Ni-Co复合掺杂LiMn2-2xNixCoxO4的合成与性能研究

为了改善锂离子电池正极材料LiMn2O4的循环性能,对Ni-Co复合掺杂LiMn2O4的合成与性能进行了研究.溶胶-凝胶法合成的LiMn2O4试样为纯的立方尖晶石相,且结晶状态良好.Ni-Co复合掺杂综合了Ni掺杂效应和Co掺杂效应,不仅提高了材料的初始放电容量,而且改善了材料的电化学性能.在3.0V-4.3V充放电压范围内,初始容量达到139mAh/g,36次循环后容量仅仅衰减3.6%.     

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。     

碳包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响

概述了碳材料包覆对动力锂离子电池正极材料LiFePO4、LiNi0．5Mn1．5O4和Li[Nil／3Co1／3Mn1／3】O2电化学性能的影响,综述了不同碳源炭化后形成的碳的特性及对各种电极材料性能的影响,总结了碳包覆动力锂离子电池正极材料的发展方向。     

LiMn_2O_4正极材料阳离子掺杂的研究进展

LiMn2O4目前被认为最具有发展前景的锂离子电池正极材料,但其很多性能还不尽人意,对LiMn2O4掺杂其它元素是解决这些问题的最佳方法。本文综述了掺杂Li、Cr、Al、Co等元素对LiMn2O4性能的影响及其具有代表性的合成方法。     

锂离子电池正极材料Li2Mn0.95Mg0.05SiO4的合成和电化学性能

以Li2SiO3、Mn(CH3COO)2·4H2O和Mg(CH3COO)2·4H2O为原料,采用高温固相反应法成功合成出Li2Mn0.95Mg0.05SiO4锂离子电池正极材料.采用XRD、扫描电镜等技术分析了合成粉末的相组成、结构和微观形貌,利用电池测试仪测试了正极材料的电化学性能.研究结果表明,固相合成的粉末主相为Li2Mn0.95Mg0.05SiO4,同时存在少量的杂质,产物表面形貌、粒度均与未掺杂样品类似,二者均为非球形颗粒,颗粒尺寸约为100～500 nm.电化学测试结果表明,Mg掺杂后,正极材料的可逆容量和循环寿命都得到提高.正极材料电化学性能提高的机理在于Mg掺杂稳定了Li2MnSiO4正极材料的结构.     

溶胶凝胶法制备LiNi0．03Mn1．97O4及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiNi0.03Mn1.97O4,使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对合成材料的结构及物理性能进行了表征。将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响。随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差。在750℃下烧结温度12h得到了性能较好的HNi0.03Mn1.97O4,首次放电比容量为118．7mA·h／g,50次循环后,其放电比容量仍保持在101．6mA·h／g,适合作为锂离子电池的正极材料。     

四氧化三锰制备掺杂LiMn_2O_4及其性质研究

以Mn3O4、Li2CO3、Co3O4、Al2O3和NiCO_3为原料,固相法合成Co、Al、Ni掺杂LiMn_2O_4。采用X-射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电和电化学阻抗等技术研究合成材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明:Co、Al、Ni掺杂没有改变LiMn_2O_4的晶体结构,但晶格常数略有减小。掺杂后LiMn_2O_4晶粒规整,表面光滑,晶粒形貌差别不大。掺杂后LiMn_2O_4的比容量有所下降,循环性能得到改善,容量保持率是Li Co0.05Mn1.95O4Li Ni0.05Mn1.95O4Li Al0.05Mn1.95O4LiMn_2O_4。Li Co0.05Mn1.95O4的循环性能最好。掺杂后LiMn_2O_4锂离子扩散系数有所提升,其中Li Co0.05Mn1.95O4的锂离子扩散系最大。     

新型层状锂离子电池正极材料的研究评述

对近几年有关层状Li-Co-Ni-Mn-O作为锂离子电池新型正极材料的研究进行了系统分析。比较了不同的合成方法及组成对材料性能的影响。其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiNi0.6CO0.2Mn0.2O2是比较好的。对层状Li-Co-Ni-Mn-O性能的改进提出了进一步改进的措施;认为应该发展低温合成方法,优化和降低Co和Ni的含量,掺杂一种或多种高价金属元素是很有前途的方法。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究现状

本文综述了锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的国内外研究现状,在分析尖晶石型LiMn2O4结构和其作为正极材料相关理论的基础上,阐述了合成技术,包括制备方法、合成温度、材料粒径等对LiMn2O4材料性能的影响;并就掺杂改性分析了选择合适的掺杂离子、掺杂量、合成工艺等对材料性能的影响。     

