新型高电位锂离子电池正极材料的界面电化学分析

LiMn1.5Ni0.5O4正极材料具有高电压（4.7V）、高比容量（147mAh/g）的优点，被认为是最有希望的下一代锂离子电池正极材料。正极材料在循环过程中电极表面会有界面反应和钝化层的生成，这是老化和循环之外电池性能下降的一个重要因素。而LiMn1.5Ni0.5O4材料由于工作电压较高，这一问题就更加严峻。但迄今为止，对于钝化层的形成、生长以及衍化的条件还没有系统深入的研究。电化学阻抗谱方法是一种频率域的测量方法，比其它常规的电化学方法得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息。本项目研究以交流阻抗、循环伏安等电化学分析方法为基础，结合XRD、SEM等传统材料表征方法，考察不同合成及充放电条件下LiMn1.5Ni0.5O4正极与电解液的界面反应状况，探讨界面局部结构的形成、生长、衍化过程与材料表面结构的关系，探索影响材料循环寿命的原因，提出提高该高电位正极材料综合性能的有效途径。

锂离子电池正极材料作为锂离子电池的核心材料，其研究开发对于新能源的发展战略具有重大意义。本课题对比了LiMn1.5Ni0.5O4不同合成方法对其对应电极的储锂性能的影响；研究了其阳离子掺杂与储锂性能的关系及其对表界面性质的影响；对AlF3表面修饰高电压尖晶石材料进行评估，揭示了界表面修饰层的成分、形貌、形成机制及其对储锂性能的影响。本课题还利用自牺牲模板法构筑了空心富锂微球、介孔富锂材料、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2微米球，阐明了高电压正极材料形貌影响储锂性能的关键机制。本课题还通过高分子辅助合成了多孔LiMn2O4纳米颗粒和LiNi2/3Mn1/3O2正极材料，并研究了其储锂性能。本课题对锂离子电池高电压正极材料的制备、形貌、结构、表界面性质与储锂性能进行研究，为高电压正极材料的进一步研究和应用打下基础。