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随着智能手机、笔记本电脑、手表及电动汽车等的发展,锂离子电池在日常生活中的比重越来越大。现在电池性能受限于限于正极材料,锂离子电池的能量密度还很低。因此,寻找一种满足市场需求的高容量正极材料迫在眉睫。尖晶石结构Li Ni0.5Mn1.5O4具有电位高(4.7 V vs.Li/Li+)、能量密度大(686 Wh kg-1)、倍率性能好等优点,是下一代最有潜力的锂离子电池正极材料之一。然而,Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料在大电流密度下比容量不高,高温循环性能较差。本论文通过构造中空微/纳结构、离子掺杂及表面包覆改性,来改善Li Ni0.5Mn1.5O4的电化学性能。(1)以Li2CO3/Li OH为熔盐,采用一种改进的固相法制备出中空结构的Li Ni0.5Mn1.5O4微/纳米球。通过控制煅烧程序,使最终产物保持前驱体的形貌,并且由于二氧化碳气体的排出,形成空心的微/纳米球。这种空心微/纳结构有利于电极材料与电解液的接触,缩短Li+的扩散路径,使材料具有优良的电化学性能:0.1 C时,放电比容量高达135.5 m Ah g-1;在2 C时,放电比容量依然保持有132.1 m Ah g-1,即使在5 C下仍然保持初始容量的93.4%。在高温55℃以1C电流密度循环80圈后,放电比容量高达110 m Ah g-1。另外样品为中空球形结构,可以缓解形变带来的不良影响。(2)采用溶胶凝胶法制备了Na离子掺杂的尖晶石型Li1-x Nax Ni0.5Mn1.5O4正极材料。结构分析表明,掺杂Na离子后,材料的结构更加稳定,并且Li位的空间增大。此外,研究发现,当Na离子掺杂量为0.08时,Li092Na0.08Ni0.5Mn1.5O4材料具有较好的电化学性能。在0.1 C时,放电比容量达137.3 m Ah g-1;即使在5 C,放电比容量仍达66 m Ah g-1,表现出优良的倍率性能;以1 C电流密度循环200圈后,容量保持率高达86.5%,具有很好的循环稳定性。掺杂Na离子后,Na的引入增大了Li位的空间,加快Li离子在材料中的扩散速率,因而材料具有优异的电化学性能。(3)分别采用Ru O2、Al-Zn O两种氧化物对以溶胶凝胶法合成的Li Ni0.5Mn1.5O4纳米颗粒材料进行表面包覆改性。电化学测试表明,包覆Ru O2与Al-Zn O后,材料的倍率性能与循环稳定性均得到改善。一方面,Ru O2包覆改性可以有效的控制活性物质与电解液的接触,减少副反应的发生,提高材料的循环稳定性;在1C下初始放电比容量为117.3 m Ah g-1,循环350圈后仍有108.9 m Ah g-1,容量保持率为93%。另一方面,Al-Zn O包覆层的引入可以阻止电极表面氧化物电解质膜的形成,提高材料的循环稳定性。在1 C下,Al-Zn O@Li Ni0.5Mn1.5O4材料的首次放电比容量为114.5 m Ah g-1,恒流充放电循环500圈之后,放电比容量仍有86.3 m Ah g-1,容量保持率为75.4%。