非化学计量比调控高电压尖晶石正极材料电化学性能研究

赛喜雅勒图^1,2，王雪莹²，顾庆文²，夏永高²，刘兆平²，何杰¹

1. 安徽理工大学化学工程学院2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

摘 要：用一种简单的方法制备了高性能的高电压尖晶石正极材料,主要是调控正极材料中锂与过渡金属的摩尔比,即通过Ni_0.25Mn_0.75（OH）₂与Li₂CO₃进行高温固相反应制备了非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄和化学计量比的LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石型高电压正极材料。用扫描电子显微镜、X射线衍射、中子衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱以及循环伏安曲线对其形貌、晶体结构及元素价态和电化学性能进行了表征。研究发现,非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄中由于金属离子随机分布于16 d位置,所以Ni/Mn阳离子无序化程度更高。非化学计量比的高电压正极材料具有更为优异的倍率性能,并且在400次循环后比容量保持率高达91.2%。同时,原位X射线衍射测试结果表明,在充放电过程中非化学计量比的高电压正极材料发生连续单一的相转变,可以提高晶体结构的稳定性。因此,非计量比的尖晶石Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料在高能量密度的锂离子电池中具有更广阔的应用前景。

关键词：高电压;尖晶石;正极材料;非化学计量比;循环稳定性;