基于分级共沉淀法制备锂离子电池LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料

通过分级共沉淀(分级进料)方法,结合高温热处理合成了金属元素(Ni,Mn)浓度从中心到表面呈梯度分布(中心富Ni,表面富Mn)的球形三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)等表征了所制备材料的成分、形貌和元素分布。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与传统的一级共沉淀方法相比,分级共沉淀所制备材料展现出更高的倍率性能(20 C放电比容量为104.1 m Ah·g~(-1))、循环保持率(0.5 C循环200次容量保持率为95.8%)和快速充放电性能(20 C/20 C放电比容量为85.4 m Ah·g~(-1))。这种分级进料制备技术可以有效提高共沉淀法制备锂离子电池三元正极材料的电化学性能。     

不同镍钴锰比对xLi2MnO3-(1-x)LiMO2正极材料的 结构和电化学性能的影响

以NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 mA·h·g^-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 mA·h·g^-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 mA·h·g^-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂（x=0,0.04,0.08,0.12）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱（EIS）对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明：制备出的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%（即x=0.08）时,得到的正极材料Li_1.2Ni_0.16Mn_0.56Cr_0.08O₂具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^-1增加到246.6 mA·h·g^-1,在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^-1增加到104.2 mA·h·g^-1。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

Ni/Al-LDH/MCNTs原位复合材料的制备与电化学性能

以Ni（NO₃）₂·6H₂O、Al（NO₃）₃·9H₂O、尿素和MCNTs为原料,采用原位均相沉淀法制备了MCNTs含量（质量分数）分别为1%、3%和5%的Ni/Al-LDH/MCNTs复合电极活性材料。采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）表征了材料的微观结构和形貌;采用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗（EIS）和充放电测试研究了该复合材料作为镍氢电池正极材料的电化学性能。结果表明,在Ni/Al-LDH中复合MCNTs能够提高材料的电化学活性,降低电化学反应电阻,显著改善材料的大电流充放电性能。其中MCNTs含量为3%的Ni/Al-LDH/MCNTs复合材料具有最佳的电化学性能,在200、500、1000和2000 mA·g^-1电流密度下的放电比容量分别为330、321、307和288 mA·h·g^-1,而未复合MCNTs的Ni/Al-LDH在2000 mA·g^-1电流密度下放电比容量仅为205 mA·h·g^-1。     

钴掺杂对Li1.2Mn0.6Ni0.2O2电化学性能的影响

利用共沉淀法制备了锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.6Ni0.2O2和Li1.2Mn0.588Ni0.196Co0.016O2,并利用XRD、SEM和充放电测试对其晶体结构、形貌和电化学性能进行了表征.XRD结果表明:掺杂钴材料后,材料的层状结构保持完整,阳离子混排程度降低.电化学性能测试结果表明:掺钴材料的首次充放电效率和倍率放电性能明显优于Li1.2Mn0.6Ni0.2O2,且表现出较优的循环性能,其1、2、5C放电比容量分别为230.3、215.6、155.6 mA·h/g,1 C下循环50次的容量保持率为90.9％.     

制备方法对Li1.2Ni0.17Co0.07Mn0.56O2富锂正极材料电化学性能的影响

采用喷雾干燥法、共沉淀法、固相法3种方法制备化学计量式为Li1.2Ni0.17Co0.07Mn0.56O2的锂离子电池富锂正极材料。电化学测试表明,喷雾干燥法制备的材料电化学性能最好,0.1 C充放电首圈脱锂和嵌锂容量分别为283.9 mA/(h?g)和231.7 mA/(h?g)。与共沉淀法和固相法相比较,喷雾干燥法制备的材料1 C倍率充放电时表现出良好的循环稳定性,50次循环后容量没有衰减,仍为153.4 mA/(h?g),共沉淀法和固相法制备的材料50次循环放电容量分别为133.5 mA/(h?g)和123.6 mA/(h?g)。ICP分析结果指出,喷雾干燥法制备的电极材料元素比例最符合初始的Li1.2Ni0.17Co0.07Mn0.56O2设计配比。而且喷雾干燥法制备的材料颗粒更为细小均匀,有利于提高材料的电化学性能。     

多晶型MnO2改善富锂锰基正极材料的电化学性能

富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量,被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此,本文采用水热法制备了多晶型MnO₂材料,并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试,并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO₂对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明,β-MnO₂的电化学性能最佳,其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g^-1,在0.1～5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%,在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO₂的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。     

