以溶液法制备的钠掺杂锂离子电池正极材料Li3-xNaxV2(PO4)3/C

以溶液法为制备方法、以葡萄糖为碳源合成了一种钠离子掺杂的锂离子电池正极材料Li_3-xNa_xV₂（PO₄）₃/C（x=0、0.01、0.03、0.05、0.07）。XRD结果显示组成相为单斜晶型,与标准Li₃V₂（PO₄）₃衍射峰完全一致。微量钠掺杂并未改变产物的相组成与晶体结构,但使得晶胞参数有所变化,这种变化有利于提高锂离子的扩散系数。SEM与TEM谱图显示材料颗粒基本为近似椭圆形,粒径分布均匀,碳包覆层完整。充放电测试显示Li_2.97Na_0.03V₂（PO₄）₃/C试样的倍率性能最好,在12C倍率下放电比容量约为100mAh/g,循环伏安测试也证明该试样的锂离子扩散系数较高,比纯相Li₃V₂（PO₄）₃提高了约2个数量级。     

锂离子电池正极材料磷酸钒锂制备方法研究进展

单斜结构的磷酸钒锂[Li₃V₂（PO₄）₃]材料与其他锂离子电池正极材料相比具有较高的工作电压（3.0~4.8 V）、良好的离子迁移率和优良的热稳定性,是一种具有竞争优势和发展前景的大功率锂离子电池正极材料,成为了近年来研究的热点。综述了锂离子电池正极材料磷酸钒锂的结构特点及其充放电机理。磷酸钒锂的常用合成方法有碳热还原法、水热法、溶胶-凝胶法及流变相法等,着重阐述了磷酸钒锂的不同合成方法对所制备样品的形貌和电化学性能的影响。分析总结了不同合成方法的改进方法,以改善磷酸钒锂正极材料电子导电性和锂离子扩散系数较低的问题。最后,针对磷酸钒锂正极材料在锂离子电池的应用中所存在的问题展望了该材料未来可能的发展方向和研究热点。指出需要优化材料的制备方法以改善材料的颗粒形貌、提高电子导电率和扩散系数等,进而改善材料的循环性能、倍率性能和充放电性能等;需要改进制备流程、提高实验的安全性、简化反应流程和减少制备成本等,以实现磷酸钒锂正极材料的工业化应用。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂（x=0,0.04,0.08,0.12）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱（EIS）对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明：制备出的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%（即x=0.08）时,得到的正极材料Li_1.2Ni_0.16Mn_0.56Cr_0.08O₂具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^-1增加到246.6 mA·h·g^-1,在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^-1增加到104.2 mA·h·g^-1。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

Li3PO4掺杂的Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2锂离子电池正极材料的流变相法合成及电化学性能表征

采用氢氧化物共沉淀法制备了锂离子电池正极材料前驱体(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)(OH)₂,并用流变相反应法合成了Li₃PO₄掺杂的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂锂离子电池正极材料。运用X射线粉末衍射和恒电流充放电对产物进行了结构和电化学性能的表征,结果表明Li₃PO₄掺杂的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂具有标准的层状α-NaFeO₂结构,样品为1 μm左右的片状一次颗粒聚集而成的类球形二次颗粒。掺杂1%(质量分数)Li₃PO₄的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂锂离子电池在0.1C的倍率下首次放电比容量达到188.6 mA·h·g^-1(2.2～4.6 V vs Li⁺/Li),30次循环后容量保持率为 92.9%。循环伏安、交流阻抗测试表明Li₃PO₄的掺杂可减少充放电过程中电解液和电极之间的电荷传递电阻和锂离子扩散电阻,减小极化作用,从而提升了Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂材料的电化学性能。     

硒掺杂改性新能源汽车锂电池正极材料的结构与电化学性能

为了开发出具有能量密度大、循环性能优越等特性的高能量密度电池材料,研究了硒掺杂量对富锂锰基正极材料显微组织和电化学性能的影响。结果表明,硒掺杂量增加有助于减小正极材料中颗粒粒径,但是硒掺杂量过高（x=0.21）会出现严重颗粒团聚现象,锂电池正极材料中适宜的硒掺杂量为x=0.14,此时正极材料可以获得粒径细小、均匀的颗粒;x=0.14的正极材料由于具有最佳的抑制氧损失的作用而具有最高的库伦效率（77.1%）;当倍率为0.1C~10C时,正极材料的放电比容量会随着硒含量升高而先增大后减小,在x=0.14时取得最大值,即x=0.14的正极材料的倍率性能最优;x=0.14的正极材料的循环性能明显高于x=0的正极材料。     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展

