镍钴锰三元材料-磷酸铁锂复合及性能研究

镍钴锰酸锂Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2与磷酸铁锂按照一定的质量比球磨混合制得复合材料,电化学测试结果表明,电池的循环性能随着Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2的增加而不断提升,当Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2与LiFePO_4的质量比为7∶3时性能达到最佳,初始放电比容量为150.7 m Ah/g,循环60次后的放电比容量为147.6 m Ah/g,容量保持率高达97.96%;同时复合材料的平均工作电压为3.72 V(vs.Li+/Li),显著高于LiFePO_4的3.40 V(vs.Li+/Li)的放电电压平台,表现出更好的循环性能和更高的比容量。     

高比能量软包装动力锂离子电池的制备

以LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.3)O_2和尖晶石锰酸锂(LiMn_2O_4)的混合物为正极材料,人造石墨为负极材料,研制额定容量为19Ah的电动汽车用高比能量软包装动力锂离子电池。电池在2.8~4.2 V循环,0.33 C放电比能量大于150 Wh/kg;5.00 C持续放电容量保持率为94.7%;50%放电深度时,10 s脉冲放电的比功率大于2 500 W/kg;1.00 C循环1 000次,容量保持在额定容量的92.2%。电池在针刺、过充等安全测试时不起火、不爆炸。     

镍钴锰酸锂的制备及高电压充放电性能

用共沉淀-机械球磨-高温煅烧法制备纳米三氧化二铝(Al_2O_3)包覆镍钴锰酸锂材料,研究材料在高电压充放电条件下的电化学性能。XRD、SEM、容量微分(d Q)/电压微分(d U)和电化学性能测试结果表明:在镍钴锰酸锂颗粒表面得到了均匀的纳米级Al_2O_3包覆层,并提高正极材料的电化学性能。以0.5 C在3.0~4.6 V循环,Al_2O_3包覆量为0.5%材料第50次循环的放电比容量由未包覆材料的155.3 m Ah/g上升到172.7 m Ah/g。包覆处理可提升正极的热稳定性和高电压高温持续充电的时间,从而提高电池的高温安全性能。     

碳纳米管对复合型锂离子动力电池性能的影响

采用LiFePO_4、LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4作为复合正极材料,考察了添加碳纳米管作导电剂对电池性能的影响。研究结果表明:以LiFePO_4、LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4作为复合正极材料所制作的电池具有较好的安全性能,在正极片中添加碳纳米管作导电剂后可以提高电池的放电比容量,改善电池的低温性能和倍率充放电性能。添加碳纳米管作导电剂后的电池具有极佳的循环稳定性,3 C循环500周容量保持率为95.34%,循环1 000周容量保持率为90.09%。     

单晶高电压三元的制备及性能研究

采用固相法制备出掺杂镁、铝的镍钴锰三元氧化物LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的单晶材料。采用X射线衍射光谱法(XRD),扫描电子显微镜法(SEM)和恒电流充放电测试等方法对该材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,材料具有较好的层状结构,在3~4.4 V下,扣式电池0.1放电比容量可达186.7 m Ah/g,全电池1 300次循环后放电比容量仍为初始放电容量的98%,是一种电化学性能优异的三元正极复合材料。     

充电截止电压对镍钴锰动力电池寿命的影响

测试镍钴锰三元正极材料(Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2)动力锂离子电池温度与开路电压的关系,电池开路电压随温度升高的下降率为0.63 m V/℃。当放电终止电压为3.00 V、充电截止电压4.15 V时,3只并联12只串联组成的电池系统(78 Ah、44 V)具有较好的循环性能,以1 C循环1 600次的容量保持率为86.5%。     

锂离子电池正极材料0.5Li_2MnO_3·0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2合成及表征

以过渡金属硫酸盐和氢氧化锂为原料,采用共沉淀法合成锂离子电池富锂正极材料0.5Li_2MnO_3·0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能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:900℃煅烧10 h合成的样品具有较好的层状结构和优异的电化学性能;在30℃以0.1 C的电流密度充放电,2.0~4.8 V电位范围内首次放电比容量高达270.1 m Ah/g,循环100次后放电比容量为212.6 m Ah/g;该材料还表现出较好的倍率性能,以5 C充放电时还有120 m Ah/g的放电比容量。     

