锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的性能研究(Ⅰ)

采用共沉淀法和高温固相烧结相结合,合成了锂离子电池层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。采用ICP-AES元素分析方法、XRD和SEM对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的成分、结构和形貌进行了表征。SEM测试结果表明,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的形貌近似为球形,且颗粒分布均匀。并对其进行了充放电性能测试,结果表明:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在25℃、2.5～4.6 V、0.1 C倍率下,首次放电容量达189.32 mAh.g-1(锂为负极),C/LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在1 C、2.75～4.2 V下,初始放电比容量为145.5 mAh/g,循环100次后,容量保持率为98.41%。是一种有发展前景的锂离子电池正极材料。     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2研究进展

层状结构材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有高比容量、高循环性能、低成本和环保等优点,有望取代LiCoO2成为新一代锂离子电池正极材料。在介绍LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构特点和电化学反应特性的基础上,对其主要合成方法进行了详细评述,总结了该正极材料的阴阳离子掺杂、复合离子掺杂以及表面包覆改性等技术,指出国内外目前锂离子电池材料研究中存在的问题和未来的发展方向。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2（x=0．1）的合成及性能

采用共沉淀法以化学计量比的Ni^2＋和Mn^4＋（1：1）代替LiCoO2中的Co^3＋合成锂离子电池正极材料LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2（x=0．1）利用X射线衍射对其结构进行表征，结果表明材料的衍射峰与标准的α-NaFeO2层状结构完全对应，为层状嵌锂复合氧化物。LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2在电压2．5-4．3V范围内表现出较好的电化学性能，循环25次后仍保持大约136mAh／g，具有很好的发展前景。     

锂电子电池材料LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2的制备方法

LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2作为一种新型的锂离子电池正极材料,其理论容量高达278mAh.g^-1,具有a—NaFeO2型层状结构,制备方法主要高温固相合成法、共沉淀法、流变相反应法、溶胶-凝胶法等,文章对制备方法进行了重点沦述,讨论了相应的电化学性能、结构特征和目前存在的问题,并对层状LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2正极材料的发展进行了展望。     

正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的制备与电化学性能

采用固相法和沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiCo1／3Ni1／3Mn1／3O2探讨了合成温度、不同合成方法对材料的电化学性能的影响。利用充放电测试、循环伏安测试方法对合成的LiCo1／3Ni1／3Mn1／3O2进行了表征。结果表明,固相法900℃煅烧合成的材料电化学性能较好,沉淀法合成的材料电化学性能最好,以10．0mA／g的电流充放电,首次放电比容量为576．0C／g,循环50次后放电比容量仍保持501．5C／g。以100．0mA／g的大电流放电,放电比容量达到430．2C／g。     

MgF2包覆对正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响

通过浸渍法在正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面包覆MgF2,通过XRD、SEM、交流阻抗（EIS）分析、充放电测试研究了不同量MgF2包覆对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的结构与电化学性能的影响。结果表明,MgF2以非晶态形式包覆于LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料颗粒的表面,当包覆量为3%（物质的量分数,下同）时,三元正极材料具有优良的电化学性能,在3.0~4.6 V充放电范围内0.1C充放电倍率下,首次放电比容量为196.3 mA·h/g,1C循环50次后容量保持率为95.7%,55 ℃高温下1C循环50次后容量保持率为93.3%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的研究进展

锂离子电池正极材料Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2具有比商业化正极材料——LiCoO2更低廉的成本、更低的毒性、更好的热稳定性,近年来受到广大科研工作者的关注。主要介绍了Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的合成改性方法及其近年来在电化学性能方面所取得的成果和进展,并简要概括了该材料结构和发展趋势。不断提高Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的振实密度以及电化学性能特别是其在高倍率充放电条件下的循环性能将成为相关科研工作者的研究重点。     

Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2合成工艺对其结构和性能的影响

采用碳酸盐共沉淀法制备Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2。研究了前驱体合成温度、时间和焙烧温度、焙烧时间对材料结构和电化学性能的影响。测试结果表明,合成温度为40℃,时间30 h所得前驱体的振实密度和电化学性能较好。XRD测试结果表明,不同焙烧温度下得到的Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2均具有α-NaFeO2型层状结构。其中800℃下焙烧15 h得到的样品具有较好的层状结构和较低的阳离子混排程度。样品在2.8～4.3 V电压范围内,0.2 C放电倍率下的首次放电比容量最高可达159.1 mAh·g-1,循环50次后容量保持率为95.7%。     

