改进共沉淀法合成富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni_(0.2)O_2及性能表征

利用尿素的高温分解制备锰和镍的碳酸盐前驱体,然后通过高温固相法制备富锂Li1.2Mn0.6Ni0.2O2正极材料。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、能量散射光谱(EDS)、电化学交流阻抗频谱(EIS)和充放电测试对样品的物理及电化学性能进行表征和测试。研究结果表明,700℃下制备的样品结晶度较高,形貌规整,表现出良好的电化学性能,20 m A/g充放电电流条件下,首次放电比容量为184.07 m Ah/g。     

固相法合成xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_2

以过渡金属乙酸盐和碳酸锂为原料,使用固相法合成x Li2Mn O3·(1-x)Li Mn0.6Ni0.2Co0.2O2(x=0.7、0.6、0.5和0.4)。对制备的材料进行XRD测试和电化学性能分析。当x=0.5时,材料0.5Li2Mn O3·0.5Li Mn0.6Ni0.2Co0.2O2具有较好的层状结构和电化学性能,以0.1 C在2.0~4.8 V循环,首次充、放电比容量分别为218.0 m Ah/g和162.1 m Ah/g,循环5次的容量保持率为97.91%。     

溶胶-凝胶法合成Li_(1.016)Cr_(0.103)Mn_(0.464)Ni_(0.356)O_2

以Li Ac·2H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O为原料,柠檬酸为络合剂,用溶胶-凝胶法合成Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2。通过XRD、SEM、电感耦合等离子体(ICP)发射光谱和电化学性能测试,考察反应温度的影响。材料具有典型的富锂层状固溶体型的晶体结构特征,最佳反应温度为85℃,合成的材料颗粒尺寸均一,约为150 nm。材料在2.0~4.8 V循环,0.1 C(25 m A/g)首次放电比容量为190 m Ah/g;经0.1 C、0.2 C、0.5 C和1.0 C循环20次后,容量保持率分别为86%、88%、90%和88%,且1.0 C最大放电比容量仍保持在95 m Ah/g。     

合成时间对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2结构与电化学性能的影响

采用球形Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体与Li2CO3混合,通过高温烧结合成层状Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料,研究了合成时间对材料结构及电化学性能的影响。扫描电子显微镜法(SEM)表明Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料与前驱体形貌均为理想的球形。X射线衍射光谱法(XRD)分析表明,在不同合成时间下合成的样品均为具有层状结构的纯相物质。电化学性能测试表明,900℃12 h合成的样品具有最优的电化学性能,在2.7~4.4 V电压区间,0.1 C、1 C、5 C的首次放电比容量分别达到195.2、158.4和114.9 m Ah/g,1 C循环10次容量保持率为98.9%。     

层状正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的研究

以LiAc·H2O、Ni(Ac)2·4H2O和Mn(Ac)2·4H20为原料,制备了锂离子电池层状正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2.XRD分析表明:其晶体结构为典型的α-NaFeO2型层状结构.该材料的初始容量大于220mAh/g,100次循环后,仍大于210 mAh/g,展示了较高的比容量和良好的循环性.     

煅烧温度对Li[Li_(0.2)Ni_(0.15)Mn_(0.55)Co_(0.1)]O_2的影响

用溶胶-凝胶法合成锂离子电池用富锂正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.15)Mn_(0.55)Co_(0.1)]O_2,通过XRD、SEM、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电化学性能测试考察煅烧温度对合成材料结构和性能的影响。900℃下制备的材料具有典型的α-Na Fe O2层状结构、较好的晶型结构及良好的电化学性能。在2.0~4.8 V充放电,20℃下的0.10 C首次放电比容量为235.4 m Ah/g,库仑效率为78.5%;依次以0.10 C、0.20 C、0.50 C、0.75 C和1.00 C循环10次,再以0.20 C放电,首次1.00 C放电比容量为149.7 m Ah/g,最后一次0.20 C放电比容量为首次0.10 C放电比容量的85.9%。     

高容量锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2的制备与性能

采用化学共沉淀法预先合成球形前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,再与锂源共混后高温煅烧合成高容量正极材料Li Ni0.5Co0.3Mn0.2O2。探讨了不同烧结制度对材料结构性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,产物结构为α-Na Fe O2型层状结构。扫描电子显微镜(SEM)显示材料具有良好的球形形貌。测试材料的电化学性能,在2.75~4.20 V和2.75~4.35 V充放电截止电压,0.5 C充放电电流下,首次放电比容量分别为162.2和172.6 m Ah/g,循环3周后容量保持率分别为96.73%和94.62%。材料还表现出良好的倍率性能。     

锂电池富锂材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zr_xO_2(x=0,0.02,0.05,0.10)的电特性研究

富锂材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zr_xO_2(x=0,0.02,0.05,0.1)是采用高温固相法合成,研究中采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)及电化学方法等手段进行了表征。实验结果表明,随着Zr含量增加,材料的晶胞参数发生较大变化,Zr的掺杂抑制了Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2高温合成时Mn3+的产生,有利于锂离子的可逆脱嵌,所合成富锂材料的粒径分布均匀,结晶性较佳。此外,电特性测试结果表明,Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.49Zr0.05O2富锂材料具有较佳的电性能,0.1 C下放电比容量达366 m Ah/g,循环100次后放电比容量保持率为96%。     

富锂正极材料Li_(1+x)Ni_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备及电化学性能

通过液相沉淀法制备球形Ni(OH)2,与Mn(NO3)2和CH3COOLi·2 H2O混合,经高温固相法制备富锂Li1+xNi0.5Mn0.5O2正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学交流阻抗及恒流充放电测试对样品的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,当x=0.2时制备的富锂材料,阳离子混排低、颗粒均匀,表现出最好的电化学性能。在2.0~4.8 V之间,20 m A/g条件下最高放电比容量为201.4 m Ah/g,60 m A/g下放电比容量仍可达到113.1m Ah/g。     

