纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其电化学性能

为改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。     

正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面包覆改性研究

采用沉淀法对镍钴猛锂正极材料(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)分别以氧化钇(Y_2O_3)、磷酸钇(YPO_4)、氧化铝(Al_2O_3)和磷酸铝(AlPO_4)行了表面包覆。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗谱(EIS)及恒流充放电等方法表征了材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明,包覆剂没有改变材料的晶体结构,可以均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料表面,并且显著提高了材料的电化学性能。在2.5~4.5V电压范围和20mA/g电流密度下,包覆0.5%AlPO_4的材料首次放电容量为198.6mAh/g,50次循环后材料的放电容量保持到196.1mAh/g,而包覆Y_2O_3、YPO_4、Al_2O_3的材料其电化学性能均低于AlPO_4包覆材料。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,150.4,138.5 mAh·g~(-1).由0.1到1C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAh·g~(-1)降为29.1 mAh·g~(-1),容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.     

AlF_3包覆改性LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的制备与性能

制备了4.6V高截至电压下具有良好循环表现的AlF_3包覆改性LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料,通过XRD、SEM、交流阻抗(IMP)分析、充放电测试研究了不同用量AlF_3包覆LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的结构与电化学性能.结果表明,AlF_3以非晶态形式包覆于LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2材料颗粒的表面.当包覆量<1.0%(摩尔分数,下同)时,AlF_3包覆导致轻微的初始容量损失,但显著抑制了高充电电压下膜阻抗和电荷传递阻抗的增加,较好改善了LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2材料的循环稳定性;当包覆量达到2.0%以上时,因AlF_3无电化学活性,使得初始容量损失过大.综合各方面表现,0.5%AlF_3包覆样品的电化学性能较佳,2.5～4.6V范围0.5C放电容量为182.2mAh·g~(-1),循环30次后容量保持率达88.1%.     

LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料表面残锂和pH值的后处理控制研究

利用溶液洗涤法,在水、水和乙醇溶液中对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料进行洗涤,120℃烘干后,400℃回火热处理4h,得到处理后的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料。利用化学分析法、比表面分析仪、XRD分别对处理后的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料进行pH值、可溶Li含量、BET、物相结构进行测试。结果表明,采用水洗涤和回火热处理的后处理工艺,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料的pH值由11.5降至11以下,可溶Li含量由4×10~(-4)左右降至2×10~(-4)左右,比表面积控制在0.5m~2/g以下;材料的物相结构没有发生变化;材料的放电容量和倍率性能基本和原样相当。     

锂离子电池正极材料球形LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2的制备和性能

采用化学共沉淀法制备球形前驱体Ni_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)(OH)_2,将其与LiOH·H_2O充分混合后高温烧结制备出锂离子电池正极材料球形LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热分析(TG/DSC)以及恒电流充放电测试对样品进行表征,研究了烧结温度对产物的形貌和电化学性能的影响。结果表明,在750℃合成的LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2物相单一无杂相,具有标准的α-NaFeO_2晶型,为层状嵌锂复合氧化物。SEM测试显示,产物为球形且球形度较好,颗粒粒度均一,分布较窄,平均粒径在10μm左右。在3.0-4.3 V、0.2C充放电条件下,25℃其初始放电容量高达185.2 mA·h/g,30轮循环后容量保持率达到98.32%。可见球形LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2显示了较高的首轮放电容量以及良好的循环性能,表现出较好的电化学性能。     

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

采用柠檬酸为络合剂,新型无氨共沉淀法合成了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料,通过XRD、CV和电化学性能测试与溶胶-凝胶法和流变相法得到的材料进行对比分析。结果表明,新型无氨共沉淀法得到的材料具有更完美的层状结构,最小的阳离子混排度。电化学测试说明不论是常温还是高温,共沉淀法得到的材料具有最优异的电化学性能;该材料在2.5~4.6V范围内,0.2C时的首次放电比容量为192.0mAh/g(25℃)、217.7mAh/g(55℃),对应的50次循环后的容量保持率分别为94%、86.7%,该材料具有良好的循环稳定性和大倍率放电性能;CV结果显示共沉淀法得到的材料在多次充放电循环后的极化最小。     

LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2合成工艺对其电化学性能的影响

采用液相共沉淀法合成前驱体Ni_(0.8)Co_(0.2)(OH)_2,再通过高温焙烧合成LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2。研究了前驱体反应时间、反应温度、高温焙烧温度及焙烧时间对材料电化学性能的影响。对所制备材料进行恒流充放电测试,结果表明,在55℃下,共沉淀反应时间为3 h时,制备的材料具有较好的电化学性能,其首次放电比容量为164.5 mAh·g~(-1),50次容量保持率为92.6%。不同焙烧温度和焙烧时间制备材料的电化学性能的测试结果表明,随着焙烧温度的升高和焙烧时间的增加,产物的电化学性能逐渐提高。焙烧温度为800℃,焙烧时间为20 h得到材料的电化学性能最优,其首次放电比容量为162 mAh·g~(-1)。。因此,所制备的LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2最佳合成工艺条件为:共沉淀反应温度55℃,反应时间3 h,焙烧温度为800℃,焙烧时间为20 h。     

LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2陶瓷靶材制备性能研究

采用传统的常压固相烧结的方法制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2陶瓷靶材。研究了不同烧结温度对于LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(NCM,523)陶瓷靶断面形貌、物相及晶型结构、相对密度和抗弯强度的影响。通过对NCM陶瓷靶材进行分析表征,研究结果表明,在烧结温度为1 100℃时,靶材具有最优的各项性能,其相对密度为98.8%,抗弯强度为65.7MPa,其各项力学性能均已经到达射频磁控溅射镀膜机所需性能,适合于工业化生产。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.2)O_2的草酸共沉淀合成

以NiSO_4·6H_2O、MnSO_4·H_2O、Co(NO_3)_3·6H_2O和LiNO_3为原料,通过草酸共沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4) Co_(0.2)O_2。采用SEM、XRD和充放电试验对合成样品进行了表征。研究了合成温度、合成时间以及锂过量对合成产物结构的影响。实验结果表明,采用草酸共沉淀法合成LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2的最佳条件为:将共沉淀合成的掺钴Ni-Mn复合草酸盐与LiNO_3的混合物于850℃煅烧20h,锂过量10%(摩尔分数)。合成的LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2具有α-NaFeO_2型层状结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35V的首次放电比容量达到158.7mAh/g,经20次循环后放电比容量稳定在145mAh/g左右。     

LaF_3表面修饰Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备及其电化学性能

分别以Na_2CO_3和NH_3·H_2O为沉淀剂和络合剂,用共沉淀法和950℃高温烧结制备Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2,并用湿化学法将LaF_3包覆在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2正极材料表层。用XRD,SEM,TEM等手段表征了LaF_3包覆前后Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构和表面形貌,用电化学测试仪检测样品的充放电性能。结果表明,包覆前后材料的结构没有变化,已经成功地将LaF_3包覆在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2表面;LaF_3包覆使Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的电化学综合性能明显提高。在5C高倍率下,LaF_3-Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的放电比容量比原始Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2超过了20.3 mAh·g~(-1)。经过100次循环后LaF_3-Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的容量保持率高达94.8%,循环稳定性更佳。这些结果表明,LaF_3包覆改性是提高Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2电化学性能切实可行的方法。     

三元正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2制备及改性方法进展

三元正极材料镍钴锰酸锂(LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2)具有比容量高、成本低和安全性好等特点,被认为是较具有应用前景的三元正极材料。对比了几种三元材料的优缺点,综述了三元正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2主要的制备方法,介绍了制备方法存在的问题及改性方法,展望了三元正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2未来的应用和发展方向。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2研究进展

三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2具有能量密度大、比容量高、成本低等优点,已基本实现产业化。但该材料的容量保持率低和热稳定性能差阻碍了其全面快速的发展。综述了制备工艺的优化、掺杂和包覆等改性方法对三元正极材料性能的影响,重点介绍了热电化学和数值模拟的研究现状和应用。     

Fe掺杂对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的改进

通过溶胶-凝胶法合成了高电压LiNi_(0.5-x)Mn_(1.5)Fe_xO_4(0≤x≤0.2)尖晶石锂离子电池正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和恒电流充放电测试来研究样品的结构和电化学性质。结果表明,在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4样品中掺Fe可以提高样品的结构稳定性,从而改善其循环性能。电化学测试结果表明,LiNi_(0.35)Mn_(1.5)Fe_(0.15)O_4具有最佳循环稳定性,并且在0.2C倍率下,初始放电比容量达136.8mAh/g,循环50次后容量保持率为98.7%。     

LiNi_(0.5)Mn_(0.5-x)Co_xO_2(0≤x≤0.12)正极材料的制备及其电化学性能

将简单共沉淀与高温固相法相结合制备了LiNi_(0.5)Mn_(0.5-x)Co_xO_2(0x≤0.12)正极材料,使用XRD、SEM、EDS和XPS等手段表征其物相结构、形貌、各元素的含量和价态,根据恒电流充放电和电化学交流阻抗谱表征其电化学性能。结果表明,LiNi_(0.5)Mn_(0.5-x)Co_xO_2正极材料具有a-NaFeO_2型层状结构;成功地将Co引入到材料的晶格内部分替代了Mn;Ni和Mn的价态分别为+2和+4,Co的价态为+3,引入Co使材料出现氧缺失。引入Co可明显改善材料的倍率性能、循环稳定性和低温性能。在2.75~4.35 V和0.2C条件下x=0.12的电极材料其首次放电比容量为180.8 m Ah·g-1,100次循环后容量保持率为92.3%,-20℃的放电比容量为25℃放电比容量的66.3%。     