电池正极材料Li3V2-2x/3Mnx（PO4）3/C的制备及性能研究

以V2O5、NH4H2PO4、Li2CO3、(CH3COO)2Mn.4H2O原料,以葡萄糖和抗坏血酸为复合还原剂及碳源,通过常温还原-低温烧结法制备锂离子电池正极材料Li3V(2-2x/3)Mnx(PO4)3/C(x=0,0.03,0.06,0.09,0.12)。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电测试对该正极材料的物相、结构、微观形貌以及电化学性能进行了表征。结果表明,Mn2+的掺杂对磷酸钒锂电化学性能的发挥影响很大,其中当锰掺杂量x=0.09时材料表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率条件下首次放电比容量131 mAh/g,循环50次后容量衰减仅为4.02%。     

共沉淀法制备Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2及电化学性能研究

采用NH3-NaOH共沉淀法合成了L[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料,通过改变NH3·H2O浓度及加料方式研究材料的电化学性能.采用XRD、SEM对晶体的结构和形貌作表征.将正极材料Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2制成电极极片,组装成电池进行测试.分析测试结果表明,合成的极材料Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2具有典型的α-NaFeO2结构,粒径分布较好,呈类球形.     

High tap density of Ni3(PO4)2 coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 with enhanced cycling performance at high cut-off voltage

The LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 is first obtained by the control ed crystallization method and then coated with Ni3(PO4)2 particles. The effects of the coating on rate capability and cycle life at high cut-off voltage are investigated by elec-trochemical impedance spectroscopy and galvanostatic measurements. The element ratio of Ni:Mn:Co is tested by inductively-coupled plasma spectrometer (ICP) analysis and it testified to be 1:1:1. It is indicated that Ni3(PO4)2-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 has an outstanding capacity retention, where 99%capacity retention is maintained after 10 cycles at 5C discharge rate between 2.7 V and 4.6 V. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results show that the current exchange density i0 of the coated sample is higher than that of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, which is beneficial to its electrochemical performances. All the conclusions show that the Ni3(PO4)2 coating can prominently enhance the high rate performance of the LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, especially at high cut-off voltage.     

不同铝源对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的包覆改性研究

分别以纳米氧化铝、氢氧化铝及异丙醇铝为原料,采用液相浸渍法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料进行氧化铝包覆,考察不同包覆源在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料表面进行氧化铝包覆后对材料电化学性能的影响。SEM及XRD结果显示,产物为层状α-NaFeO2结构,氧化铝均匀包覆在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料表面。充放电性能测试结果表明,在3种铝源中,以异丙醇铝为包覆源的材料性能最佳：在3.0~4.6 V的电压下,0.1 C倍率下首次放电比容量为196.1 mA·h/g, 1 C下循环50周后容量保持率为95.6%。     

层状锂离子正极材料Li_(1+x)(Co_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(0.4))O_2的结构和电化学性能的研究

采用溶胶凝胶法,用柠檬酸作为鳌合剂,在不同的温度下合成制备均一的层状锂离子正极材料Li(Co0.2Ni0.4Mn0.4)O2。XRD、SEM实验数据表明,在较低温度700°C下便可制得层状Li1+x(Co0.2Ni0.4Mn0.4)O2,并具有均一的颗粒形貌,颗粒大小为300 nm左右。XPS显示其正极材料中的Co、Ni、Mn的化学价态分别为+3,+2,+4,均为它们的稳定价态。700°C下合成的材料在20mA/g,2.9~4.6 V电压范围内,首次放电比容量为210.2 mAh/g,50周后放电比容量仍高达185.3 mAh/g,容量损失为11.84%。     

pH对三元材料前驱体物理性能的影响

在不同pH下共沉淀制备了正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的前驱体Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3（OH）₂。通过对前驱体产物进行粒径分布分析、振实密度分析及扫描电镜照片分析,比较了pH对合成前驱体材料性能的影响。结果表明,在pH等于11.0条件下,合成的前驱体粒径分布均匀,振实密度高,形貌规则。将该条件下的前驱体与氢氧化锂混合煅烧制备得到LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂。经电化学性能测定,发现其电化学性能优异,在0.2 C和1.0 C下首次放电容量可达 160.0 mA·h/g和129.9 mA·h/g;在1.0 C下循环20次后,容量保持率高达94%。     

