富镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备及电化学性能

Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2是一种高比容量锂离子电池正极材料。本文研究通过活性炭中孔道吸附钴、锰、镍盐的混合溶液的途径来制备纳米LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料。XRD研究显示,600℃和800℃焙烧得到的材料相比,700℃下焙烧得到的材料具有低的阳离子混排程度,因而具有好的充放电性能,在0.2C电流下充放,该材料的首次比容量为188.3mAh g~(-1),50圈循环后,容量仍达140.9m Ah g~(-1),容量保持率为74.0%。     

Li_2ZrO_3包覆LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的复合材料及其电化学性能

以Zr(NO_3)_4·5H_2O和CH_3COOLi·2H2_O为原料,采用湿化学法,将Li_2ZrO_3包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2锂离子电池正极材料的表面,研究Li_2ZrO_3不同包覆比例对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li_2ZrO_3层均匀地包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%(质量分数)Li_2ZrO_3包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2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,Li_2ZrO_3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。     

溶胶-凝胶法制备高性能锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_5,重点探索了溶液p H对材料物理和电化学性能的影响。其中pH=6.0时制备的材料具有最高的放电比容量、最好的倍率和循环性能。在3 C充放电电流下材料的最高放电比容量为104.2 m Ah·g~(-1),循环200次的放电比容量为95.1 mAh·g~(-1)。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5~4.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

燃烧法合成LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的石墨烯改性研究

本文以燃烧法制备LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2基体,通过机械球磨得到石墨烯修饰的正极材料。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电池测试和电化学工作站表征了材料的晶体结构和电化学性能。结果表明,石墨烯的修饰显著提高了Li Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的容量和循环稳定性:经200℃热处理、1%石墨烯修饰后的样品在3.0~4.3 V、0.1C倍率下首次放电比容量达到170.8 mA·h·g~(-1),比基体材料提高了12 mA·h·g~(-1);1C下循环100周后容量保持率分别为91.1%,比基体提高了6.9%。     

废旧正极材料溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的研究

以废旧NiCoMn三元材料为原材料,采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备出优良的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极三元复合材料,用XRD、SEM和充放电测试等方法对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征,并研究了煅烧温度的影响。结果表明,制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2不仅具有较好的层状结构,还具有多孔的特性;在2.75~4.30 V测试条件下,900℃合成的样品的首次放电容量为169.4 m Ah/g,库伦效率约为88.6%,经过30次循环后,0.2 C倍率下的容量保持率为95.5%,具有最高的比容量和较好的循环性能。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5⁴.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2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_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,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174.9mA·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10~20μm。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。     

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。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的制备及电化学性能研究

以5 V高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4为正极材料,高安全性Li_4Ti_5O_(12)为负极材料制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响。其中正极容量过量40%的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 m Ah·g~(-1),循环200次的容量保持率为88%;在2 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 m Ah·g~(-1),循环740次的容量保持率为91.1%。P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关。     

Co_3O_4包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电性能的影响

采用湿化学法,对高镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2进行不同比例的Co_3O_4表面包覆改性研究。利用XRD、SEM、TEM等测试手段对包覆前后样品的晶体结构和表面形貌进行了表征,并对各样品的电化学性能进行了测试。其中0.5%(wt)Co_3O_4包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2样品表现出最佳的首次充放电性能、循环性能和高温稳定性能。在55℃下循环180圈后,仍具有142.9 mA·h·g~(-1)的放电比容量,容量保持率为63.7%。同时借助电化学阻抗(EIS)测试对改性的原因进行了分析。     

高功率型异质结构尖晶石/层状正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2制备及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法制备了一系列(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)异质结构的尖晶石/层状复合正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了系统研究。结果表明,x=0.2的材料具有最佳的高倍率性能和长循环稳定性。在2.7~4.5 V,1C下循环100次后(1 C=180 m A?g~(-1)),放电比容量为144 m Ah?g-1,容量保持率为92%;在10 C时的放电比容量仍能达到126 m Ah?g~(-1),相比于原始LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的放电比容量(73 m Ah?g~(-1))有较大提高。此外,该材料的储能能力也非常突出,在0.1和10 C时的比能量密度分别为733.44和437.21 W×h?kg~(-1)。     

