表面活性剂辅助合成正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的性能

在表面活性剂、超声振动和机械搅拌的协同作用下,采用共沉淀法制备镍钴锰复合氢氧化物前驱体(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2),最后将制备得到的纳米片前驱体与碳酸锂(Li_2CO_3)采用高温固相法烧结合成三元层状正极材料(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)。对于实验制得的前驱体和正极材料使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)以及电池测试仪对前驱体和正极材料进行表征和电化学性能的检测,以探究表面活性剂对正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和其前驱体的影响。实验结果表明:使用两种表面活性剂油胺(OA)和聚乙烯吡咯烷酮-K30(PVP-K30)所制备出的前驱体为近正六边形的纳米片,纳米片尺寸为400 nm左右。所制备出的正极材料在室温下,2.8~4.5 V,1C充放电条件下,其初始放电容量分别达到151.699和157.093 mAh·g~(-1),经过50次循环后容量保持率分别达到88.22%和99.04%。这样也表明所制备出的正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2具有良好的电化学性能。     

锂离子电池材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2与碳酸锂为原料,采用高温固相法制备得锂离子电池正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2。用X射线衍射、扫描电镜以及充放电测试对样品进行表征,研究了烧结温度对材料电化学性能的影响。结果表明,当烧结温度为880℃时,合成的LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2材料物相单一无杂项,具有标准的的ɑ-Na FeO_2晶型。SEM测试表明,产物为球形且球形度较好,颗粒粒度均一,平均粒度均在10μm。880℃烧结的材料在3.0~4.3 V、0.1 C的倍率下放电比容量可达188 m A·h/g,在1.0 C的倍率下循环10次后电池容量保持率为95.46%,表现出较好的电化学性能。     

Li~+掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备与性能

用固相反应法合成了Li~+掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,并用XRD、SEM和恒电流充放电技术研究Li+掺杂对材料结构、形貌和充放电性能的影响。结果表明Li+掺杂和未掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4均具有Fd3m尖晶石结构,掺杂的Li~+以固溶体形式存在,掺杂少量的Li+能显著提高材料循环性能,但放电比容量稍有降低,其中Li_(1.05)Ni_(0.45)Mn_(1.5)O_4的放电比容量为136.1 m A·h/g,循环30次后基本不变,具有很好的循环稳定性。     

容量型锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的合成

采用共沉淀法合成Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体,将前驱体和LiOH混合均匀后经高温煅烧合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2,并对其进行电化学性能检测。试验表明,制备的电池在电压2.8～4.3V(vs.Li/Li+)区间内,0.1C倍率下的首次库伦效率为88.4%;在1C倍率下循环100次后,放电比容量为157.7mAh/g,容量保持率为96.6%。     

纳米TiO_2修饰LiNi_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)O_2正极材料改性研究

采用共沉淀法先合成[Ni_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)](OH)_2前驱体,在纯氧气氛下经过两段高温烧结生成LiNi_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)O_2正极材料。通过在前驱体配锂烧结过程中加入纳米TiO_2实现了Ti~(4+)掺杂,经过掺杂后的Li[Ni_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2正极材料在1C电流密度下的放电比容量高达185.6mAh/g,循环100圈后容量维持在178.8mAh/g,容量保持率高达96.33%。     

基于La掺杂固相法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5-x)La_xO_4及其性能研究

采用高温固相法制备尖晶石5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5-x)La_xO_4(x=0,0.005,0.01,0.02)。通过XRD,SEM及电化学手段等探讨La~(3+)不同掺杂量对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和电化学性能的影响。XRD测试结果表明,通过La~(3+)部分取代晶格中Mn~(3+)后使得LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料晶胞体积增大,增加了Li~+迁移速率,进而提高了材料电子电导率,该结论得到了电化学性能测试验证,LiNi_(0.5)Mn_(1.495)La_(0.005)O_4表现出最优秀的循环和倍率性能,经过1C倍率循环275周后,容量保持率为93.8%;20C放电比容量保持率高达65.6%。     

