电解二氧化锰制备富锂锰基正极材料性能研究

以电解二氧化锰为锰源,采用球磨法和高温固相法制备了富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂。探索了烧结温度对富锂锰基材料结构和性能的影响, 确定了最佳温度条件。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对所合成的正极材料进行了结构和形貌表征, 同时通过充放电测试对材料电化学性能进行了测试。结果表明, 在850 ℃下, 以电解二氧化锰为锰源制备的富锂锰基正极材料具有较好的电化学性能, 在0.05C、0.1C、0.2C、0.5C和1C下的首次放电比容量为254.8、238.1、217.6、179.9和161.8 mAh/g。在0.2C下循环20次,容量保持率为93.66%, 在0.5C下循环50次容量保持率为90.03%, 在1C下循环100次容量保持率为88.31%。     

无钴富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的表面改性及电化学性能研究

无钴富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂因高比容量、低成本等优点备受关注,是极具潜力的下一代锂离子电池正极材料。然而,Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂材料存在首次库伦效率低、倍率性能差及容量衰减等问题,限制了其进一步发展。为解决此问题,采用柠檬酸溶液表面处理结合再重新煅烧方法,通过在其表面包覆一层尖晶石相,对Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂开展了表面改性研究,并对改性前后样品进行物理表征和电化学测试分析。结果表明,改性前后的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂正极材料,形貌基本一致,均为尺寸100—400 nm的不规则颗粒,改性后的粉末颗粒边缘略有不平整。使用柠檬酸溶液表面处理后,Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂材料形成了內部为层状相、表面为尖晶石相的结构。尖晶石相的存在不仅为锂离子扩散提供了三维离子扩散通道、提高倍率性能,还可充当正极材料表面与电解液间的保护层,提高首次库伦效率,改善循环性能。改性后的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂的首次库伦效率为92. 4%,可逆比容量为292 mAh?g^-1, 与改性前相比分别提高了13.8%和22 mAh?g^-1,并且在不同倍率下的可逆比容量和长循环容量保持率均有明显提升,表明其具有更好的倍率性能和更优的循环稳定性能。本研究提出了一种无钴富锂锰基正极材料表面改性方法,该改性方法操作简单、效果明显,可应用于不同组分的富锂正极材料,为富锂锰基正极材料的进一步发展提供了新的思路 。     

Nb包覆对富锂锰基材料电化学性能的影响

研究了Nb包覆对富锂锰基材料结构及电化学性能的影响,发现Nb能够与材料表面的残存锂反应生成LiNbO3。当包覆量为0.2%时样品电化学性能最佳：0.1C下放电比容量为285.6 mAh/g,1C循环100次后的容量保持率为85.9%,且表现出较好的倍率性能和较低的电压衰减,优于未包覆样品。该性能提升可能归因于热处理过程中Nb扩散进入材料表层晶格,形成较强的Nb-O键,减缓了循环过程中晶格氧的流失,从而稳定结构;同时,表面生成的快离子导体LiNbO3不仅阻止了电解液对材料的侵蚀,降低了副反应的发生和过渡金属的溶解,而且促进了锂离子的扩散和电子的传导。     

表面包覆对富锂锰基材料循环稳定性影响研究

采用TiO₂和Al₂O₃对富锂锰基材料Li[Li_0.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]O₂进行表面包覆改性, 研究了表面包覆对富锂锰基材料循环过程中放电容量和电压的影响。结果表明, Al₂O₃包覆富锂锰基材料的放电电压下降较缓慢, 而TiO₂包覆富锂锰基材料的放电容量下降较缓慢; 表面包覆后富锂锰基材料循环稳定性的变化与材料微观结构形貌相关性较小。     