水热结合两步烧结合成锰酸锂及Fe、F复合掺杂对其电化学性能影响研究

采用水热法合成由细长棒状结构组成的刺球形二氧化锰(MnO_2)。然后以MnO_2为前驱体,采用两步烧结方式合成球形形貌的锰酸锂(LiMn_2O_4)和锰酸铁氟锂(LiFe_(0.06)Mn_(1.94)O_(3.88)F_(0.12)),通过扫描电镜(SEM)对MnO_2进行了形貌分析,通过SEM、X射线衍射分析(XRD)、循环伏安测试(CV)和充放电测试对LiMn_2O_4和LiFe_(0.06)Mn_(1.94)O_(3.88)F_(0.12)进行了表征。结果表明铁(Fe)、氟(F)复合掺杂的LiFe_(0.06)Mn_(1.94)O_(3.88)F_(0.12)材料具备规整的形貌、更稳定的晶体结构、良好的循环性能和倍率性能。在0.2C时,LiFe_(0.06)Mn_(1.94)O_(3.88)F_(0.12)材料的首次放电比容量为131.8mAh/g,电化学性能较好,而LiMn_2O_4仅为124.6mAh/g。在0.5C倍率下,LiFe_(0.06)Mn_(1.94)O_(3.88)F_(0.12)的首次放电比容量为121.6mAh/g,而LiMn_2O_4仅为117.7mAh/g,循环80次后,容量保持率分别为83.06%和77.57%。     

预烧过程对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2组织结构和电化学性能的影响

采用固相法合成了锂镍钴锰氧化物(LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2)正极材料,探究了不同预烧温度对材料结构及电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫面电镜(SEM)和电化学测试对合成样品进行表征分析。结果表明,当预烧温度为300~700℃时,合成的正极材料均无杂相;预烧温度为400℃时,合成的正极材料具有良好的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电比容量为197.4mAh/g,经过30次循环后容量保持率为92.9%。     

LiNi0.5Mn1.5O4-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3复合正极材料的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备尖晶石型高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4(LNMO),并利用高速球磨和高温煅烧的方法制备复合材料LiNi0.5Mn1.5O4-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3。分别采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)对其物相、形貌进行表征,采用循环伏安(CV)、交流阻抗和充放电测试对电化学性能测试分析。结果表明:LNMO-LATP复合材料具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能,室温下在0.05C放电时,LNMO包覆20%(wt,质量分数,下同)LATP、LNMO包覆40%LATP和LNMO的首次放电容量分别为120mAh/g、78mAh/g和100mAh/g。LNMO包覆20%LATP显示出更好的倍率性能。     

固相法合成LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料及其电化学性能研究

以碳酸锂(Li_2CO_3)、三氧化二镍(Ni_2O_3)、三氧化二钴(Co_2O_3)及纳米级氧化铝(Al_2O_3)为原料,采用固相法合成LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)三元正极材料,通过X射线衍射和扫描电镜对正极材料的物相结构、颗粒大小及形貌进行分析与表征。结果表明:在800℃下煅烧18h的正极材料具有最好的结晶度,粒径在200~400nm之间,粒度分布均匀,没有其他杂质存在。NCA三元正极材料的电化学性能测试表明:充放电过程中Li~+脱出/嵌入较为容易,循环性能和稳定性良好,首次充电容量为145.8mAh/g,放电容量为142.2mAh/g,电化学性能较好。     

富锂锰基Li_(1.2)[Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2锂离子正极材料的磷改性研究

为提高高比容量的层状富锂锰基Li_(1.2)[Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2材料的电化学性能,对材料添加了不同含量的NH_4H_2PO_4,并对其进行相关研究。主要是对原样和改性后的材料进行X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)等物理化学性能测试,以及电化学阻抗谱(EIS)、首次充放电性能和倍率性能等电化学性能测试。结果表明:添加0.3%(质量分数,下同)磷元素材料(LMNCOP-03)的综合性能最优,首次放电比容量为280 mAh·g~(-1),1 C容量为212.2 mAh·g~(-1),3 C容量为170.6 mAh·g~(-1)。同时EIS测试表明引入0.3%磷的材料具有较低的表面阻抗R_(sf)和电荷传递电阻R_(ct)。