℃條件下恒溫預燒8h、800℃煅燒15h、650℃退火處理12h；在電阻爐內(nèi)冷卻至室溫，研磨得到LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05。下面結合實驗對本發(fā)明的應用原理作進一步的描述。1實驗部分1.1主要的化學試劑與實驗儀器本發(fā)明中的化學原料(試劑)詳見表1表1化學名分子式分子量規(guī)格廠家氟化鋰LiF25.94CP氫氧化鋰LiOH·H2O41.96AR堿式碳酸鎳NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O376.23AR上海展云化工有限公司硝酸鎳Ni(NO3)2·6H2O290.8AR溫州市華僑化學試劑有限公司碳酸錳MnCO3114.95CP上海展云化工有限公司硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O375.13AR上海振欣試劑廠硝酸鉻Cr(NO3)3·9H2O400.15AR上海展云化工有限公司一水合檸檬酸C6H8O7·H2O210.14AR江蘇強盛功能化學股份有限公司氟化鎳NiF2·4H2O169.75AladdinChemistryCo.Ltd試驗所用的化學原料(試劑)詳見表2表21.2球磨法合成LiNi0.5Mn1.5O4材料以氫氧化鋰、乙酸錳、一水合檸檬酸、堿式碳酸鎳為原料按化學計量比準確稱量，放入球磨機中研磨均勻，然后取出樣品在鼓風干燥箱內(nèi)80℃烘干。將樣品放入瑪瑙研體中仔細研磨后在管式電阻爐中分別在450℃條件下恒溫預燒8h、800℃煅燒15h、650℃退火處理12h。在電阻爐內(nèi)冷卻至室溫，再次充分研磨后得到LiNi0.5Mn1.5O4。反應流程圖如圖2。1.3溶膠凝膠法合成LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料以氟化鋰、氫氧化鋰、硝酸鎳、碳酸錳、硝酸鉻、一水合檸檬酸為原料按化學計量比準確稱量，研磨均勻混合配成懸濁液以后緩慢加入到一定量的檸檬酸(檸檬酸的總量為各金屬離子物質(zhì)的量之和)溶液中，在加入懸濁液的同時進行水浴加熱并且不斷攪拌，使其能混合均勻充分反應。在90℃的水浴加熱條件下，持續(xù)攪拌混合溶液，直至溶液變成粘稠狀，然后用電熱鼓風干燥箱在80℃的條件下烘干直至形成干凝膠。將干凝膠磨碎后，在管式電阻爐中分別在450℃條件下恒溫預燒8h、800℃煅燒15h、650℃退火處理12h。在電阻爐內(nèi)冷卻至室溫，研磨得到LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05。反應流程圖如圖3。1.4電池的制備將PTFE、炭黑、正極材料按1：1：8精確稱量，先將PTFE放入燒杯中，滴入少量酒精，混合均勻，然后把炭黑與正極材料放入其中，滴加一定量的酒精，充分攪拌混合，之后用超聲儀分散均勻，放入鼓風干燥箱中在80℃條件下干燥至粘稠狀，碾成電極片，取紐扣電池大小的一部分電極片，放在紐扣電池底殼上，用壓片機壓片后放入真空干燥箱中干燥6小時以上。取出后，將正極材料、隔膜、鋅片、電解液等材料送入小型扣式封口機中，以上面制備的圓形電極片為正極，一定大小的圓形鋰片為負極，隔膜和電解液為原料制備紐扣電池。制備完畢后，用封口機將電池封好。2.結果和討論2.1LiNi0.5Mn1.5O4的合成及電化學性能研究2.1.1LiNi0.5Mn1.5O4的合成(見實驗部分1.2)2.1.2LiNi0.5Mn1.5O4的熱重分析(TG)圖4為LiNi0.5Mn1.5O4的TG/DTA分析曲線，樣品隨著溫度的升高，不斷失重，至400℃左右，樣品整體失重70％。在100℃以前，TG曲線下降，是由于樣品失去表面濕存水，同時乙酸錳失去結晶水；100～200℃，TG曲線下降是由于氫氧化鋰材料失去結晶水；200～300℃，TG曲線下降是由于乙酸錳分解，此時DTA曲線有一個小的吸收峰，即乙酸錳分解吸熱；300～400℃，TG曲線下降，是由于堿式碳酸鎳分解成氧化鎳和二氧化碳，DTA曲線存在一個很大的放熱峰，是由于檸檬酸分解放出大量的熱。2.1.3LiNi0.5Mn1.5O4的結構表征圖5為800℃高溫煅燒15h條件下合成的LiNi0.5Mn1.5O4的X射線衍射圖。從圖5中可以看出，所合成的產(chǎn)物的X射線粉末衍射圖與標準的LiNi0.5Mn1.5O4衍射圖材料的X射線衍射圖高度吻合，并且材料的衍射峰可以按照尖晶石的結構進行指標化，說明合成產(chǎn)物為具有尖晶石結構的LiNi0.5Mn1.5O4。在衍射峰(222)(400)(440)左側(cè)有其他的峰，根據(jù)文獻可知當合成溫度高于650℃氧缺陷嚴重時，材料的化學組成會偏離化學計量比，產(chǎn)生LizNiz-1O雜質(zhì)，材料元素組成比列偏離。通過一定時間的退火處理，可以避免雜質(zhì)的產(chǎn)生。2.1.4LiNi0.5Mn1.5O4的形貌表征(SEM-EDS)從圖6中可以看出顆粒大小不均勻，基本為八面體形，形狀較為清晰，但團聚現(xiàn)象較為明顯，沒有清晰單獨的顆粒。由于在從管式電阻爐中取出后研磨過，所以在不同區(qū)域有大小不同的顆粒，大的顆粒大小在1～3μm，小的顆粒大小在300nm左右。LiNi0.5Mn1.5O4的EDS能譜分析，由EDS能譜分析可以看出材料中含有Ni、Mn、O元素且分布較為均勻。標準LiNi0.5Mn1.5O4中，Ni的原子百分比為8.3％，Mn為25％，O為66.7％，而測量結果顯示Ni元素的含量偏高，相對而言，Mn元素的含量下降，可能原因：a.