锂离子电池正极材料锂镍钴氧化物的研究

采用共沉淀法合成了镍钴氧化物前驱体,再与LiOH·H2O固相混合,在氧气氛下高温焙烧合成锂离子电池正极材料锂镍钴氧化物LiNi0.5Co0.5O2,对所得化合物进行了合成条件及电化学性能的研究;同时也进行了相关的XRD、SEM、CV表征研究。得到的LiNi0.5Co0.5O2化合物性能比较优良,其首次充电比容量可达157.6mA·h/g,放电比容量达142.8mA·h/g。     

富锂锰基材料Li_(1.35)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_(2+y)的合成与电化学性能研究

将化学计量比的前驱体Ni0.35Mn0.65(OH)2与Li2CO3均匀混合,采用不同高温段温度合成Li1.35[Ni0.35Mn0.65]O2+y富锂锰基正极材料。对合成的材料进行表征,结果表明:所合成的Li1.35[Ni0.35Mn0.65]O2+y正极材料为均匀的类球形,单颗粒大小均匀;XRD图谱显示材料为层状的α-Na Fe O2结构。将材料组装成CR2016扣式电池,采用蓝电测试仪以12.5 m A/g的电流密度进行充放电测试,2.0~4.8 V之间,最高初始放电比容量为198.0 m Ah/g,首次放电效率为69.7%。     

富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的改性与电化学性能研究

为改善富锂材料的电化学性能,使用Li₃VO₄对富锂锰基材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂进行湿法包覆。对样品进行表征和电化学性能测试,结果表明,包覆工艺不会破坏富锂层状材料的结构;包覆物明显改善样品的电化学性能,其中3%包覆量的样品综合性能最好,首次放电比容量为243.2 mAh/g,库伦效率70.9%;在1C下循环50次后,容量保持率为87.2%。     

锂离子电池Li2NixMn1-xSiO4(x=0.4～0.7)正极材料的电化学性能

采用湿化学方法,结合高温固相反应法制备了锂离子电池正极材料Li2NixMn1-xSiO4(x=0.4,0.5,0.6,0.7),以蔗糖为碳源对Li2NixMn1-xSiO4材料进行表面包覆.运用XRD、SEM、循环伏安测试和充放电循环等方法表征了Li2NixMn1-xSiO4的结构与电化学性能.XRD结果表明,Li2NixMn1-xSiO4/C固溶体属于Pmn21空间群结构.制备的Li2Nio.4Mn0.6SiO4/C具有较好的电化学性能,首次循环的充放电容量分别为219.9,132.4 mAh/g,循环20次后的可逆容量为72 mAh/g.     

铌掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料结构和电化学性能的影响

通过高温固相法合成铌掺杂Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_1-xNb_xO₂(x=0,0.01,0.02,0.03)正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学测试手段分析铌掺杂的影响。结果显示,铌掺杂没有改变材料的α-NaFeO₂层状结构;充放电循环结果显示Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_0.98Nb0.02O2在1C充放电倍率、电压为3.0~4.3 V条件下,经过50周循环后的容量保持率为95.9%,而没有经过掺杂处理材料的容量保持率为85.3%;交流阻抗测试结果证明了铌掺杂可以降低材料的电化学阻抗,从而提高材料电化学性能。     

石墨烯对磷酸铁锂基正极材料锂离子电容器电化学性能的影响

以磷酸铁锂为正极活性材料, 采用直接混合法, 研究了添加质量分数为0.5%、1%和1.5%的石墨烯对锂离子电容器电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分别对材料形貌、结构等进行了分析, 并比较了掺杂不同石墨烯的电极材料恒流充放电性能和循环性能。结果表明, 石墨烯是一种三维自支撑片状结构, 粉末材料是独立形成的, 并且不易团聚, 纳米磷酸铁锂颗粒分散均匀, 颗粒呈类球型状; 掺杂不同量的石墨烯对磷酸铁锂本身结构几乎没有影响; 掺杂1.5%石墨烯电极性能最好, 高倍率5C时, 放电比容量96 mAh/g, 容量保持率77%, 当恢复到0.1C时, 放电比容量是初始容量的95%, 循环500圈后容量保持率达92%, 阻抗最小,为0.3661 Ω。     

