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锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4具有高电压平台、高能量密度等优点，使其在动力锂离子电池领域有着很好的应用前景。本文研究了三种不同共沉淀条件制备LiNi0.5Mn1.5O4材料，通过形貌和放电容量的对比，最终确定了使用碳酸盐共沉淀法（pH=7.5）制备LiNi0.5Mn1.5O4材料，制得的LiNi0.5Mn1.5O4材料纯度高、放电比容量大、适于大批量生产。为得到优化的LiNi0.5Mn1.5O4材料制备工艺，分别从以下三个方面进行了研究：首先，分别用三种不同锂源（LNMO-Li2CO3、LNMO-LiOH、LNMO-CH3COOLi），用LNMO-Li2CO3所制得的样品倍率性能、循环性能都较好，这与其前驱体有较好的球形形貌，且粒径较小，比表面积大，锂离子和电子的扩散路径短有关。优化工艺制备的LiNi0.5Mn1.5O4样品的初始放电容量随着配锂量的增加而增加，其中LNMO-1.0样品的倍率性能好、循环性能稳定，且其电化学活性最高。LiNi0.5Mn1.5O4材料具有两种空间群结构，随退火温度的逐渐降低，Fd3m无序空间群结构会向P4332有序空间群转化，LNMO-b样品（从650℃先0.5℃/min降温到400℃然后自然退火的样品）具有最好的倍率性能和较好的循环性能。 Co的掺杂可降低锂离子的扩散势垒，提高锂离子和电子的导电率，缩短了锂离子的扩散路径，对LiNi0.5Mn1.5O4进行Co掺杂可使其循环性和倍率性都有很大的提高，但Co的掺杂能降低LiNi0.5Mn1.5O4材料的初始放电比容量，综合考虑，LiNi0.527Mn1.62Co0.022O4-y材料的性能最好。另外，还制备了Mn1.5Co1.5O4负极材料，由于其具有独特的微观结构和微观形貌，能够充分与电解液接触，这种（分层级的）微观结构可提供更短的锂离子扩散路径,能减小充放电过程中材料的体积变化，使得优良的电化学性能。最后，分别使用LiNi0.5Mn1.5O4正极材料与Mn1.5Co1.5O4负极材料组装了全电池，使用正极材料限流，得到的全电池其放电比容量很高，可以达到100mAh g-1。虽然不及正极材料130mAh g-1的放电容量，但对于LiNi0.5Mn1.5O4全电池来说，全电池电阻大，导致其放电容量和循环性能不如半电池。