锂源及烧结条件对三元材料电化学性能影响

采用高温固相两次烧结法,以氢氧化锂和碳酸锂为锂源制备了性能优良的三元正极材料(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2),分别用XRD和SEM对材料的晶体结构和微观形貌进行了分析研究。结果表明,以氢氧化锂低温制备的材料其综合电性能表现更加优异。在室温25℃,高电压范围3.0～4.45 V下,扣式电池1 C放电比容量达到171 mAh/g,400次充放电循环后,容量保持率达到91%。     

LiNi0.6Co0.1+xMn0.3-xO2(x=0,0.1)正极材料的合成与电化学性能研究

采用高温固相法在相同条件下合成了LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2与LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料,利用XRD、SEM表征了材料的结构与形貌,通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了其电化学性能。结果表明,室温条件下以0.2 C倍率在3.0～4.3 V电压范围内,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2的首次放电比容量为171.8 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为78.5%;LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的首次放电比容量为174.6 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为83.0%。CV与EIS测试表明,相比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2材料有更大的极化与电荷转移阻抗。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的高电压锂离子电池电解液研究进展

高电压尖晶石镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)工作电压高达4.7 V,具有高的比能量和比功率,循环性能好,环境友好,有望成为下一代锂离子电池正极材料。然而,高电压下常规碳酸酯电解液容易氧化分解,造成电池容量降低,为了推进LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4在商业化中的应用,各个研究组纷纷致力于开发高电压电解液。从导电锂盐,新型溶剂和电解液添加剂三个方面综述了与LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4相匹配的电解液研究进展。     

三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2铝壳锂离子动力电池的性能研究

选用三元材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2为正极材料,中间相炭微球为负极材料,制备了额定容量为10 Ah的铝壳锂离子动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。电性能包括充放电性能、倍率性能、循环性能和自放电,实验结果表明,电池表现出了良好的倍率性能,1 C、2 C的放电容量分别为0.5 C放电容量的97.49%、93.70%;在2.7~4.2V电压范围内,电池1 C循环400次后容量保持率为101.77%;电池满电常温搁置28天后容量保持率为97.06%。针刺、短路、过充电和自有跌落测试结果表明电池具有良好的安全性能。     

高性能18650型锂离子蓄电池

研究试验了锂离子蓄电池的不同电极材料及电极成型工艺 ,分别制成了以氧化钴锂 (LiCoO2 )和氧化镍钴锂(LiNi0 .8Co0 .2 O2 )为正极 ,中间相炭微珠 (MCMB)为负极的 186 5 0型锂离子蓄电池。电池的放电容量分别大于 15 5 0mAh和 170 0mAh。电池比能量达到了 130Wh/kg和 35 0Wh/L。在室温条件下 ,0 .5C电池的循环寿命 10 0 0次时 ,其容量仍为初始容量的 6 0 %、70 %。以氧化钴锂为正极的电池在 -4 0℃、0 .2C速率、终止电压 2 .5V的条件下 ,放电容量为室温容量的 6 0 %。实验结果表明 ,电池安全可靠。     

三元材料在锂离子动力电池上的应用

锂离子电池被认为是电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的主要发展方向之一.选用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料制成了12 Ah能量型及8 Ah功率型动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试.结果表明由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料制备的大容量动力电池比能量高,在循环性能、倍率放电性能、低温放电性能、荷电保持能力以及安全性能方面均表现优异,能够满足EV及HEV动力电源的要求.     

Al_2O_3包覆正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用高温固相法制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,并用三氧化二铝(Al_2O_3)进行表面包覆改性。通过XRD、SEM对材料晶体结构、形貌进行分析,用恒流充放电和循环伏安等对材料进行测试。Al_2O_3包覆的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料具有典型的空间群,为R-3m的六方层状α-Na Fe O2结构。以0.2 C在2.5~4.3 V循环,Al_2O_3包覆量为1%的材料电化学性能最好,首次放电比容量可达145.7 m Ah/g,第30次循环的容量保持率为94.0%,比未包覆Al_2O_3材料在相同条件下的放电比容量提高了6.3%。     