球磨后，用水沖洗，使乙酸錳溶解損失；b.乙酸錳溶于水，放入烘箱干燥時，附著于燒杯內(nèi)壁；c.EDS為表面分析，Ni附于表面較多，故含量偏高。2.1.5LiNi0.5Mn1.5O4的電化學性能如圖7所示，樣品的總體充電平臺為4.7V，放電為4.5V。0.1C倍率下，放電容量為63.23mAh/g，0.2C倍率下，放電容量為48.98mAh/g，0.4C倍率下，放電容量為23.03mAh/g，當放電速率從0.1C到0.2C時，容量保持率為77.46％，當放電速率從0.1C到0.4C時，容量保持率為36.42％，因此，隨倍率增大，放電容量大幅降低。因為隨著倍率的增大，充放電電流明顯增大，因此電池嚴重極化，導致容量衰減，同時電池容量明顯低于理論容量。2.1.6LiNi0.5Mn1.5O4的循環(huán)性能圖8是樣品LiNi0.5Mn1.5O4在0.1C，0.2C和0.4C倍率下的循環(huán)性能曲線。從曲線上看出，LiNi0.5Mn1.5O4的循環(huán)性能較好，基本保持不變，但不可避免的出現(xiàn)容量衰減的現(xiàn)象。當倍率重新回到0.1C時，材料容量基本回到初始容量，表明材料結構較穩(wěn)定，能經(jīng)受大電流充放電。2.2LiNi0.5Mn1.5O4材料摻雜改性2.2.1LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的合成(見實驗部分1.3)2.2.2LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05前驅(qū)體的熱重分析(TG)圖9為LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的TG/DTA分析曲線，樣品隨著溫度的升高，不斷失重，至400℃左右，樣品整體失重68％。在100℃以前，TG曲線下降，是由于樣品失去表面濕存水，硝酸鎳失去結晶水；100℃～200℃，TG曲線下降是由于氫氧化鋰失去結晶水，同時Cr(NO3)3·9H2O分解，硝酸鎳開始分解，生成堿式鹽，繼續(xù)受熱，則生Ni2O3和NiO。300℃～400℃，TG曲線下降，是由于硝酸鎳完全分解和檸檬酸分解，DTA曲線存在一個很大的放熱峰，便是由于檸檬酸分解放出大量的熱。2.2.3LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的結構表征圖10為800℃煅燒15h條件下合成的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的X射線衍射圖。從XRD圖中可以看出，合成產(chǎn)物的X射線衍射圖與標準的LiNi0.5Mn1.5O4材料的X射線衍射圖高度吻合，并且產(chǎn)物的衍射峰可以按照尖晶石的結構進行指標化，說明產(chǎn)物為具有尖晶石結構的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05。在衍射峰(222)(400)(440)左側(cè)有其他的峰，根據(jù)文獻當合成溫度高于650℃氧缺陷嚴重時，材料的化學組成會偏離化學計量比，產(chǎn)生LizNiz-1O雜質(zhì)，材料元素組成比例偏離。通過一定時間的退火處理，可以避免雜質(zhì)的產(chǎn)生。摻雜后的樣品的峰更為尖銳，雜質(zhì)峰相對較少，說明樣品中雜質(zhì)較少，純度高，具有更好的晶體結構。2.2.4LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的形貌表征(SEM-EDS)從圖11中可以看出顆粒大小比較均勻，明顯為八面體形結構，形狀結構邊緣非常清晰，團聚現(xiàn)象不明顯，存在清晰單獨的顆粒。由于在從管式電阻爐中取出后研磨過，所以在不同區(qū)域有大小不同的顆粒，顆?；驹?～3μm左右。LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的EDS能譜分析，由EDS能譜分析看出中看出材料中含有Cr、Ni、Mn、O元素且分布較為均勻，由于F元素含量過低，無法檢測出來。標準LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05中，Ni的原子百分比為8.3％，Cr為1.67％，Mn為23％，O為66.7％，而測量結果計算結果基本吻合，但顯示Ni、Mn元素的含量偏低，可能原因是EDS只測量樣品八面體其中一個面的一部分，只是表面測量，故存在著一定的誤差。2.2.5LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的電化學性能如圖12所示，用充放電測試儀測定LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05電池的充放電容量。樣品的總體充電平臺為4.8V，放電平臺為4.6V，但材料在4V附近存在一個放電平臺，說明樣品中存在三價錳雜質(zhì)。0.1C倍率下，放電容量為137mAh/g；0.2C倍率下，放電容量為130mAh/g；0.4C倍率下，放電容量為114.4mAh/g；0.8C倍率下，放電容量為90.6mAh/g，當放電速率從0.1C到0.2C時，容量保持率為94.9％；當放電速率從0.1C到0.4C時，容量保持率為83.5％；當放電速率從0.1C到0.8C時，容量保持率為66.17％。