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。     

不同锰源对富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2性能的影响

采用MnCO3或MnO2为锰源,设计了两条工艺路线,并分析了这两种工艺对富锂正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2结构、形貌、振实密度及电化学性能的影响。研究结果表明,两种工艺制备的材料都具有层状结构,二次颗粒都呈球形,球形颗粒的直径都在2~15μm,一次颗粒0.2~1.0μm;但是在两种不同的工艺下,球形颗粒的聚集程度不一,其中以MnO2为锰源,制备的材料的颗粒接触最为紧密,而且其振实密度高,为1.5g·cm-3。以制备出的材料作为电池的正极材料,组装2032扣式电池,在0.1C(20mA·g-1),电压范围2.0~4.8V,测试材料的首次充放电,其中以MnCO3为锰源,制备的材料的首次放电比容量为最高,为262.1mAh·g-1,首次库伦效率为76.8%。在不同倍率(0.2C,0.5C,1.0C和3.0C)下测试电池性能,以MnO2为锰源,3.0C下的放电比容量为183.5mAh·g-1。因此,采用MnO2为锰源制备出的富锂正极材料具有较高的倍率性能。     

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。     

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)。     

从电容型镍氢动力电池正负极材料浸出净化液中直接制备三元正极前驱体

以退役电容型镍氢动力电池硫酸浸出液为原料,经过除杂,净化液通过调整镍、钴、锰离子浓度后,直接加入氨水和碳酸钠共沉淀合成三元前驱体。前驱体为层状球形结构且粒度均匀呈正态分布,利用共沉淀法制备成三元正极材料后组装成软包电池,在0.2C、0.5C和1C放电倍率下,比放电容量达到160mAh/g以上。     

熔盐法直接再生失效三元LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)正极材料

针对三元锂电池在退役后的处理问题,文章采用熔盐法对退役后的三元正极材料(LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2),NCM622)进行补锂修复再生,从而恢复失效三元锂电池的电化学性能。该方法工艺简单、耗时短、资金投入少,具有独特的优越性。     

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%。     

铌掺杂对镍基正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能影响

解决镍基正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的电化学循环稳定性和高温循环性能是其产业化推广应用的关键。研究了掺杂铌改性高镍正极材料,优化材料的电化学性能,提升循环稳定性。首先以硫酸盐为原料,在N₂保护气氛下,采用共沉淀法合成三元球形Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,通过高温固相反应与LiOH·H₂O,Nb₂O₅合成Li（Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1）_1-xNb_xO₂（x=0,0.01,0.02,0.03）系列正极材料。X射线衍射结果表明,Nb5+离子可少量进入正极材料晶格,并在正极材料表面形成化学稳定性好的Li₃NbO₄。当x=0.02时,在室温25 ℃,电压2.75~4.2 V,0.2 C倍率下首次放电比容量为172.9 mAh/g,100次循环后容量保持率为97.47%,在50 ℃,0.5 C倍率下循环20次容量基本不变,平均放电比容量为183.7 mAh/g,且该样品具有较好的倍率性能。      

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%。     

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料还原酸浸与沉淀再生研究

提出了苹果酸与亚硫酸氢钠还原浸出-碳酸盐沉淀再生废旧锂离子电池正极材料的新方案,考察了搅拌速度、有机酸浓度、亚硫酸氢钠添加量、浸出温度、浸出时间对Li、Co、Ni、Mn元素浸出率的影响。结果表明,最佳浸出条件为搅拌速度400 r/min,苹果酸浓度2.5 mol/L,亚硫酸氢钠添加量1.25 mol/L,浸出温度90℃,浸出时间120 min;此条件下,Li、Co、Ni、Mn的浸出率分别达到99.91%、98.14%、99.27%、98.43%。借助XRD、SEM、电化学测试手段分析了再生正极材料的性能。结果表明,再生LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料首圈放电比容量为175.5 mA·h/g, 200圈循环容量保持率高达71.96%,再生正极材料性能较优。     

Al2O3包覆LiNi0.8Co0.2O2正极材料及其电化学性能

为了减少锂离子电池正极材料与电解液的相互作用,用沉淀法在LiNi0.8Co0.2O2表面包覆一层Al2O3,并通过电化学测试、扫描电镜和X射线衍射研究其表面形貌和晶体结构.结果表明,经过表面包覆后,有效地抑制了电解液对正极材料的侵蚀,虽然初始放电容量略有降低,但循环性能明显改善;Al2O3包覆量对LiNi0.8Co0.2O2电化学性能存在影响,包覆量为0.7%(质量分数)的样品性能最优.     