5 V尖晶石型无钴LiNi0.5Mn1.5O4正极材料进展综述

作为下一代锂离子电池或固态电池的候选正极材料,镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4正在吸引研究者的兴趣。本工作介绍了LiNi0.5Mn1.5O4的晶体结构、合成方法、电化学反应机制、材料的电学属性以及材料的优势,同时介绍了目前阻碍其产业化应用所存在的技术障碍：高温循环差、过程库伦效率低、金属溶出及相变、高电压下电解液分解、全电池产气等。针对存在的主要技术问题,深入讨论分析其内在的原因,并总结了若干材料层面的解决思路：微观形貌调控、新黏结剂匀浆策略、掺杂、包覆、高电压电解液匹配、制备过程控制、全电池应用研究等,另外还推测了可能的应用场景。LiNi0.5Mn1.5O4材料的商业化应用还有赖于电池层面的精细结构设计。综述目的是希望研究者更加关注LiNi0.5Mn1.5O4材料的产业化应用研究。     

Preparation and Electrochemical Property of Li_（1.05）Co_（0.05）VxMn_（1.95-x）O_4 as Cathode Material for Lithium Ion Batteries

采用溶胶-凝胶法合成制备了分子式为Li1.05Co0.05VxMn1.95-xO4（x=0.02、0.05、0.08）的固溶体样品。利用XRD、SEM对材料进行结构形态表征,并以合成的材料为正极材料进行循环伏安（CV）和恒电流充放电测试,结果显示：固溶体Li1.05Co0.05VxMn1.95-xO4具有较好的尖晶石结构,且颗粒分布均匀,晶面光滑。电化学测试结果显示：其具有较好的充放电性能和良好的循环性能,在室温0.5 C充放电倍率下,Li1.05Co0.05V0.05Mn1.9O4材料的初始放电比容量为110.7 mAh/g,且50次循环后,容量保持率为94.6%。     

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%。     

退火工艺对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料 电化学性能的影响

采用共沉淀法合成LiNi0.5Mn1.5O4正极材料并对其进行退火处理,研究退火温度对材料电化学性能的影响。结果表明,退火温度会导致LiNi0.5Mn1.5O4正极材料中Mn3+含量的变化,进而影响材料的倍率性能和循环性能。其中,625 ℃退火8 h所制备的样品表现出最好的电化学性能,其0.2 C倍率首次放电容量为130.8 mA·h/g;1 C倍率首次放电容量为126.5 mA·h/g,50次循环后,容量保持率高达100.8%。     

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%。     

工业废液中镍钴的回收及应用研究

探索了从废液中回收镍钴在空气气氛下合成锂离子电池正极材料 L i Nix Co1 - x O2 的方法和工艺。结果表明 ,合成材料的充放电性能都比较好 ,L i Ni0 .3Co0 .7O2 在 6 0 0℃ 6 h→ 75 0℃ 16 h时制得的产物初始充电容量达到 15 4.938m Ah· g- 1 ,接近用分析纯的镍钴原料合成的正极材料 L i Ni0 .3Co0 .7O2 的首次充电容量 (15 6 .146 m Ah· g- 1 )。采用镍钴废液合成锂离子电池正极材料 ,化害为利 ,经济可行。     

锂离子电池正极材料技术进展

概述了国内外近30 a有关锂离子电池正极材料的研究进展以及笔者在锰系正极材料方面的研究结果; 比较了几种主要正极材料的性能优缺点;阐明了正极材料发展方向。近期镍钴锰酸锂三元材料将逐步取代钴酸锂,而改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料以及两者的混合体将在动力型锂离子电池中获得广泛使用。在未来5~10 a,高容量的层状富锂高锰型正极材料或许会是下一代锂离子电池正极材料的有力竞争者。     

ZnF2包覆对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的性能影响

本文用溶胶凝胶法制备了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,然后用ZnF2对其进行表面包覆。XRD测试表明,包覆处理没有影响材料的晶体结构,EDS、SEM和TEM测试表明,2wt%ZnF2在LiNi0.5Mn1.5O4表面形成了约7 nm厚的均匀包覆层。对未包覆、1wt%、2wt%、3wt%包覆后的材料进行电化学性能测试对比,发现包覆后都能减弱电解液与基体间的相互作用,较大地稳定电极表面,提高了材料的电化学性能。其中,2wt%ZnF2包覆样品表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109 mAh/g,容量保持率为79.7%;在10 C时,放电比容量依然高达102.1 mAh/g;5 C高倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 mAh/g,容量保持率为85.6%。     

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(1.95)Y_(0.05)(Y=O,F,Cl,Br)正极材料的合成及高温电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O1.95Y0.05(Y=O,F,Cl,Br)正极材料,在850℃空气氛围下煅烧20h得到晶型较好的正极材料。以XRD、SEM和充放电测试等手段对材料的晶体结构、表观形貌和电化学性能进行表征。XRD显示F-和Cl-掺杂材料具有高度有序的二维层状结构;充放电测试表明,掺杂F-和Cl-的材料放电比容量、循环性能和倍率性能均优于未掺杂材料,特别是掺杂F-材料在55℃,电压范围为2.0～4.6V,0.15mA电流下首次放电比容量高达207.5mAh/g,且0.9mA电流下第60次循环的容量仍达到165.1mAh/g。掺杂Br-的材料结构稳定性、循环性能和放电比容量均比未掺杂材料差。