前驱体制备方法对电池正极材料电性能的影响

采用氢氧化物共沉淀法和碳酸盐共沉淀法制备4种三元LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2前驱体,然后再采用高温煅烧工艺制得LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2。碳酸盐共沉淀法采用碳酸氢钠作为沉淀剂,氢氧化物共沉淀法分别采用氢氧化钠(正向和逆向加入)、氢氧化钠和氨水作为沉淀剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、电化学性能测试等方法系统地研究了前驱体制备方法对三元锂离子电池正极材料电性能的影响。结果表明:碳酸盐共沉淀法制得的LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2体颗粒呈现类球形,与有氨水参与的氢氧化物共沉淀法沉淀产物的形貌基本相似。在1 C、3~4.3 V下充放电,不同前驱体制备的LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2首次放电比容量依次为147.0,145.8,140.2,138.1 m A·h/g,循环50周后依次为135.2,131.1,119.3,113.6 m A·h/g,容量保持率为92.0%、89.9%、85.2%、82.1%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2的制备与性能研究

以自制Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用固相烧结工艺制备了LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2锂离子电池正极材料。通过SEM和XRD等手段对材料烧结前后形貌与结构进行表征,并测试了烧结后锂离子电池正极材料的电化学性能。结果表明,Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2前驱体具有良好的片状嵌入结构,且烧结制备的LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料混排因子c/a=4.967 3,阳离子混排因子I(003)/I(104)=1.25、I(006+102)/I(101)=0.333、I(018)/I(110)=0.87,表明LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2具有良好的层状结构。在2.5~4.6V、0.2C和0.5C下,LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的首次放电比容量分别为166和154mAh/g,循环80次后容量分别保持为111和100mAh/g,具有良好的电化学性能。     

无定形Li-Mn-Al-Co-O前驱体制备改性尖晶石锰酸锂

采用水热法合成了无定形Li-Mn-Al-Co-O前驱体,经过后续热处理制备了Al-Co复合掺杂LiMn_2O_4正极材料Li_(1.035)Co_(0.02)Al_(0.025)Mn_(1.92)0O_4,并对其物理及电化学性能进行了测试。SEM、XRD结果表明:Al-Co的掺入对尖晶石锰酸锂的形貌和晶体结构会有微弱影响。电化学测试结果表明:Al-Co掺杂后,材料的循环性能和倍率性能都获得了显著的改善,其在0.5 C下的首次放电容量为113.9 m A.h/g,经过100次循环后比容量保持率仍然有92.4%,8 C下容量依然高达85.5 m A·h/g。     

退火温度对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2薄膜正极电化学性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2薄膜正极,分别在200,300,400,500和600℃下进行退火处理,利用扫描电镜、等离子体发射光谱仪、拉曼光谱仪、X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪等对不同温度下退火后的薄膜电极的形貌、结构和物相组成等进行分析,并测试其电化学性能。结果表明,500℃下退火后的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2薄膜正极放电容量相对较低,但表现出优异的循环稳定性和倍率性能,在50(μA·h)/(cm~2·μm)倍率下循环60圈后,仍保持初始放电容量(130.3(μA·h)/(cm~2·μm))的88.5%,经过电流密度分别为50,100,200,500和50μA/(cm~2·μm)的倍率循环,容量可以恢复到初始值,优异的循环稳定性和倍率性能是由于退火改善了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的结晶性,并伴随着离子导电性和电子导电性的提高,但在更高温度(600℃)下退火的电池初始放电容量降低,这是由于高温退火产生的不纯相(Ni~(3+)离子物质)导致的,Co~(2+)和Mn~(3+)离子的出现是电池容量衰减的主要原因。     

LiNi_(0.55)Co_(0.15)Mn_(0.30)O_2三元正极材料的合成及电化学性能研究

采用共沉淀法合成类球形氢氧化镍钴锰前驱体,经混料机与碳酸锂均匀混合,在氧化气氛下经过高温焙烧得到LiNi_(0.55)Co_(0.15)Mn_(0.30)O_2化学组分的三元正极材料.通过设计合理的配锂量、保温时间、气氛条件,并对烧制温度设计试验进行考察研究,最终优选出较优的工艺条件.     

