高倍率LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备和改性研究进展

王瑞涵, 刘蓓蓓, 卢勇, 严振华, 陈军

doi:10.16026/j.cnki.iea.2024030210

离子交换与吸附 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (03) : 210 -226. DOI: 10.16026/j.cnki.iea.2024030210

高倍率LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的制备和改性研究进展

王瑞涵, 刘蓓蓓, 卢勇, 严振华, 陈军

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摘要

尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄ （LNMO）具有电压平台高（4.7 V）、可逆比容量高(约140 mAh·g^-1)、热稳定性好、成本低、环境友好等优点，是未来最有应用前景的高电压正极材料之一。与传统正极材料氧化锂钴（LiCoO₂）和磷酸铁锂（LiFePO₄）相比，LNMO可以提供分别比其高20%和30%的能量密度。然而，不同的微纳结构和组成展现出的电化学性能差异巨大，且由于电解液中有机碳酸酯溶剂的氧化和六氟磷酸锂（LiPF₆）的分解，LNMO基锂离子电池在高温和含水环境下的循环稳定性和热稳定性较差。因此，有必要系统全面地总结LNMO正极的结构特点、制备方法、材料和电解液改性进展。文章首先详细讨论了LNMO正极的结构以及电子传输特性，然后着重介绍了近年来在提高LNMO基电池循环稳定性和倍率性能方面的新进展，特别是高温下的倍率性能和循环稳定性提升策略，包括材料合成、材料改性（元素掺杂、表面包覆和形貌调控等）、电解液设计3个方面，最后对LNMO正极材料未来的研究方向进行了展望。