三元层状正极材料的电化学性能影响因素研究

三元层状正极材料是非常有应用前景的动力型电池正极材料,而其电化学性能还有待于进一步提高。研究了正极片厚度、隔膜类型、电解液组成和负极表面变化等因素对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2(NCM111)材料电化学性能的影响。研究发现随着正极极片厚度的增加,电池在循环过程中容量衰减严重;相比于聚丙烯(PP)隔膜,聚酰亚胺(PI)隔膜由于具有更好的浸润性,提高了电池的放电容量;电解液中低粘度链状碳酸二乙酯(DEC)的含量对电极相容性和正极材料中过渡金属离子溶解都有较大影响;负极表面锂枝晶的形成降低了电池的循环性能。     

正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及离子掺杂改性研究

采用溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法合成了LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4两种高电压正极材料。通过X射线衍射(XRD)表明铬离子掺杂未改变LiNi0.5Mn1.5O4的晶型结构,但改善了其晶型生长。扫描电镜(SEM)表明两种样品呈规则正八面体外形,颗粒较均匀,LiNi0.5Mn1.5O4平均粒径大约为400 nm,LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4平均粒径大约为200 nm。电化学性能测试结果表明,在1 C放电倍率下,两种电池的首次放电比容量分别为111.0 mAh/g和121.5 mAh/g,以容量保持率为首次放电比容量85%为截止条件,分别可以实现32个和51个稳定循环。在此条件下,LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4/Li电池的平均中值电压为4.55 V,略高于LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池4.51 V。倍率性能测试结果表明,LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4/Li电池及LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池在0.5 C、1 C下放电比容量分别可保持0.2 C时的91.9%、87.1%和91.1%、83.6%。铬离子掺杂可明显改善LiNi0.5Mn1.5O4的综合性能。     

水分对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/Li_4Ti_5O_(12)电池高温性能的影响

采用LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料匹配钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极材料,制备8 Ah软包装锂离子电池,注液前分别烘烤24 h和36 h,电芯水分约为0.030%和0.015%,研究水分对电池高温性能的影响。与水分0.015%的电池相比,水分0.030%的电池首次库仑效率较低,极化明显。在55℃下高温搁置7 d后,电池容量保持率和恢复率结果显示:水分0.030%的电池为98.5%和99.4%,而水分0.015%的电池为99.5%和100.1%,均高于0.030%水分的电池;55℃下3 C循环(1.5~2.7 V)第2 000次时,0.030%和0.015%水分的电池容量保持率分别为87.8%和89.4%。较低的水分可提高电池在高温下的搁置和循环性能。     

风力发电钛酸锂电池制备及电气性能实验分析

通过优化的工艺制备了一种方形12 Ah铝塑膜软包装的风力发电锂离子动力电池,所制备电池的正负极活性物质分别为LiNi1/3Co11/3Mn1/3O2、钛酸锂(Li4Ti5O12),隔膜为25μm厚的聚乙烯.对所制备的电池在1.4～2.8V的条件下进行充放电测试,当常温下以4.0C循环6 000次时电池容量的保持率高于97％,且并未出现胀气现象;当高温下以0.5 C放电时容量为常温下的109.1％,且脉冲放电比功率最高为2 236 W/kg,当对5只100％ SOC的电池串联后进行针刺测试时,并未出现起火爆炸等现象.     

液相无焰燃烧合成LiNi_xMn_(2-x)O_4(x≤0.10)及电化学性能研究

采用液相无焰燃烧法一步合成了一系列LiNi_xMn_(2-x)O_4(0≤x≤0.10)正极材料。通过XRD、SEM和电化学测试分析了所合成样品的结构、微观形貌和电化学性能。结果表明,所有合成的LiNi_xMn_(2-x)O_4正极材料都是尖晶石型LiMn_2O_4结构。LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在1C、循环500次后的放电比容量最高为79.3mAh·g~(-1)。CV测试显示,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在循环500次后的氧化还原电位差最小,仅为0.18V,这说明其电化学极化较弱且有良好的电化学可逆性。EIS测试表明,在所有的样品中,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4样品的活化能(Ea)最小为23.81KJ·mol~(-1)。故掺杂适量的Ni离子能够有效改善锂离子电池正极材料的循环可逆性和电化学性能。