锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成及性能研究

以氢氧化钠为沉淀剂,采用共沉淀法合成了Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体,前驱体和LiOH·H2O充分混合高温烧结制备了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的结构、微观形貌及电化学性能进行了表征.XRD结果表明,所合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2物相单一无杂相,具有标准的α-NaFeO2型层状结构.SEM测试显示,颗粒粒度均一,粒径大约在0.5μm,粒径分布窄.以20mA/g电流密度放电,充放电电压在2.8～4.4 V之间,首次放电比容量达到181mAh/g,80次循环之后放电比容量仍然保持在172mAh/g;循环伏安测试显示,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2反应中主要是Ni2 /Ni4 、Co3 /Co4 2个电对在起作用,锰的价态保持不变,起到支撑结构的作用.     

水合肼对LIB正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能影响研究

以NaOH和NH3.H2O为共沉淀剂,采用共沉淀法合成了前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2,将前驱体与LiOH.H2O混合球磨,经过高温处理(500℃下预烧4h,然后在900℃下焙烧12h)得到锂离子电池(LIB)正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。考察了前驱体合成过程中还原剂水合肼对前驱体组成及正极材料电化学性能的影响,采用SEM观测前驱体的形貌,XRD分析正极材料粉末的层状结构并计算其晶胞参数,通过充放电实验测试LIB正极材料的电化学性能。结果表明,当水合肼浓度为0.48mol/L时,所得正极材料具有良好的电化学性能,在2.5~4.6V电压范围内及0.1和1C倍率下,其首次放电比容量分别为193.2和174.8mAh/g;1C倍率下经30次循环后其容量为164.6mAh/g,容量保持率为94.16%。     

聚丙烯酸对锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法,以聚丙烯酸为络合剂制备纳米尺寸的锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。考察了聚丙烯酸与阳离子配比和烧结温度对产物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构与电化学性能的影响。结果表明,烧结温度700℃可制备出晶体发育完整,粒径为80nm,分布均匀的α-NaFeO2层状结构的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。当聚丙烯酸与金属阳离子摩尔比值为0.75,首次放电比容量达到169.2mAh/g,30次循环后容量保持率为89.3%。     

层状锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的共沉淀法合成

以Ni(NO3)2·6H2O,Co(NO3)2·6H2O,Mn(CH3COO)2·4H2O,LiOH·H2O为原料,采用NaOH-Na2CO3共沉淀的方法,在空气中合成了三元层状锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.采用XRD研究了所合成材料的结构.考查了不同烧结温度对材料电化学性能的影响.结果表明,所合成的材料具有典型的α-NaFeO2层状结构特征,900℃下合成的材料具有最优的循环性能,初始放电容量为169.4mAh/g,初次库仑效率为83.2%,且20次循环后,容量保持率达到96.3%.     

不同合成方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料电化学性能的影响

通过固相自引发基团置换反应,流变相法和固相自引发基团置换-流变相法3种方法成功制备出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料。XRD、SEM和电化学测试表明,固-流法制备的样品具有最稳定的二维层状结构和最小的阳离子混排度及最佳的微观形貌和电化学性能。在2.8～4.3V区间内0.2、0.5、1和2C下的放电比容量分别为185.9、169.9、157.5和134.7mAh/g。0.5C下的循环测试表明,20次循环后电极的放电比容量为143.9mAh/g,容量保持率为84.7%。提高充电截止电压到4.6V,能极大地提高材料的充放电比容量,首次放电比容量为197mAh/g,同时,不可逆容量增大。     

聚丙烯酸对锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法,以聚丙烯酸为络合剂制备纳米尺寸的锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。考察了聚丙烯酸与阳离子配比和烧结温度对产物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结 构 与 电 化 学 性 能 的 影 响。结果表明,烧结温度700℃可制备出晶体发育完整、粒径80nm、分 布 均 匀 的α-NaFeO2层 状 结 构 的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。当聚丙烯酸与金属阳离子摩尔比值为0.75,首次放电比容量达到169.2mAh/g,30次循环后容量保持率为89.3%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成及性能

采用氢氧化物共沉淀法合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体,然后以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2和LiOH·H2O为原料,合成出了层状锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.通过XRD、SEM和电化学测试对LiNi1/3-Co1/3Mn1/3O2材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征.结果表明,800℃烧结12h所合成的样品粒度大小分布比较均匀,该材料以0.2C充放电,其首次放电容量为150mAh·g-1,循环30次后容量为137mAh·g-1.     

