李景坤，杨 轲，文 闻，陆美凤，马紫峰



高电位LiNi0.5Mn1.5O4正极材料制备、电化学性能与结构相变

李景坤1,3，杨 轲1，文 闻2，陆美凤1，马紫峰1

（1上海交通大学化学工程系，上海电化学能源器件工程技术研究中心，上海 200240；2中国科学院上海应用物理研究所， 上海同步辐射光源中心，上海 201204；3Department of Chemistry and Chemical Biology，Northeastern University， Massachusetts 02115，Boston，USA）

尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4因其可在4.7 V高电位下工作并有良好的循环特性，已成为最具潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。本文首先采用喷雾干燥辅助烧结法制备了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料，考察了热处理条件对材料结构与性能的影响。用XRD、SEM和FT-IR等技术对所制备的LiNi0.5Mn1.5O4材料的结构和表面形貌进行表征，利用原位XRD技术研究了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料在充放电过程中结构相变规律。结果表明，所制备的LiNi0.5Mn1.5O4材料均具有Fd-3m空间群的立方相尖晶石型结构，并具有优异的电化学性能，其0.1 C时首次放电容量为132 mA·h/g，首轮库仑效率93.48%，高倍率下该材料的电化学性能优越。原位XRD测量结果分析表明，尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4材料在充电过程中存在4个显著的相变过程，在嵌脱锂过程中，从四面体相向立方相结构相变过程是可逆的。

LiNi0.5Mn1.5O4；正极材料；电化学性能；结构相变；原位XRD

随着新能源汽车、智能电网等战略新兴产业的崛起，动力锂离子电池在电动汽车和储能系统中的应用越来越受到人们的关注。然而，现有锂离子电池的能量密度和功率密度依然偏低，其安全性、循环寿命和成本尚未达到未来电动汽车和储能系统应用的要求。2015年2月，我国科技部发布的《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案》中明确提出，车用动力电池单体能量密度应达到300～400 W·h/kg。……