单晶型LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的制备及性能对比

基于高镍三元正极材料容量和成本等方面的优异性,通过熔盐法结合高温固相法进行梯度煅烧,成功制备出了具有大尺寸单晶颗粒状的高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,并与传统固相反应煅烧制备的材料进行比对,通过XRD衍射分析其结构特征,反映阳离子混排程度。依托扫描电子显微镜和透射电子显微镜,表征其表面形貌和晶体特征,研究表明:在经过循环伏安测试后,在高倍率测试条件下,循环稳定性和容量保有量的优势明显,契合锂离子电池近些年在快速发展过程中所面临的安全稳定的条件。这种采用熔盐法制备的NCM-811材料为制备微米级单晶型的正极材料提供了新的思路。      

正极材料LiNi0.8Mn0.2O2前驱体合成工艺的探究

成本低、性能稳定的无钴镍锰正极材料是目前的研究热点。采用共沉淀法制备Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂前驱体, 用氨水作为络合剂, 探究了NH₃浓度对前驱体Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂共沉淀的晶粒生长和形貌的影响, 以及对锂离子电池正极材料LiNi_0.8Mn_0.2O₂的晶体结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电镜、循环伏安测试、交流阻抗和电池充放电测试系统表征材料的结构、形貌和电化学性能。表征结果显示, 在0.1 C, 2.5~4.2 V化成条件下, 初始放电比容量为167 mAh/g, 充放电效率为96%。当氨水用量为45 mL时, 样品具有较优的循环性能, 在1 C倍率下, 2.5~4.2 V的电压测试范围内, 循环100次后, 放电比容量为139 mAh/g, 容量保持率为93.9%。在低倍率充放电条件下样品具有明显优于其他材料的电化学性能。      

溶胶凝胶法合成811正极材料及电化学性能

采用溶胶凝胶法合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料。探究不同的锂配比、不同的烧结温度对正极材料的形貌和电化学性能的影响。电化学性能测试结果表明:当锂过量13%,烧结温度为800 ℃时电化学性能较优,其首次放电比容量达179.89 mAh/g,0.2 C循环20次后容量保持率为94.72%,且此时材料的电极极化程度最小,晶体结构最稳定,循环可逆性也最好。XRD、TEM的分析结果说明:LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料具有较好的结晶性,且有良好的a-NaFeO₂层状结构,做出的材料形貌为不规则块状。      

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%.     

单晶LiNi0.83Co0.1Mn0.07O2正极材料的合成及电化学性能

采用共沉淀-高温固相法合成单晶LiNi_0.83Co_0.1Mn_0.07O₂正极材料。采用XRD,SEM和恒流充放电等测试手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能等进行研究。测试结果表明,材料形成形貌良好的单晶颗粒,Li+/Ni2+离子混排程度较低,材料具有良好的a-NaFeO₂层状结构。在2.75~4.3 V下,扣式电池0.1 C首次放电比容量达209.63 mAh/g,库仑效率为91.19%,0.2 C循环100次后容量保持率为100.09%。      

锂离子正极材料LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2的合成与掺杂Al的性能研究

采用共沉淀法合成镍钴锰氢氧化物前躯体,使其和碳酸锂混合均匀后,高温焙烧合成锂离子正极材料LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂,研究了掺杂Al（OH）₃对材料循环性能的影响.用X射线衍射和扫描电镜对合成的粉末进行了表征,用电性能测试仪研究了材料的电化学性能.研究发现:温度为850 ℃时焙烧的材料具有最优的电性能,1C电流初始放电比容量达到157.2 mAh/g（2.75~4.2V）,循环50次放电比容量保持率为94.8 %,循环100次材料的放电比容量保持率为90.1 %.通过少量掺杂Al（OH）₃的电池材料结晶性有所提高,晶型趋于完整,但是材料的放电比容量有所降低,前100次循环掺杂对材料循环稳定性无显著改善效果.      

碳酸盐共沉淀法合成Li1＋xNi0.6Co0.2Mn0.2O2Fx正极材料及其电化学性能

采用碳酸盐共沉淀法合成Li1＋xNi0.6Co0.2Mn0.2O2Fx正极材料,研究了不同含量的Li、F复合掺杂对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2样品的晶型结构、形貌以及电化学性能的影响.研究结果表明：Li、F复合掺杂未改变LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2样品的层状结构;掺杂后的样品颗粒细化;电化学循环性能和电极过程的可逆性明显得到提高.掺杂量x=0.06时,Li1＋xNi0.6Co0.2Mn0.2O2Fx样品的首次充放电容量分别为168,160 mA·h/g,循环50次后容量为153 mA·h/g.