具有核壳结构的高电压正极材料Li(Co_(0.9)Ni_(0.05)Mn_(0.05))O_2的制备与表征

以共沉淀法制备的Ni-Mn包覆Co_3O_4前驱体和Li_2CO_3为原料,通过高温固相法制得了具有核壳结构的锂电池正极材料Li(Co_(0.9)Ni_(0.05)Mn_(0.05))O_2.用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和充放电测试表征了样品的形貌、晶体结构和电化学性能.结果表明,所制备的核壳结构Li(Co_(0.9)Ni_(0.05)Mn_(0.05))O_2具有良好的电化学性能,在3.0~4.5 V和3.0~4.6 V,0.2 C下首次放电容量分别达到180.5 m A·h·g~(-1)和201.3 m A·h·g~(-1),在1 C下,循环50周后容量保持率分别为89.3%和63.3%.     

烧结条件对Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_(2+y)材料性能的影响

研究了不同烧结温度及恒温保持时间对富锂锰基正极材料Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_(2+y)形貌、结构及电化学性能的影响。XRD及SEM研究结果表明:所合成的Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_(2+y)正极材料为层状α-NaFeO_2结构,类球形,单颗粒大小均匀。扣式电池测试结果表明:当电流密度为12.5 m A/g,测试电压在2.0~4.8 V时,Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_(2+y)材料最高初始放电比容量为213.3 m A·h/g,首次放电效率为71.0%。扣电进行EIS测试,结果表明材料具有较小的电荷转移阻抗。     

铝掺杂LiNi_(0.8)Co_(0.08)Mn_(0.12)O_2梯度正极材料的制备及电化学性能

采用共沉淀法制备了梯度核壳前驱体Ni_(0.8)Co_(0.08)Mn_(0.12)(OH)_2,并通过混锂煅烧合成了LiNi_(0.8)Co_(0.08)Mn_(0.12)O_2梯度正极材料。分别使用干混法和沉淀法对梯度正极材料进行了Al的掺杂改性。XRD及电解液浸泡实验表明,Al掺杂可以稳定梯度正极材料的层状结构并降低阳离子混排度,抑制正极材料在电解液中的溶解,从而提高材料的电化学性能。经沉淀法掺杂后正极材料在25℃下1 C循环100次容量保持率由92.5%提高到94.5%,55℃下1 C循环50次容量保持率由91.3%提高到95.8%。     

锰系镍钴锰三元前驱体合成试验研究

用单因素试验方法,以NaOH为沉淀剂,氨水溶液为pH值的调整剂及缓冲剂,合成镍钴锰三元前驱体,固定pH值为11.5,搅拌速度为800 r/min,用恒流泵控制盐溶液、NaOH溶液、氨水,滴加速率为1∶1∶1,以温度及盐浓度为变量,得到最佳温度为50℃,盐浓度为1.0 mol/L。以试验得到的镍钴锰三元前驱体及碳酸锂为原料,参照目前生产厂家的工艺条件,合成镍钴锰酸锂三元材料,性能优异,1.0 C放电容量达156.687 m A·h/g,50次容量衰减率为0.87%,可满足动力电池的要求。     

高活性Mn_2O_3制备尖晶石LiMn_2O_4及其性能研究

尖晶石LiMn_2O_4是当前最具研究价值的锂离子电池正极材料之一。采用碳酸锰热解法制备高活性Mn_2O_3粉末作为尖晶石LiMn_2O_4的前驱体,探究锰锂比对高温固相法合成尖晶石LiMn_2O_4的影响。利用热重分析(TG-DSC)及热力学分析确定碳酸锰热解制备前驱体高活性Mn_2O_3的最佳热解条件:热解温度为600℃时,制备出结晶性能良好、无杂质、分散均匀的Mn_2O_3粉末。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试对尖晶石LiMn_2O_4的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,随着锂锰比增加,产物的结构、形貌和电化学性能均有所改善和提高。锂源的添加量决定了尖晶石LiMn_2O_4结构、形貌,当Mn∶Li=2. 0∶1. 2时,尖晶石LiMn_2O_4样品的结晶形态完善,表面光滑,颗粒均匀,且无杂质;在0. 5C下,其首次充电比容量达到117. 6 mAh·g~(-1),放电比容量为114. 8 mAh·g~(-1)。循环100周后容量保持率达到91. 8%。在高倍率放电下,仍保持较高的放电比容量和较好的循环性能。     

