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%。     

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.     

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%.     

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%。     

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%。     

草酸盐共沉淀法制备Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2-xFx正极材料及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法合成了锂离子电池用Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2-xFx(x=0,0.03,0.05,0.1)粉末材料,考察了掺杂氟对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2结构与性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电循环测试方法等表征了Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2-xFx材料的结构与性能。结构表明,950℃焙烧10h制备的Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O1.97F0.03材料具有较好的层状结构与综合电化学性能,阳离子混合度小、六角晶格有序性高,颗粒的平均粒径为2～3μm。I003/I104为1.29,R值为0.42,首次放电容量为141.7mA·h/g(2.8～4.2V,0.2C倍率),首次充放电容量效率为82.4%,0.2C倍率循环30次后的放电容量为首次放电容量的95.6%。     

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.     

Li0.5La0.5TiO3包覆LiNil/3Co1/3Mnl/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LiNil/3Co1/3Mnl/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-NaFeO2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LiNil/3Co1/3Mnl/3O2具有保护作用。     

锂离子电池正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的研究进展

综述了近几年锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物LiCoxNiyMn1-x-yO2的研究进展，重点讨论了综合性能优异的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的电化学性能、结构、制备方法以及存在的不足，LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2与其它商业化正极材料相比具有高容量、热稳定性好、高倍率放电等诸多优异的性能，若能解决循环、存放等问题，将有望成为新一代锂离子电池正极材料。     

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。     

三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构及第一性原理计算

以共沉淀法、喷雾干燥法制备了三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2,应用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,与实验制备的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2进行对比,对3种不同的预想结构模型(堆叠结构、随机排列结构、超晶格结构)进行研究。实验结果表明,两种方法制备的三元材料都具有良好的层状结构,其中共沉淀法制备的层状结构更加明显,而喷雾干燥法制备的材料中过渡金属元素比更接近LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的化学计量比。计算结果表明,随机排列的结构模型能量最低、最稳定,与实验制备的三元正极材料结构最为相似。     

Synthesis and electrochemical properties of modification LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode materials for Li-ion battery

The layered LiNi1/3CO1/3Mn1/3-xMg(x)O2 (x = 0, 0.01, 0.03, 0.05) cathode materials were prepared by solid state reaction, then copper oxide was coated on the product. The structures, morphologies and electrochemical properties of the LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 and CuO-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 were characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and electrochemical tests. The results showed that the electrochemistry properties and cycle performance of magnesium doped LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 and CuO-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 materials were improved. The optimal doping content of Mg was x = 0.03 in the LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 samples to achieve high discharge capacity and good cyclic stability, and the first discharge special capacity was 158.5 mAh/g at 0.2 C in the voltage of 2.5-4.3 V, then CuO-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3-0.03Mg0.03O2 was investigated. The electrode reaction reversibility and electronic conductivity were enhanced through Mg-doped and CuO-coated.     

正极材料zLi2MnO3·（1-z）LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2的合成与性能

富锂锰过渡金属层状正极材料以其成本低、安全、容量高受到广泛关注,X射线衍射（XRD）和电化学性能测试显示以共沉淀结合煅烧成功合成富锂层状正极材料zLi2MnO3.（1-z）LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2（z=0.2,0.4,0.6）。其中z=0.4组分的放电容量达到210mAh/g（2-4.8V,0.05C）,远高于z=0.6组分,而经20个充放电循环的稳定性也优于z=0.2组分。微分容量分析表明z=0.2组分中因Ni/（Co＋Mn）比值较大和Li2MnO3含量较少可能导致其容量逐渐衰减。z=0.6则因所含LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2量较少,造成其放电容量较低;z=0.4拥有最佳Li2MnO3及LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2组合使其容量和循环性能最好。     

Al2O3膜表面包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的微观结构和电化学特性

采用液相浸渍法在球形颗粒LiNi1／3Co1／2Mn1／3O2的表面包覆上了一层Al2O3膜．结构分析表明，表面A1203膜的厚度约100nm，具有一定的无定形结构，核体材料具有纯六方相结构．实验结果证明，表面Al2O3膜能够有效提高正极材料的耐过充能力和循环稳定性．在截止电压为3．0—4．5V，充放电倍率为1C的条件下，Al2O3表面包覆膜后正极活性物质50次循环的容量保持率提高了11．5％．     

Recent development of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 as cathode material of lithium ion battery

Layered LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, owing to its excellent electrochemical properties, has been used as cathode material for lithium-ion batteries, especially for hybrid electric vehicles. It has many merits such as high capacity, long cycle life, low cost and little harm to environment. Therefore, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 has become a great concern by scholars on energy and material fields. However, the electronic conductivity and the charge-discharge capacity at high current should be enhanced before any materials modifications. Here, this paper summarizes the main synthetic technologies of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 in recent years, including synthesis methods, doping, surface coating modification, and the future development trends discussed.     

微波烧结LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2电磁场与温度场的仿真模拟

分析了微波烧结的原理和特点,利用COMSOL Multi-physics模拟软件对矩形微波炉进行了仿真模拟,研究了微波烧结正极材料LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2时电磁场与温度场的分布,测量了粉末样品LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2的介电常数,并与模拟结果相对照.研究表明:微波在烧结LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2样品时,炉腔内电磁场的分布受到影响,微波炉内表面的电场强度减弱;材料内部温度场的分布不均匀,材料的下半部分温度较高;同时,在仿真模拟计算过程中,求得LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2在微波中烧结到不同温度时的能量损耗,根据李赫德涅凯法则计算出其对应的相对介电常数,发现在20~620℃,相对介电常数随温度的上升而变大.根据实验测得的复合介电常数,求出对应温度点LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2的相对介电常数.利用Origin对仿真模拟计算和实验求得的两组相对介电常数数据进行拟合对比,发现实验求得的LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2的相对介电常数与仿真模拟计算所得数据趋势吻合.     

掺杂Fe3+对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,150.4,138.5 mAh·g~(-1).由0.1到1C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAh·g~(-1)降为29.1 mAh·g~(-1),容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.