多孔FeF2正极材料的制备及电化学性能研究

利用分解反应中大比例质量损失和大量气体产生,制备出具有40.369m²·g^-1大比表面积的多孔FeF₂材料。多孔结构为FeF₂材料构建了优异的离子和电子导电通路,表现出优秀的倍率性能和循环性能。在2C、5C和15C的倍率下分别表现出589.21mAh·g^-1、406.95mAh·g^-1和83.53mAh·g^-1的高放电比容量。在0.5C和2C下,循环100次后放电比容量分别为502.5mAh·g^-1和267.9mAh·g^-1。该结果为电池正极材料提升倍率性能提供了新思路。     

正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的合成工艺优化及电化学性能

采用高温固相法合成锂离子电池富镍三元材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂,对其工艺条件进行优化,对产物进行X射线衍射（XRD（,扫描电镜（SEM（以及电化学性能分析。结果表明：在氧气气氛下,锂与金属元素摩尔比为1.05:1、烧结时间15 h、烧结温度750℃为最佳合成工艺条件。按最佳工艺合成的样品在1C首次放电容量高达174.9 mA·h·g^-1,50次循环后比容量为158.5 mA·h·g^-1,容量保持率为90.62%,表现出良好的循环稳定性。XRD和SEM表征表明,在氧气气氛下烧结的样品有良好的层状结构,阳离子混排程度小,具有较好的类球形,粒径均匀分布在10~20 μm。循环伏安（CV（和电化学阻抗（EIS（结果表明,工艺条件的优化有助于提高正极材料的电化学性能。     

高倍率NCM613正极材料制备及性能研究

通过共沉淀法制备草酸盐前驱体，采用固相烧结法镍钴锰三元正极材料(NCM613)。采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、电化学交流阻抗、恒流充放电等手段对不同氨水浓度所制备的NCM613材料结构和性能的影响。结果表明氨水浓度可以改变NCM613三元正极材料颗粒大小，从而影响循环寿命和倍率性能，氨水浓度为2%时制备的NCM613三元正极材料性能最好，在CR2032扣式电池中0.1 C倍率下首次放电容量为188.5 mAh/g,1 C倍率下充放电循环100周后容量保持率为76%。     

硼高效掺杂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其性能提升机制

高键能异质原子的高效掺杂是稳定高电压LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）三元正极材料并提升其电化学性能的有效策略。借助含硼前体在二次颗粒表面富集及随后高温煅烧强化B³⁺体相扩散的策略,构建了硼离子高效掺杂NCM正极材料（NCM-B）。引入B—O键（键能：809 kJ·mol^-1）抑制了电化学反应过程中晶格氧析出,进而稳定材料的氧离子框架;此外,表面残余的高锂离子导体Li₂O-B₂O₃包覆层可以在一定程度上稳定电极-电解液界面。与改性前NCM相比,改性后的NCM-B正极材料在3.0~4.5 V电压区间的可逆比电容量可以达到193.7 mA·h·g^-1,在10 C大功率下,比电容量仍保持120 mA·h·g^-1（NCM仅为78.2 mA·h·g^-1）。1 C下连续循环100圈后,比电容量保持率从73%提升到90%。表面富集和扩散强化的思想也有望实现其他正极材料的高效掺杂。     

K+掺杂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的制备及电化学性能研究

锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂具有放电比容量大、热稳定性好、成本低、安全性能好等优点,但其倍率性能有待进一步提升。本文采用水热法制备了K⁺掺杂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料LNCM-xK。通过X射线衍射谱、场发射扫描电镜和X射线光电子能谱表征LNCM-xK的形貌和结构,通过电化学工作站和蓝电测试系统测试其电化学性能。结果表明:K⁺掺杂能有效降低阳离子混排程度,改善LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的电化学性能,其中当x=0.125时K⁺掺杂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂样品(LNCM-0.125K)阳离子混排程度最低;LNCM-0.125K样品电化学性能最佳,0.2 C下50次循环后容量保持率为96.15%;在不同电流密度(0.2 C,0.5 C,1 C,2 C,5 C)下进行倍率性能测试,连续充放电30次后LNCM-0.125K样品容量保持率为97.00%。     

Li2ZrO3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的复合材料及其电化学性能

以Zr（NO₃）₄·5H₂O和CH₃COOLi·2H₂O为原料,采用湿化学法,将Li₂ZrO₃包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池正极材料的表面,研究Li₂ZrO₃不同包覆比例对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li₂ZrO₃层均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%（质量分数） Li₂ZrO₃包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g^-1、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g^-1,其容量保持率达到91.77%,表现出良好的循环稳定性。循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）测试结果表明,Li₂ZrO₃包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应,减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗,从而提高了材料的电化学性能。     