合成方法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能的影响

采用碳酸盐共沉淀法、草酸盐共沉淀法、溶胶-凝胶法、高温固相法、氢氧化物共沉淀法(pH=10、11、12)制得LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对样品的结构和性能进行了表征.结果表明,溶胶-凝胶法合成的样品层状结构较完整,阳离子混排程度低,粒径相对较小,颗粒分布均匀;该样品首次放电比容量较高为151 mAh·g-1,循环30次后容量保持率达到93.31％.     

Li0.5La0.5TiO3包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的研究

以Li0.5La0.5TiO3为包覆物,制备了固体电解质包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料.采用XRD、SEM对材料进行了表征:XRD显示未包覆的材料具有α-NaFeC2层状结构,粒径在200～300nm之间,包覆后材料粒径略有增大,包覆层具有ABO3型固体电解质结构.包覆层的致密程度及材料的循环稳定性与热处理温度有关.包覆后400℃热处理得到的材料首次放电比容量为185mAh/g,较未包覆材料容量有所提高,50次循环后其容量仍能达到156.5mAh/g,表明包覆物Li0.5La0.5TiO3对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有保护作用.     

新型三元锂离子正极材料Li_2Ru_(1/3)Co_(1/3)M_(1/3)O_3的合成及其电化学性能

利用高温固相反应法制备了新型三元锂离子电池正极材料Li2Ru1/3Co1/3M1/3O3(M=Mn、Ni、Fe)。通过X射线衍射技术和电化学性能测试对Li2Ru1/3Co1/3M1/3O3的微观结构及其电化学性能进行了表征。研究结果表明,Li2Ru1/3Co1/3Ni1/3O3和Li2Ru1/3Co1/3Fe1/3O3为六方层状结构,空间群为R-3M,而Li2Ru1/3Co1/3Mn1/3O3保持了单斜结构;电化学性能测试表明Li2Ru1/3Co1/3Mn1/3O3的电化学性能优于掺杂Fe和Ni的三元材料,该材料具有良好的循环性能,在电流密度为16 m A/g情况下,首次充电容量达到190 m Ah/g,首次放电容量为171 m Ah/g,50次循环后容量保持率为98%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备与表征

以乙酸锂、硝酸镍、硝酸钴和乙酸锰为原料,通过高温固相法,分别采用一次烧结和二次烧结合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。采用X射线衍射、扫描电镜分析以及电化学测试等手段对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的微观结构、表面形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,高温固相法能得到结晶良好的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,但二次烧结提高了材料的I(003)/I(104)值,降低了c/a值,得到的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有更完善的层状结构和更优良的电化学性能。     

前驱体热处理温度对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的影响

以NaCO3为沉淀剂,NH3·H2O为缓冲溶液,将NiSO4、CoSO4和MnSO4混合溶液共沉淀制备（Ni1/3Co1/3Mn1/3）CO3前驱体,将其在400-900℃热处理5h制备得（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox氧化物。EDTA络合滴定、BET、XRD及SEM研究表明,随着热处理温度的升高,（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox中过渡金属含量及结晶度随着增加,而比表面积却减小。（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox与LiOH混合后在850℃热处理24h制备出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,其结构、形貌及电性能的测试结果表明,前驱体在600℃条件下热处理制备的正极材料电化学性能最佳,其首次放电比容量为189.7mAh·g^-1,不同倍率循环60周后,循环保持率为92.4%。     

Al2O3包覆锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的改性研究

采用氢氧化物共沉淀法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,对产物进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学性能分析,结果表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.5C下的循环性能和倍率性能较差,100次循环后,Li+的嵌入/脱嵌的界面阻抗(Rf)和电荷转移阻抗(Rct)迅速增加,极化增大。为改善其电化学性能,以尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法,在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面包覆不同比例Al2O3包覆层,研究其对LiNi0.8-Co0.1Mn0.1O2电化学性能的影响。在所有的样品中,1%Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有最优的六方晶型α-NaFeO2层状结构和最低的阳离子混排度。SEM和TEM图表明无定形透明多孔Al2O3包覆层均匀地包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。与纯相相比,1%Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有较好的电化学性能,包括相对较高的首次放电容量189.56mAh·g-1、最高的首次库伦效率87.95%、较好的循环性能和倍率性能。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能得到提高是由于Al2O3包覆层可以抑制电解液与正极副反应的发生,从而减小循环过程中界面阻抗值和电荷转移阻抗值的增大。     