前驱体形貌对三元正极材料电化学循环性能的影响

镍钴锰三元正极材料是作为动力型电池的主要原材料之一,对材料的比容量、倍率性能,循环性能有着逐步提升的要求。目前主流镍钴锰三元正极材料前驱体氢氧化镍钴锰均采用了共沉淀法,其表面形貌直接影响着三元正极材料在电性能中发挥的作用。本文主要从不同反应条件改变三元前驱体氢氧化镍钴锰Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2一次晶粒的形貌,通过高温烧结后,采用扫描电镜(SEM)进行观测,得到表面不同形貌高结晶度球形颗粒,在3.0V～4.3V 0.1C CR2025电池测试中,比容量达到171mah/g,3.0V～4.2V,1C/1C循环性能优异,全电池1000周循环保持率99%。     

异型锂离子电池用Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2材料的纳米MoS_2包覆改性研究

采用简单的液相研磨法制备了纳米MoS_2修饰的富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2。恒电流充放电测试结果表明,经过纳米MoS_2修饰的材料表现出优异的电化学循环稳定性能。3%MoS_2修饰的材料在0.5C倍率下经过120次循环后,放电比容量仍高达235mA·h/g,容量保留率为88.4%,相较于空白样153.8mA·h/g的放电比容量和70.1%的容量保留率有显著提高。此外,与空白样的0.70V相比,3%MoS_2修饰的材料经过120次循环后电压衰减仅为0.44V。可见,材料在循环过程中的电压衰减也得到了明显改善。     

共沉淀法制备球形LiCr_(0.1)Ni_(0.45)Mn_(1.45)O_4正极材料及性能表征

采用共沉淀和固相烧结工艺制备LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4正极材料,对其比表面积、振实密度、倍率性能、高低温循环性能等性能指标进行测试,并利用SEM、XRD对所制材料进行形貌观察及物相分析。结果表明:添加微量Cr元素可稳定材料结构,降低比表面积,改善LiNi0.5Mn1.5O4材料电化学性能;LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4正极材料振实密度可达到2.32 g/cm3,比表面积可达到0.51 m2/g,25℃下1.5C充放电,最高容量达到127.2 m A·h/g,300次循环后容量保持率为94.9%;50℃下1.5C充放电,初始容量达到128.5 m A·h/g,200次循环后容量保持率为88.7%。经XRD分析,循环完成后材料尖晶石的结构没有变化。     

锂离子电池富锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的合成及性能

随着电动汽车的发展,迫切需要具有高安全性、高能量密度、高功率、大容量、长寿命、高环保、低成本等优点的锂离子电池。层状结构的富锂锰基正极材料由于具有比容量高、平台电压高、热稳定性好、价格低廉的特点而被认为是有希望的未来电动汽车候选正极材料之一。尽管其拥有很高的比容量,但仍存在着首次循环不可逆容量高、倍率性能差等问题,纳米化是改进材料倍率性能的一种有效手段。本文以Ni O,Co_3O_4,Mn CO_3和Li_2CO_3为原料,成功制备得到了纳米级的锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,合成的Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2材料具有层状结构,一次颗粒均匀、细小,平均颗粒尺寸约为90 nm,并具有良好的电化学性能,在2.0~4.8 V以0.1C充放电时,首次放电比容量达到284 m Ah·g~(-1),首次库伦效率为86.1%。材料同时拥有良好的倍率性能,1.0C放电容量达到240 m Ah·g~(-1),3.0C放电容量达到210 m Ah·g~(-1)。