与氧化钴锂（LiCoO₂）、氧化镍锂（LiNiO₂）相比,橄榄石结构磷酸铁锂(LiFePO₄)具有安全、环保、比容量高、循环性能优异、高温特性好等优点,被誉为最具发展前景的锂离子电池正极材料。长的循环寿命、优良的高倍率放电性能、高的放电平台、大的能量密度以及良好的热稳定性能,也使得磷酸铁锂成为高功率动力电池正极的首选材料。但是,磷酸铁锂也存在电子电导率相对较低、锂离子扩散系数小、振实密度不高、低温特性不好等缺点,因而制约着它的应用和发展。从磷酸铁锂结构、性能、制备和改性等方面综述了近年来磷酸铁锂的研究进展。     

正极材料LiFePO4/C掺杂改性的研究进展

LiFePO₄/C具有高温稳定性好、价格低廉、循环性能良好、环保等性能,是一种具有发展潜力的锂离子动力电池正极材料之一,因此在锂离子电池行业备受关注。但由于其电子电导率低以及锂离子扩散速率慢等缺点制约其发展。介绍了磷酸铁锂的结构、性能、充放电原理和掺杂机理,尤其对近年来LiFePO₄/C材料的掺杂改性研究进行了综述。     

锂离子电池异构建模及内部传质机理探究：粒径分布的影响

锂离子电池是目前应用较广的储能设备,具有能量密度高、使用寿命长等特点。随着锂离子电池正极材料实际能量密度接近理论值,电池组装工艺参数的优化成了提升其性能的重要途径,其中电极颗粒粒径及分布是十分重要的参数。因此,本文针对石墨-LiFePO₄体系锂离子电池,利用异构模型构建单粒径和双粒径电极的几何结构,再结合Newman模型模拟其放电过程,定量研究了正极材料粒径分布对锂离子电池性能的影响,探究了存在粒径分布的电极中不同粒径的颗粒在充放电过程的作用机制。模拟结果表明,粒径的减小可以减小固相扩散系数对电池性能的影响,但会增加液相扩散阻力;而粒径的分布可以促进锂离子在电解液中的扩散,提高小粒径颗粒的锂嵌入量,但会引起极化增大,导致大颗粒的锂嵌入量降低。粒径分布宽度越大,总体粒度越大,锂离子电池的能量密度越小。选择合适的粒径分布宽度,适当减小总体粒度的大小,能有效提升电极的能量密度。研究结果对于锂离子电池电极活性材料颗粒粒径分布的选择提供了有益的基础知识和指导。     

动力型磷酸铁锂正极材料改性的研究进展

针对改性磷酸铁锂(LiFePO₄)材料作为锂离子电池正极材料的近期研究进行了综述。LiFePO₄虽然以其稳定性好、安全性好、环境友好而被认为是最具有发展前景的动力锂离子电池正极材料，但固有的电子电导率和锂离子扩散系数低下导致其电化学性能较差。针对提高其电化学性能的改性研究进行综述，分析了元素掺杂、表面碳包覆、颗粒纳米化和材料复合化4种改性策略对Li Fe PO₄电化学性能的影响，讨论了这4种改性策略的优缺点。分析表明，4种改性策略有效改善了锂离子扩散动力学和电子电导率，但是表面碳包覆和颗粒纳米化会降低材料的振实密度，导致能量密度低。最后，指出解决现存问题的研究方向，即开发电池性与电容性共存的改性策略将是一个可行方法。     

LiFePO4锂离子电池的数值模拟：正极材料颗粒粒径的影响

LiFePO₄（LFP）作为正极材料时,锂离子电池安全性高且循环寿命长,是目前应用最广泛的正极材料,但其电池倍率性能较差。提升倍率性能的有效手段之一是将LFP材料颗粒纳米化,但材料纳米化过程中颗粒粒径减小对于锂离子电池充放电过程中锂在固液相的扩散及表面电化学反应的影响机制仍缺乏清晰的认识。采用锂离子电池的准二维模型,模拟锂离子电池的放电过程,定量研究了正极材料颗粒粒径对锂离子电池倍率性能的影响,分析了固液相扩散速率与电化学反应速率受LFP材料颗粒粒径的影响程度。研究结果表明：电极材料中固相扩散阻力是锂离子电池电化学性能的主要限制因素。小粒径的LFP作为正极材料时,电极材料内的金属锂的迁移路径较短,同时颗粒与电解液的接触面积增加,界面的电化学反应速率较快,放电倍率对于锂离子电池性能影响较小;大粒径的LFP作为正极材料时,电极材料内的金属锂扩散路径的增加和较高的固相扩散阻力限制了界面的电化学反应速率,导致锂离子电池的倍率性能显著降低。LFP材料的纳米化可以有效减小固相扩散阻力,提升锂离子电池的倍率性能。     