废旧锂电池中有价金属回收及三元正极材料的再制备

探讨了磷酸体系下不同因素对废旧锂电池正极材料中有价金属浸出效率的影响，结果表明：在浸出时间60min，反应温度60℃，磷酸浓度2mol/L，液固比20mL/g，还原剂(H₂O₂)体积分数为4%时，可得最佳浸出效果，Co、Li、Mn、Ni浸出效率分别可达96.3%、100%、98.8%和99.5%；浸出液添加相应比例金属离子，采用草酸共沉淀法制备前体材料(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)C₂O₄，并得到相应再生磷酸溶液。再生磷酸进行循环浸出实验，实验研究结果表明：循环浸出5次之后Li的浸出率仍可保持在90.1%，而Co、Mn和Ni的浸出率在75.0%以上。前体添加锂源Li₂CO₃煅烧合成Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂材料，考察了不同温度对Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂材料合成的影响，结果显示，当合成温度为800℃时，得到的材料性能最优良，初次放电容量可达136.4mA·h/g。在0.2C下经过50圈循环后容量保持率为97.2%。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能研究

以Li3PO4和Fe（3PO4）.28H2O为原料,采用固相法成功制备了锂离子电池正极材料LiFePO4,并讨论了Li3PO4用量对材料的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和充放电测试等手段对最终产物的物相、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,按计量比制备的LiFePO4样品具有较好的电化学性能,以0.1、0.5、1和5 C（1C=150 mA/g）的倍率进行充放电,首次放电比容量分别为135.6、123.8、116.2和56.5 mAh/g。磷酸锂过量8%制备的样品具有较好的高倍率性能,5C时放电比容量为80.3 mAh/g;而磷酸锂过量30%的样品则具有很好的小倍率放电比容量,0.1C时放电比容量为151.1 mAh/g。     

A study on electrochemical characteristics of LiCoO2/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 mixed cathode for Li secondary battery

In this study, the LiCoO₂/LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ mixed cathode electrodes were prepared and their electrochemical performances were measured in a high cut-off voltage. As the contents of LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ in the mixed cathode increases, the reversible specific capacity and cycleability of the electrode enhanced, but the rate capability deteriorated. On the contrary, the rate capability of the cathode enhanced but the reversible specific capacity and cycleability deteriorated, according to increasing the contents of LiCoO₂ in the mixed cathode. The cell of LiCoO₂/LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ (50:50, wt.%) mixed cathode delivers a discharge capacity of ca. 168 mAh/g at a 0.2 C rate. The capacity of the cell decreased with the current rate and a useful capacity of ca. 152 mAh/g was obtained at a 2.0 C rate. However, the cell shows very stable cycleability: the discharge capacity of the cell after 20th charge/discharge cycling maintains ca. 163 mAh/g.     

Performance of layered Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 as cathode for Li-ion batteries

Layered Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂ was prepared by mixed hydroxide method and characterised by means of X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), cyclic voltammetry and charge-discharge cycling. The hexagonal lattice parameters obtained for the compound are: a=2.864 and c=14.233 Å. XPS studies show that the predominant oxidation states of Ni, Co and Mn in the compound are 2+, 3+ and 4+, respectively with small content of Ni³⁺ and Mn³⁺ ions. Initial discharge capacity of 160 mAh/g was obtained in the range 2.5-4.4 V and at a specific current of 30 mA/g of which 143 mAh/g was retained at the end of 40 charge-discharge cycles. At lower current (10 mA/g) and in the voltage window 2.5-4.7 V, discharge capacity of 215 mAh/g is obtainable. From the voltage profile and cyclic voltammetry, the redox processes occurring at ∼3.8 and ∼4.6 V are assigned to the Ni^2+/4+ and Co^3+/4+ couples, respectively.