Page 82 - 《精细化工》2020年第3期

第 37 卷第 3 期 精 细 化 工 Vol.37, No.3
202 0 年 3 月 FINE CHEMICALS Mar. 2020

电子化学品
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Al 掺杂对 LiNi Mn O 材料性能的影响
1.5
4
0.5
孙健铭 1,2 ，谭 毅 1,2* ，王 凯 1,2 ，李鹏廷 1,2 ，薛 冰 1,2

（1. 大连理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 大连 116024；2. 辽宁省太阳能光伏系统重点实验室，辽
宁 大连 116024）

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摘要：制备了不同 Al 掺杂量（x）的 Li 1+x Al x Ni 0.5 Mn 1.5–x O 4 （LNMO）材料，通过 XRD、SEM 等对 LNMO 材料
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的结构进行了表征，通过 CV 测试、交流阻抗谱测试等方法测定了材料的电化学性能，讨论了 Al 的掺杂量对
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材料结构和性能的影响。结果表明，适当的 Al 掺杂会提高材料的结构稳定性及循环、倍率性能。当 x=0.06 时
改性效果最好，在 0.5 和 2.0 C 下循环 100 次的容量保持率分别达到 95.2%和 90.0%。而且氧化还原峰的电势差
较小，循环可逆性能最好。在该基础上，通过聚合物辅助法制备的样品由于{111}晶面族取向性更强，进一步提
升了循环性能，0.5 和 2.0 C 下循环 100 次容量保持率分别达到 97.1%和 93.0%。
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关键词：锂离子电池；掺杂 Al ；LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ；聚合物辅助法；循环性能；电子化学品
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2020) 03-0500-07

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Effect of Al doping on the properties of LiNi 0.5Mn 1.5O 4 materials

1,2
1,2
1,2
1,2
SUN Jianming , TAN Yi 1,2* , WANG Kai , LI Pengting , XUE Bing
（1. School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China; 2. Key
Laboratory for Solar Energy Photovoltaic System of Liaoning Province, Dalian 116024, Liaoning, China）
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Abstract: Li 1+xAl xNi 0.5Mn 1.5–xO 4 (LNMO) materials with different Al doping amount (x) were prepared
and characterized by XRD and SEM and so on techniques. The electrochemical properties of the samples
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were determined by CV test and AC impedance spectroscopy. The influence of Al doping amount on the
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structure and properties of materials was discussed. The results showed that proper Al doping increased

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the structural stability, cycle and rate performance of the material. When Al doping amount was 0.06, the
prepared sample had the best properties, the retention rates of circulating 100 times at 0.5 and 2.0 C reached
95.2% and 90.0%, respectively. Moreover, the potential difference of the redox peak was small, and the
cycle reversibility was the best. The samples prepared by polymer-assisted method further improved the
cycle performance due to the stronger orientation of {111} crystal plane, the 100 times retention rates at 0.5
and 2.0 C reached 97.1% and 93.0%, respectively.
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Key words: Li-ion battery; Al doping; LiNi 0.5Mn 1.5O 4; polymer-assisted method; cycle performance;
electronic chemicals

由于电动汽车和 3C 产业的广泛普及，锂离子电 势在必行。
[5]
池的应用越来越广泛。正极材料是锂离子电池的重 目前，广泛应用的改性方法有离子掺杂 、表
[6]
[7]
要组成部分，其中尖晶石镍锰酸锂材料具有价格低 面包覆修饰 以及形貌改性 等，其中离子掺杂法应
[8]
廉、安全无毒和高达 4.7 V 的电压平台等优点 [1-2] ，现 用最广泛 。已报道应用的掺杂离子有 Cr 3+[9] 、Na +[10] 、
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已成为行业的研究热点。但 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (LNMO) Fe 3+[11] 、Ru 4+[12] 、Al 3+[13] 等，其中，由于 Al 的离子
材料还存在循环倍率性能较差、比容量较低、导电 半径较小 [13] ，掺杂后结构中各位点结合会更加紧密，
性较差等缺点 [3-4] 。尤其是循环倍率性能较低，严重 且不存在其他变价，可以在材料中稳定存在 [14] ，因
限制了 LNMO 材料的应用范围，因此对其进行改性 此备受关注。但现阶段的研究对于性能提升不是很

收稿日期：2019-08-06; 定用日期：2019-09-22; DOI: 10.13550/j.jxhg.20190769
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（DUTl8ZD206）
作者简介： 孙健铭（1994—），男，硕士生，E-mail：sunjianmings@outlook.com。联系人：谭 毅（1961—），教授，E-mail：lnsolar@dlut.edu.cn。