因此，隨倍率增大，電池出現(xiàn)極化，放電容量明顯下降。與未摻雜時相比，LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的容量明顯增大，在4.6V有個放電平臺，是由于Ni2+被氧化為Ni4+形成。在4V電位區(qū)域，有一個放電平臺，說明材料中存在少量的Mn3+。2.2.6LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的循環(huán)性能圖13是樣品LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05在0.1C，0.2C，0.4C，0.8C，1C和2C倍率下的循環(huán)性能曲線。從曲線上看出，與未摻雜相比LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的循環(huán)性能更好，在大電流充放電情況下，樣品的循環(huán)性能仍然非常穩(wěn)定。0.1C倍率下，電池放電容量先減少后趨于穩(wěn)定，可能原因是電池開始沒有較好的活化，電解液沒有充分浸潤。經(jīng)過幾次循環(huán)后，容量趨于穩(wěn)定。2.3兩種材料的比較2.3.1結構與形貌未摻雜的LiNi0.5Mn1.5O4顆粒大小不均勻，基本為八面體形，形狀較為清晰，但團聚現(xiàn)象較為明顯，沒有清晰單獨的顆粒。摻雜后的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05顆粒大小比較均勻，明顯為八面體形結構，形狀結構邊緣非常清晰，團聚現(xiàn)象不明顯，存在清晰單獨的顆粒。顆粒基本在1～3μm左右。因此摻雜后的材料結構更好，且大小更均勻。2.3.2容量用充放電測試儀測定LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05電池的充放電容量。LiNi0.5Mn1.5O4樣品0.1C倍率下，放電容量為63.23mAh/g；LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05樣品0.1C倍率下，放電容量為137mAh/g。LiNi0.5Mn1.5O4樣品0.2C倍率下，放電容量為48.98mAh/g；LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05樣品0.2C倍率下，放電容量為130mAh/g。LiNi0.5Mn1.5O4樣品0.4C倍率下，放電容量為23.03mAh/g；LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05樣品0.4C倍率下，放電容量為114.4mAh/g。當放電速率從0.1C到0.2C時，LiNi0.5Mn1.5O4樣品容量保持率為77.46％，LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05樣品容量保持率為94.9％。當放電速率從0.1C到0.4C時，LiNi0.5Mn1.5O4樣品容量保持率為36.42％，LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05樣品容量保持率為83.5％。從中可以看出：摻雜后樣品的容量明顯提高，而且容量保持率也明顯改善。2.3.3倍率性能從圖14、圖15和圖16可以明顯看出：摻雜后的LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05樣品，不管是在低倍率還是高倍率下，其容量都顯著高于未摻雜的樣品LiNi0.5Mn1.5O4，可能原因是LiNi0.5Mn1.5O4未摻雜時，團聚現(xiàn)象嚴重，導電性能差，并非所有材料都發(fā)揮其電化學性能，在LiNi0.5Mn1.5O4材料中摻入一定量的過渡金屬元素，可增加材料結構的穩(wěn)定性，有利于電池容量的提高，增加電池的可逆性。2.3.4循環(huán)性能從圖17上看出，LiNi0.5Mn1.5O4的循環(huán)性能較好，基本保持不變，但不可避免的出現(xiàn)容量衰減的現(xiàn)象。當倍率重新回到0.1C時，材料容量基本回到初始容量，表明材料結構較穩(wěn)定。與未摻雜相比，LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的循環(huán)性能更好，尤其在大電流充放電情況下，樣品的循環(huán)性能仍然非常穩(wěn)定，能經(jīng)受大電流充放電，循環(huán)性能明顯更為優(yōu)異。以球磨法制得的LiNi0.5Mn1.5O4為八面體，含有少量雜質(zhì)相，原子分布較為均勻，只存在一個放電平臺，說明用球磨法制備LiNi0.5Mn1.5O4具有一定的優(yōu)勢。但電池存在容量低，容量保持效果不好等問題。在LiNi0.5Mn1.5O4中摻入Cr、F，用溶膠凝膠法制備出材料LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05，該材料相對未摻雜材料而言，0.1C倍率下，放電容量為137mAh/g，基本接近理論值，而且容量保持率高，具有優(yōu)良的電化學性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3