合成方法对LiNil/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能的影响

采用碳酸盐共沉淀法、草酸盐共沉淀法、溶胶-凝胶法、高温固相法、氢氧化物共沉淀法(pH=10、11、12)制得LiNil/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对样品的结构和性能进行了表征。结果表明,溶胶-凝胶法合成的样品层状结构较完整,阳离子混排程度低,粒径相对较小,颗粒分布均匀;该样品首次放电比容量较高为151mAh·g-1,循环30次后容量保持率达到93.31%。     

纳米Al2O3掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响

为提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的循环性能和倍率性能,采用在底液中添加纳米Al2O3的方法,在氢氧化物共沉淀法制备前驱体过程中进行铝元素掺杂,并考察了铝掺杂量对材料形貌和电化学性能的影响。电化学性能测试结果表明,当铝掺杂量为0.02(n Al:∶n Li=0.02)时,在电压范围2.7~4.2V和0.2C倍率下,循环50次后容量保持率高达95.7%,高于未掺杂的81.5%,同时材料的倍率性能也明显提高。     

微量CNTs包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的表面。CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料通过SEM、XRD以及电化学测试系统进行表征和测试。结果表明CNTs包覆量为0.5%(质量分数)的CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料性能最佳。在0.1,5C下的首次放电比容量分别为215.59,175.78mAh·g^-1。在0.1C下充电、大倍率5C下放电,CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料仍能保持首次放电容量的81.54%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提高了10.48%。在1C倍率下循环100次其容量保持率可达93.02%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提升了15.42%。     

LiNi0.9Co0.1O2正极材料的EDTA络合法合成及其性能研究

采用络合法制备了锂离子电池的活性正极材料LiNi0．9Co0．1O2粉体，实验表明合成的LiNi0．9Co0．1O2粉体结晶良好，层状结构发育完善．电池充放电测试结果表明，其容量及循环性能与LiNi0．9Co0．1O2粉体的合成温度有关，其中900℃合成得到的LiNi0．9Co0．1O2材料具有最好的电化学性能，首次放电比容量高达120．5mAh／g，循环30次后可逆放电比容量仍高达118．8mAh／g，容量损失仅为1．4％．文中对容量退化的原因进行了分析．     

草酸盐共沉淀法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法合成前驱体,然后经过氧化气氛高温焙烧制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电技术研究了pH值、焙烧温度、焙烧时间和锂用量对材料结构、微观形貌及电化学性能的影响.草酸盐共沉淀-氧化焙烧合成LiNi0.8 Co0.1Mn0.1O2的工艺条件为:pH值为5.5,焙烧温度为800℃,焙烧时间为12h,Li/M摩尔比为1.05.所制备的LiNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2在0.5C倍率下的首次充放电比容量达到174.5mAh·g-1,循环20周容量保持率为88.5％.     

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的合成及电化学性能研究

通过固相自引发基团置换反应——流变相法制备出层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,研究了不同烧结温度对材料的结构特性、微观形貌以及电化学性能的影响。结果表明,850℃煅烧20h的样品具有最佳的二维层状结构和阳离子有序度,产物颗粒呈球形,分布均匀,平均粒径约250nm。在2.8～4.3V区间,以80mA/g充放电,首次放电比容量为169mAh/g,30次循环后容量保持率为82.6%。将充电截止电压提高至4.4V,材料的前几次放电容量明显提高,以32mA/g充放电,10次循环后的放电比容量为174mAh/g,其后容量衰减加快,循环稳定性变差。     

溶胶-凝胶法合成层状锂离子电池正极材料LiNi(1-x)/3Mn(1-x)/3Co(1-x)/3CrxO2及其电化学性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了层状锂离子电池正极材料LiNi(1-x)/3Co(1-x)/3Mn(1-x)/3CrxO2 (x=0,0.02,0.05,0.1).利用XRD、电化学测试等手段对材料的结构、电化学等性能进行表征.结果表明:LiNi(1-x)/3Co(1-x)/3Mn(1-x)/3CrxO2仍然为层状α-NaFeO2结构;当x=0.02,0.2C充放电首次放电比容量达到195mAh/g,首次放电效率高达到91.7％,并且有着良好的循环性能.