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)。     

碳包覆对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响

以蔗糖为碳源,采用溶液沉积-真空热解法制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/C复合材料。用热重与差热分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析及电化学测试等手段对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/C的微观结构、表面形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,蔗糖热分解后在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4颗粒的表面包覆形成了一层无定形碳。无定形碳可以有效阻止LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4颗粒的聚集,增加电极的导电面积,降低电池极化,从而改善LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的电化学性能。与未包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4粉末相比,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/C复合材料具有更高的可逆容量、更稳定的循环性能和更好的倍率性能。0.2C放电时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/C复合材料的首次放电容量达到144.8mA.h.g-1,经60次循环后平均每次循环的容量损失仅为0.0081%。而1.0C和2.0C放电时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/C复合材料的首次放电容量分别保持在131.9mA.h.g-1和122.4mA.h.g-1。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

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。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4高压锂离子正极材料改性研究进展

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有三维锂离子传输通道、4.7V的高平台电压,成为最有潜力的锂离子动力电池正极材料之一。但是,过渡金属Mn易溶于电解液,使电池循环性能和倍率性能变差。总结了Li_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的改性进展,在此基础上,提出了材料改性的研究方向。     

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%。     

ZnF_2包覆对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,并利用Zn F2对其表面进行包覆改性。XRD、SEM和TEM测试表明,包覆处理不影响材料的晶体结构,2%(质量分数,以LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4质量计,下同)的Zn F2在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4表面形成了约7 nm厚均匀包覆层。对未包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4和1%、2%、3%的Zn F2包覆后的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的电化学性能进行了考察,发现Zn F2包覆能够减弱电解液与LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料之间的相互作用,稳定电极表面,提高材料的电化学性能。其中,2%Zn F2包覆样品表现出最佳的循环性能和倍率性能,0.2C电流倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109.0 m A·h/g,保持率为79.7%;5 C电流倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 m A·h/g,保持率为85.6%。     

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。     

LiNio.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12全电池的制备及电化学性能研究

以5V高电压LiNi0.5Mn1 5O4为正极材料,高安全性Li4Ti5O12为负极材料制备了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12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 mAh·g-1,循环200次的容量保持率为88％;在2C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 mAh·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.     

Li_4Ti_(4.95)Nb_(0.05)O_(12)负极材料的制备及其电化学性能研究

采用二步固相法制备了Li_4Ti_(4.95)Nb_(0.05)O_(12)负极材料,扫描电镜、激光粒度分布仪、充放电测试和循环伏安等测试结果表明:合成的样品粒径分布均匀,Nb掺杂改性的Li_4Ti_5O_(12)具有优良的电化学性能,0.1 C、0.5 C、1 C和10 C首次放电比容量分别为174.1 m Ah/g、159.7 m Ah/g、147 m Ah/g和123.3 m Ah/g。10 C下,循环20次后容量保持为118.1 m Ah/g。     

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)。     

碳纳米管包覆LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2纳米纤维制备及其电化学性能研究

采用静电纺丝技术结合低温固相煅烧合成了中空多孔的LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维,并通过球磨方式实现了碳纳米管表面修饰LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维。采用TG-DTA、XRD、SEM等分析手段,对合成样品的煅烧温度、物相结构和微观形貌进行表征,然后对其综合电化学性能进行研究。结果表明:CNT表面修饰LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维可显著改善材料的综合电化学性能。其首次放电比容量达到242.8m Ah/g,1C循环50次后容量保持率达到91.61%,2C倍率放电比容量达到165.8m Ah/g。CNT独特的管状结构,促进了LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维比容量的发挥,同时为循环过程中电极体积变化提高缓冲层,改善了材料的电子电导率,结合LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维中空多孔结构为锂离子快速扩散提供了通道,从而实现了LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维比容量、倍率和循环性能的显著提高。     