锂离子电池电极材料Li1+xV3O8研究进展

钒酸锂（Li_1+xV₃O₈）具有比容量大的优点,可用作传统锂离子电池正极材料及水溶液锂离子电池负极材料,是一种重要的锂离子电池活性材料。Li_1+xV₃O₈作为传统锂离子电池正极材料已被广泛研究,近年来Li_1+xV₃O₈作为水溶液锂离子电池负极材料的研究备受瞩目,成为了锂离子电池研究领域的热点与前沿。本文综述了Li_1+xV₃O₈作为传统锂离子电池正极材料的研究现状,从结构与充放电机理、合成方法及改性等方面进行了讨论,此外,综述了Li_1+xV₃O₈作为水溶液锂离子电池负极材料的研究现状并指出了其发展趋势。     

Li2ZrO3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的复合材料及其电化学性能

以Zr（NO₃）₄·5H₂O和CH₃COOLi·2H₂O为原料,采用湿化学法,将Li₂ZrO₃包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池正极材料的表面,研究Li₂ZrO₃不同包覆比例对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li₂ZrO₃层均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%（质量分数） Li₂ZrO₃包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂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,Li₂ZrO₃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。     

镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,对高能量密度动力电池的需求日益迫切。开发高电压正极材料及其适配性电解液,成为下一代高能量密度动力电池的主要研究方向。镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）材料以其高电压（4.7 V,vs.Li/Li ⁺）、高能量密度（达650 W·h/kg）、资源丰富且价格低廉而受到广泛关注。然而,镍锰酸锂材料在长期的充放电循环过程中,锰从电极材料中溶解,破坏了电极材料的结构,导致电池性能恶化。介绍了镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展。指出离子掺杂、表面包覆、复合方法是改善镍锰酸锂电化学性能的有效途径。同时,通过引入成膜添加剂、改变锂盐的种类及浓度、调整主溶剂的种类及比例等方法,可以提高电解液的耐高压性能,提高镍锰酸锂电极与电解液的界面稳定性,也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后提出,适用于锂离子电池的5 V高电压电解液的研发相对滞后,其是制约高电压电池体系应用的主要问题。     

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%。     

Electrochemical performance of nanocrystalline Li3V2(PO4)3/carbon composite material synthesized by a novel sol–gel method

A novel sol–gel method based on V₂O₅·nH₂O hydro-gel was developed to synthesize nanocrystalline Li₃V₂(PO₄)₃/carbon composite material. In this route, V₂O₅·nH₂O hydro-gel, NH₄H₂PO₄, Li₂CO₃ and high-surface-area carbon were used as starting materials to prepare precursor, and the Li₃V₂(PO₄)₃/carbon was obtained by sintering precursor at 750 °C for 4 h in flowing argon. The sol–gel synthesis ensures homogeneity of the precursors and improved reactivity. The sample was characterized by XRD, SEM and TEM. X-ray diffraction results show Li₃V₂(PO₄)₃ sample is monoclinic structure with the space group of P2₁/n. The TEM image indicates that the Li₃V₂(PO₄)₃ particles modified by conductive carbon are about 70 nm in diameter. The Li₃V₂(PO₄)₃/carbon system showed that the discharge capacities in the first and 50th cycle are about 155.3 and 143.6 mAh/g, respectively, in the range of 3.0–4.8 V. The sol–gel method is fit for the preparation of Li₃V₂(PO₄)₃/carbon composite material which may offer some favorable properties for commercial application.     

无人机用锂离子电池正极材料Li1.20Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的Mo6+掺杂改性研究

采用碳酸盐共沉淀法和高温烧结工艺将一定量的Mo⁶⁺掺杂到Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料中。利用XRD、SEM、EDS和恒流测试仪研究Mo⁶⁺掺杂对Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果显示,Li_1.20Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Mo_0.02O₂表现出更低的阳离子混排和优异的电化学性能。经过Mo⁶⁺掺杂后的正极,由于Li⁺高速的迁移速率,使得首次不可逆容量损失降低,并展现出更好的高倍率性能和优异的循环稳定性。在0.5C倍率下循环100周后,Li_1.20Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Mo_0.02O₂的容量保持率达到92.2%,远远大于Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的87.5%。另外,当放电倍率增大到5C时,Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的放电比容量要比Li_1.20Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Mo_0.02O₂低21.0 mA·h/g。因此,采用Mo⁶⁺掺杂改性Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料,可以有效提高锂电池的循环保持率和高倍率放电性能。