钕表面修饰对三元锂离子电池正极材料Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2性能的影响

三元正极材料在高能量密度和低成本方面表现出吸引人的性能。然而,这些材料容易在颗粒表面发生降解。所以,在这项工作中选用氧化钕作为涂层包覆在三元正极材料Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2表面,并进行了一系列表征测试。测试结果显示包覆前后材料具有相同的物相与相似的形貌。当Nd_2O_3的包覆量为x=0.03时,Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的电化学性能得到提高,即使在5C倍率下,放电容量仍能达到113.2 mAh·g~(-1)。在0.2C下100次循环后容量保持率为88.2%。因此通过氧化钕的包覆可以提高材料的结构稳定性以及电化学动力学。     

丙烯酸用量和预烧温度的协同关系对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响

本文研究了丙烯酸用量与预烧温度之间协同关系的复配效应。采用丙烯酸盐自模板法,制备了5V锂离子电池LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。经XRD、SEM和充放电循环测试,当n_(AA)∶n_(金属离子)=2.8∶1、预烧温度为500℃时,制备的材料为尖晶石结构,结晶度高,粒径大小均匀,在0.5C倍率的充放电循环下,首次放电容量为137mAh·g~(-1),循环50次后容量保持率为94%,电化学性能优良。     

锂电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的充放电性能研究

采用高分子网络法制备锂离子电池LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,利用XRD,SEM及电化学测试对其进行表征,研究了煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的微观结构,形貌及其电化学性能的影响。研究结果表明,采用高分子网络法制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料颗粒小,粒度分布均匀,850度煅烧制得的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能最好,大倍率3C放电循环20次比容量保持率为97.8%。     

Ti掺杂改性LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料及其电化学性能研究

高镍LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料已商业应用于锂离子动力电池。进一步提升结构稳定性和电化学性能是高镍材料大规模应用的关键。采用Ti~(4+)掺杂来调变材料结构,研究Ti4+掺杂对材料的晶体结构、形貌和电化学性能的影响及作用机制。实验结果表明Ti4+掺杂对颗粒形貌无明显影响,但可有效抑制Li~+/Ni~(2+)离子混排,拓宽过渡金属层间距,提高锂离子扩散速率,从而改善材料循环和高倍率性能。由于Ti~(4+)为电化学惰性离子,低倍率下材料的放电比容量略有下降,1%Ti4+掺杂的样品电化学性能最优。在3.0～4.3 V、5.0 C下的放电比容量为126.6 mA×h·g~(-1),较原材料的91.0 mA×h·g~(-1)提升明显;1.0 C下放电比容量为144.2 mA×h×g~(-1),循环100周后容量保持率高达95.0%。在3.0～4.6 V的电压区间内,1.0 C下循环100周的容量保持率仍有84.1%。     

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_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li电池的电化学行为和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4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_(0.5)Mn_(1.5)O_4/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)LiPF_6-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_(0.5)Mn_(1.5)O_4电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面(SEI)膜。     

锌掺杂对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料结构和电化学性能的影响

采用草酸盐共沉淀法制备出锌掺杂的锂离子电池正极材料,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱(EDS mapping)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)测试,研究Zn2+掺杂对材料晶体结构、形貌及电化学性能的影响。实验结果表明,Zn2+掺杂可抑制高镍材料中的离子混排,形成多孔结构,缩短Li+的扩散路径,从而改善材料的倍率和循环性能。在2.7~4.3 V电压范围内,10 C倍率下Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))0.99Zn0.01O2表现出87.8 m Ah·g-1的放电比容量,比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O2提高了37.0%,1 C倍率下循环100圈后,Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))0.99Zn0.01O2的容量保持率为84.7%,比未掺杂的材料提高了12%。EIS测试结果则进一步验证锌掺杂有效降低了材料的电荷传质阻抗。     

锂离子电池三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备方法及其改性研究进展

三元正极材料(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)具有较好的安全性能和循环性能,兼顾了其它二元电极材料的诸多优点,成为目前高性能锂离子电池正极材料的研究重点之一,其市场占有率已经超过40%。详细叙述了近年来国内外对三元正极材料的制备和改性所做的研究,着重介绍了其高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等制备方法及掺杂、包覆改性方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响,以及这些改性方法存在的问题。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2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_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2(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_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2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_(1.2)Ni_(0.16)Mn_(0.56)Cr_(0.08)O_2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。