Li~+、Co~(3+)和F~-共掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的结构与性能

用均匀设计法优化了Co~(3+)、Li~+、F~-共掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的组成和性能,并用XRD、SEM和恒电流充放电技术研究掺杂对材料结构、形貌和充放电性能的影响。结果表明,共掺杂和未掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4均具有Fd3m尖晶石结构,掺杂离子以固溶体形式存在,Co~(3+)、Li~+和F~-共掺杂能同时提高材料的放电比容量和循环性能,其中Li_(1.02)Co_(0.07)Ni_(0.41)Mn_(1.5)O_(3.955)F_(0.045)的放电容量为145.4 m A·h/g,50个循环后容量保持率为97.1%。     

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。     

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。     

不同Ti~(4+)含量掺杂Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备和电化学性能

采用钛酸四丁酯[Ti(OC_4H_9)_4]水解和900℃高温烧结工艺制得不同Ti~(4+)含量掺杂下的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(1-x)Ti_xO_2正极材料。采用XRD、SEM等表征方法对Ti~(4+)掺杂前后的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构、表面形貌进行分析研究,发现掺杂前后材料的结构并未明显变化。电化学测试结果表明,虽然Ti~(4+)表现为非电化学活性,使得掺杂有Ti~(4+)的正极材料其首次充放电比容量有所降低,但是在高倍率性能及循环性能测试中,Ti~(4+)掺杂改性效果表现明显。其中当Ti~(4+)掺杂量为x=0.02时,其倍率性能及循环性能最佳。在5C高倍率下放电,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量要比未掺杂样品高出约20 m A·h/g。而且经过100次循环后,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量仍有187.9 m A·h/g,容量保持率高达96.8%。而未掺杂样品的100次循环后容量保持率仅有91.2%。     

Ni-Cu双掺LiMn_2O_4正极材料的制备及电化学性能研究

通过简易的无焰燃烧法合成了LiMn_2O_4、LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4和LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_43种正极材料。利用XRD、SEM、恒电流充放电测试等手段对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,所制备的3种正极材料均为立方尖晶石结构; Ni-Cu共掺杂提高了LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_4材料的晶体结构稳定性,表现出比LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4和LiMn_2O_4材料较好的倍率性能和循环寿命。在室温和1 C倍率下,LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_4样品的首次比容量为104.7 m A·h/g,循环200次后的容量保持率为81.38%;在较高的倍率5 C循环1 000次后,容量保持率为68.23%;即使在高温55℃和1 C倍率下,仍可获得较高的首次放电比容量,为110.8 m A·h/g,200次循环后的容量保持率为56.23%。CV和EIS测试结果表明,LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_4具有较好的循环可逆性和较小的电荷转移阻抗。     

高温固相法合成Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能研究

以锐钛矿TiO_2和Li_2CO_3为原料,无水乙醇作为分散剂,采用高温固相法合成锂离子电池负极材料钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电和电化学阻抗等方法对不同条件合成的材料结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明:最佳条件为煅烧温度750℃,煅烧时间16 h,可以制备出性能良好的纯相Li_4Ti_5O_(12)材料。在电压区间1~2.5 V范围内进行充放电,在0.5 C下,首次放电比容量为153.44 mAh/g,循环50次后,容量保持率为95.43%。在5 C大倍率下,放电比容量仍保持在108.64 mAh/g,材料表现出良好的循环性能和倍率性能。     

Li_4Ti_5O_(12)/TiO_2纳米复合材料制备及其锂离子电池性能研究

以钛酸丁酯、氢氧化锂为原料,在聚乙二醇(PEG200)体系下通过水热法合成了Li_4Ti_5O_(12)纳米片/TiO2纳米颗粒复合材料,采用XRD、SEM等对材料的结构,形貌等进行了表征。通过控制Li/Ti的摩尔比可以较好地控制TiO2的含量,分别得到纯的Li_4Ti_5O_(12)纳米片或Li_4Ti_5O_(12)纳米片/TiO2纳米颗粒复合材料。测试了制得材料的锂离子电池性能,结果表明,Li_4Ti_5O_(12)-TiO2复合纳米材料具有优良的充放电容量和倍率性能。首次放电可达到172 m Ah·g-1,充电可达到170 m Ah·g-1,效率高达98.8%。     

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。