Facile synthesis of spinel LiNi0.5Mn1.5O4 as 5.0 V-class high-voltage cathode materials for Li-ion batteries

LiNi_0.5Mn_1.5O₄ and LiMn₂O₄ with novel spinel morphology were synthesized by a hydrothermal and post-calcination process. The synthesized LiMn₂O₄ particles (5-10 μm) are uniform hexahedron, while the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ has spindle-like morphology with the long axis 10-15 μm, short axis 5-8 μm. Both LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ show high capacity when used as cathode materials for Li-ion batteries. In the voltage range of 2.5-5.5 V at room temperature, the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ has a high discharge capacity of 135.04 mA·h·g^-1 at 20 mA·g^-1, which is close to 147 mA·h·g^-1 (theoretical capacity of LiNi_0.5Mn_1.5O₄). The discharge capacity of LiMn₂O₄ is 131.08 mA·h·g^-1 at 20 mA·g^-1. Moreover, the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ shows a higher capacity retention (76%) compared to that of LiMn₂O₄ (61%) after 50 cycles. The morphology and structure of LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ are well kept even after cycling as demonstrated by SEM and XRD on cycled LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ electrodes.     

Li3PO4掺杂的Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2锂离子电池正极材料的流变相法合成及电化学性能表征

采用氢氧化物共沉淀法制备了锂离子电池正极材料前驱体(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)(OH)₂,并用流变相反应法合成了Li₃PO₄掺杂的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂锂离子电池正极材料。运用X射线粉末衍射和恒电流充放电对产物进行了结构和电化学性能的表征,结果表明Li₃PO₄掺杂的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂具有标准的层状α-NaFeO₂结构,样品为1 μm左右的片状一次颗粒聚集而成的类球形二次颗粒。掺杂1%(质量分数)Li₃PO₄的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂锂离子电池在0.1C的倍率下首次放电比容量达到188.6 mA·h·g^-1(2.2～4.6 V vs Li⁺/Li),30次循环后容量保持率为 92.9%。循环伏安、交流阻抗测试表明Li₃PO₄的掺杂可减少充放电过程中电解液和电极之间的电荷传递电阻和锂离子扩散电阻,减小极化作用,从而提升了Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂材料的电化学性能。     

离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池

合成了功能化离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺盐（BMIMTFSI）作为高压锂离子电池电解液添加剂,用于抑制有机溶剂的氧化,以提高碳酸酯类电解液的耐高压性。分别采用充放电测试、电化学交流阻抗（EIS）、循环伏安法（CV）和扫描电子显微镜（SEM）等研究了LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池的电化学行为和LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料表面形貌。结果表明,当在电解液中添加20% （体积分数）BMIMTFSI时,LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池在室温、0.2C下的最高放电比容量是126.81 mA·h·g^-1,5C下的放电比容量为109.36 mA·h·g^-1,比在1 mol·L^-1 LiPF₆-EC/DMC电解液中的放电比容量提高了91.7%;且该电池在0.2C下循环50圈后的放电比容量保持率在95%左右,比用碳酸酯类电解液提高了近10%。SEM结果表明,在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI后,LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面（SEI）膜。     

Li2MnO3复合LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料制备及电化学性能研究

通过采用共沉淀法制备了Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,利用固相法研磨混合碳酸锰和碳酸锂,在氧气氛围下煅烧制备得到了Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料,通过利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）表征了所制备材料的结构、成分和形貌等。通过恒流充放电、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与未改性材料进行对比,3%（质量分数）Li₂MnO₃复合改性材料0.5C下首次放电容量为183 mA·h/g,经过120次充放电循环,容量保持率为93.9%;同时,在高倍率下复合改性材料放电容量也得到提高。因此,采用固相法煅烧复合Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,可以制备出电化学性能优异的正极材料。     

Li3VO4修饰富镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的电化学性能

采用湿法融合技术及高温固相法合成Li₃VO₄包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等方法研究材料的结晶相、形貌、微观结构。研究表明,Li₃VO₄均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面,未改变原材料的材料结构和形貌,包覆层厚度为1～2 nm。不同含量的Li₃VO₄对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料进行修饰研究表明,3%（质量）Li₃VO₄包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂在1 C下100次循环后容量保持率为94.13%,具有最佳的倍率性能和循环性能。此外,循环伏安（CV）和交流阻抗（EIS）分析表明,Li₃VO₄能提高Li⁺电导率,抑制活性材料与电解液之间的副反应,提高材料的电化学性能。