高容量富锂层状材料Li_2MnO_3·2LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备与表征

通过共沉淀法制备了富锂层状正极材料Li2Mn O3·2 Li Ni0.5Mn0.5O2,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、循环伏安和恒流充放电测试对其结构和电化学性能进行了表征。研究结果表明富锂正极材料Li2Mn03·2 Li Ni0.5Mn0.5O2具有相对高的比容量及良好的循环性能,首次放电比容量为187.2 m Ah/g,首次充放电库仑效率为74.3%,第二次充放电库仑效率升至97.6%。经过30次循环,放电比容量仍有156.8 m Ah/g,容量保持率为83.7%。     

Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的界面电化学行为

对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料首次充放电曲线的分析表明:充电4.5 V处的平台对应于材料结构的转变,活性组分Li2MnO3在4.5 V处释放出氧气的同时脱出Li+,生成较高的容量;在嵌锂过程时,由于氧空缺造成结构的重排,产生不可逆容量损失。循环伏安与电化学阻抗谱测试结果表明:材料结构在4.4 V后发生改变,进行重排;从SEM图可观察到电极材料的表面覆盖有一层厚厚的膜,原因是形成了一层固态钝化物膜;容量微分(dQ/dU)曲线分析结果与循环伏安曲线一致,说明富锂材料在首次循环时遵循氧脱出机理。     

锂源添加方法对Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2性能的影响

通过共沉淀法制备花朵状前驱体[Mn_(0.675)Co_(0.1625)Ni_(0.1625)]CO_3,用XRD、SEM、X射线能谱(EDS)和电化学性能测试等研究锂源添加方法对材料的影响。在添加锂源过程中加入柠檬酸形成凝胶,没有改变材料的晶型结构,但改变了形貌,可提高容量和循环稳定性。制备的材料在2.0~4.8 V循环,0.1 C首次放电比容量为253.3 m Ah/g,以0.5 C循环100次的容量保持率为85.3%。     

层状锰基材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的固相合成及电化学性能

采用液相共沉淀合成类球形锰镍钴氢氧化物前驱体,与锂结合生成Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2正极材料。用X射线衍射和扫描电镜对不同温度下合成的粉末样品进行了表征,并研究了材料的电化学性能。通过不同温度条件下烧结样品的晶胞参数及电化学性能研究发现:950℃下合成的样品阳离子排列有序度最好,同时电化学性能也最好。4.2 V首次放电比容量达到157.7 mAh/g,50次循环后仍保持在136.3 mAh/g以上。4.6 V首次放电比容量达到247.9 mAh/g。     

LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2的物理性质与电化学性能相关性研究

通过氢氧化物共沉淀制备前驱体的方法合成了一系列具有层状结构的锂离子电池正极材料LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2。采用XRD、XPS和恒流充放电等测试手段研究了Mn含量变化对正极材料LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2的物理性质与电化学性能的影响。研究结果表明,Mn含量的增加会引起元素O和Ni的氧化态降低,使得Ni由+3逐渐转变为+2,而Mn的氧化态却始终保持+4不变。尽管Mn含量的增加会使材料的充放电比容量有所降低,但是材料的结构稳定性和热稳定性会得到改善。XRD测试结果表明样品LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2(0≤x≤0.5)都具有标准的a-NaFeO2层状结构(空间群:R3m,166)。此外,从Mn含量的变化引起的样品晶胞参数的变化表明,当0≤x≤0.25时LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2可能形成的是假固溶体,当Mn含量由0.3增加到0.5时形成的是真固溶体。     

Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2包覆Al2O3对隔膜形貌及结构的影响

以Al2O3包覆前后的Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2为正极活性物质,中间相炭微球(MCMB)为负极活性物质,与聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-PP三层隔膜组装成18650型锂离子电池,在循环不同次数后,用SEM观察隔膜形貌,XRD分析其精细结构.在电池的循环过程中,隔膜出现微孔闭合及微观结构改变;包覆抑制了隔膜中微孔的闭合,同时提高了结构稳定性.     

电解Co0.2Ni0.8合金制备LiCo0.2Ni0.8O2的研究

利用电解钻镍合金制得Co0 2Ni0.8(OH)2中间产物,然后根据钻镍含量与LiOH·H2O固相反应制得了LiCo0.2Ni0.8O2.通过X光衍射和扫描电镜测试表明,所得的锂离子正极材料LiCo0.2Ni0.8O2结构纯正,粒度分布集中;对其进行充放电实验表明,放电容量比较高,首次放电容量达到156mAh/g,循环20次后容量仍保持在146mAh/g.该法可大大降低制备锂离子正极材料的生产成本,具有十分广阔的应用前景.     

LiNi0.8Co0.2O2的合成和电化学性能研究

在氧气气氛下,以乙酸盐为原料,以柠檬酸为螯合剂,用溶胶凝胶法制备出了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2。研究了不同合成温度和Li/(Ni Co)配比对材料的结构和电化学性能的影响。XRD检测结果表明:合成温度为750℃、合成时间为18h、Li/(Ni Co)=1.10的正极材料LiNi0.8Co0.2O2具有完整的晶型结构;充放电性能测试结果表明,该材料在0.5C下,首次充放电容量分别为230.0m Ah/g和192.6m Ah/g,首次充放电效率为83.73%,经过50次循环仍有170.5m Ah g/,容量保持率为90.87%。