钛和锆共掺杂对单晶LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料形貌和电化学性能的改进

用共沉淀法和高温固相法合成了单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂(x=0.0,0.001,0.002,0.003), 研究了Ti和Zr部分取代Mn对材料结构、电化学性能和Li⁺扩散系数的影响。研究结果表明, 钛和锆共掺杂能进一步增加Li层间距、改善阳离子混合, 从而提高电池容量和倍率性能。半电池循环伏安特性测试表明, 与未掺杂材料相比, Ti和Zr共掺杂的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料具有更好的电化学性能。以LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂为正极材料制作的扣式电池放电比容量、电荷转移效率和Li⁺扩散系数均随掺杂元素比例x增大而增加。在3.0～4.3 V电压范围内, LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂正极材料在x=0.002时, 半电池在1C倍率下的放电比容量达到163.2 mAh/g, 半电池经过1C倍率循环50次后, 放电容量保持率提高到93.2%, 高于未掺杂样品(92.1％)。对循环后电池进行交流阻抗测试, 结果表明, 对过渡金属的部分替代有助于结构内部锂离子扩散和降低电荷转移电阻。     

掺Sr制备高压实型NCM523正极材料

以Li₂CO₃和Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂为原料, 采用高温固相烧结法, 合成高压实型NCM523正极材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压实密度及充放电测试等方法, 对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征, 研究了掺杂Sr元素对三元正极材料性能的影响。实验结果表明, 掺Sr后, 三元正极材料的一次颗粒和晶胞体积增大; 掺杂样品的压实密度达到3.70 g/cm3, 比未掺杂样品提高7.2%左右。掺Sr量为0.10%的样品, 1C下比容量达到154 mAh/g, 体积比能量密度比未掺杂样品高8%, 100周循环后, 所合成的高压实型NCM523材料的容量保持率达到94.2%。     

制备方法对硫/活性炭复合材料性能的影响

以升华硫和活性炭为原料,分别采用机械固相混合、液相混合和高温固相法制备了硫/活性炭复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、交换电流密度(j0)和恒流充放电测试考察了所得材料的结构及电化学性能.发现制备方法对复合材料的放电比容量和循环性能有明显影响,高温固相法制备的材料有更好的电化学性能,在0.1 C倍率下充放电,其首次放电比容量为465.3 mAh/g,分别是机械固相混合和液相混合所得样品放电比容量的5.8倍和2倍;10次循环后放电比容量仍然大于100 mAh/g.     

共沉淀反应时间对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料形貌和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体,并通过高温固相法合成LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料,研究了反应时间对Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料的形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明,随着反应时间增加,前驱体和正极材料的二次颗粒粒径逐渐增大;若反应时间过短,二次颗粒粒径小,易加剧电化学循环过程中材料与电解液的副反应,正极材料循环性能较差;若反应时间过长,二次颗粒粒径过大,增加了锂离子扩散路径,也不利于正极材料在高倍率下的循环。反应16 h制备的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3     

锂离子电池正极材料LiMnO2的主要制备方法及其掺杂研究进展

综述了LiMnO2的几种主要制备方法,并着重介绍了高温固相合成法、乳化法、水热合成法及离子交换法近年来的研究进展。     

热处理温度对Al2O3表面修饰LiNi0.9Co0.1O2正极材料电化学性能的影响

在水溶液体系中, 制备了1%Al₂O₃修饰的镍基正极材料LiNi_0.9Co_0.1O₂, 并研究了热处理温度对正极材料性能的影响。结果表明, 1%Al₂O₃修饰后没有改变正极材料的结构和形貌, 650 ℃热处理后正极材料具有最佳的电化学性能, 首次放电容量为178.4 mAh/g, 库伦效率为82.4%, 0.5C倍率50次循环后的容量保持率为88.1%。