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。     

掺杂对尖晶石锰酸锂正极材料的影响

合成性能好、结构稳定的正极材料锰酸锂是研究和制备有应用前景的锂离子蓄电池电极材料的关键，锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一。但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化，掺杂是提高其性能的一种有效方法。掺杂有强M-O键、较强八面体稳定性且离子半径与锰离子相近的金属离子，能显著改善其循环性能。综述了阳离子掺杂、阴离子掺杂以及复合掺杂对锂锰氧化物电化学性能的影响，其中主要介绍了铬、钴、铝、镍等元素的掺杂对锰酸锂的影响。     

多孔微米镍锰酸锂正极材料的制备及性能研究

镍锰酸锂正极材料的单体电压可以达到4.7 V,如今电子时代到临之际,其凭借高电压这一优势,可以在大型耗电设备或是动力电源的领域占据相当一部分的市场。采用共沉淀法与溶胶-凝胶法,对两种方法制备的镍锰酸锂材料的性能进行对比,共沉淀法制得的镍锰酸锂材料的性能更为优越一些。合成材料条件的控制主要是在烧结条件的控制上,对不同烧结温度等进行了对比。综合以上的对比,可以获得制备多孔微米镍锰酸锂材料的适宜方法。     

锂离子电池正极材料锰酸锂掺杂改性研究进展

锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料具有比容量高、工作电压高、成本低、环境友好和安全无毒等优点,是一种有很大发展潜力的锂离子电池正极材料之一。但是,由于Jahn-Teller效应引起的结构畸变,使锰酸锂正极材料的结构遭到破坏,导致其循环稳定性差。针对其不足之处,众多研究者对其进行掺杂改性,以期改善锰酸锂的循环性能,并取得了一系列成果。详细论述了近年来通过锂位、锰位、氧位掺杂和复合掺杂等离子掺杂来改善锰酸锂正极材料循环性能的方法。提出,采用阴阳离子复合掺杂来改善锰酸锂正极材料的性能,可在有效提高材料循环稳定性的基础上进一步提高材料的容量,被认为是提高锰酸锂综合电化学性能的有效手段。     

锂离子电池正极材料镍酸锂研究进展

镍酸锂具有比容量高、污染小、价格适中、与电解液匹配好等优点，被认为是一种较有发展前景的锂离子电池正极材料。但它合成困难，循环稳定性差。近几年来一些研究人员从合成方法、掺杂改性等方面对镍酸锂做了大量的研究工作。介绍了作为锂离子电池正极材料的镍酸锂的结构特征、电化学性能及现阶段存在的问题；综述了近几年来国内外的电化学研究者对锂离子电池正极材料镍酸锂的合成及稀土掺杂方面的研究进展和稀土掺杂对镍酸锂的结构和电化学性能的影响；并对镍酸锂未来的发展方向做了展望。     

镍钴锰酸锂正极材料的结构及电化学特征

锂离子电池具有能量密度大、循环性能好、电压平台高等优点,是当前国内外动力电池领域的研究热点。而正极材料是锂离子电池性能提高的关键所在,其中镍系正极材料是一种极具希望的下一代锂离子正极材料,相对于传统的LiCoO_2正极材料,其具有比容量高、价格低,原料来源丰富等优点。本文介绍了镍钴锰酸锂正极材料的结构及电化学特征,并对其发展前景进行了展望。     

Mn3O4微观结构对固相合成类单晶锰酸锂的影响

探究了Mn₃O₄的微观结构对高温固相法制备类单晶锰酸锂(LiMn₂O₄)的影响。结果表明,前驱体对LiMn₂O₄的结构和形貌有决定性的影响。粒度小、比表面积大的类球形Mn₃O₄更易制得类单晶锰酸锂,其颗粒团聚致密、表面光滑,且晶胞参数小、能量密度大、Li⁺浓度高。类单晶锰酸锂的综合电化学性能和热稳定性远高于非类单晶材料,在0.2 C倍率下首次放电比容量和库仑效率分别高达112.50 mA·h/g、96.5%,8 C倍率下放电比容量仍有102.11 mA·h/g,200次循环后容量保持率为90.1%。类单晶锰酸锂优异的性能归因于其具有稳定的晶体结构和外露表面、较高的Li⁺浓度,在电化学反应中结构稳定、锂离子迁移速率快、电极极化和电荷转移阻抗小。     

正极材料锰酸锂SEI膜研究

利用不同测试方法研究了锰酸锂表面SEI膜的形成条件及其主要构成。研究结果表明：锰酸锂表面SEI膜在第一周循环过程中形成,在第二周循环过程中会经历一个膜的重整过程,其膜厚度为5.08 nm;SEI膜组分是由于电极材料表面所发生的化学反应和电化学反应所产生,其主要构成为氟化锂、碳酸锂和有机锂化合物,有机锂化合物包括CH3OLi、CH3OCO2Li、CH3CH2Li、CH3CH2OLi、（CH2OCO2Li）2、LiCH2CH2OCO2Li、LiOCH2CH2OCO2Li等。     

锰酸锂掺杂磷酸亚铁锂电芯性能研究

对锂与锰酸锂复合正极材料的合成和电化学性能进行了研究。将磷酸亚铁锂与镍钴锰酸锂按照一定质量比混合后得到复合正极材料。采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试等方法对复合正极材料进行了表征。发现该复合材料结合了磷酸亚铁锂和锰酸锂的优点,表现出优异的电化学性能。     

Li1+xNiyMn2-x-yO4材料的结构特征及电化学性能的研究

采用溶液相合成工艺在主尖晶石相锰酸锂中，掺入镍并对掺镍材料 电化学循环稳定性能进行了研究。利用扫描电镜，粉末X射线衍射仪，红外光谱仪以及阻抗分析仪对材料形貌及结构特征进行研究。结果表明掺杂镍可提高材料的结构稳定性能，增大材料的颗粒尺寸，减少材料的比表面积并能提高材料的结晶性能。掺杂镍可增强Mn-O键弱化Li-O键以减小锂离子在尖晶石相中的迁移电阻。电化学循环稳定性能测试表明在尖晶石相材料中掺杂镍可改善材料的循环稳定性能。     

锰酸锂合成方法，的研究进展

尖晶石型锰酸锂是当前锂离子正极材料的研究热点。结合笔者的研究工作,详细阐述了传统工业制法以及软化学方法的制备方法、优缺点及合成材料的电化学性能。重点综述了近几年来合成锰酸锂新的合成方法及其优势,介绍了改善锰酸锂材料循环性能煦多种方法,充分说明了锰酸锂被将广泛地用作锂离子电池正极材料巨大的应用前景。     

锂离子电池正极材料锰酸锂的改性

以镁-聚丙烯酸为原料,采用溶液法在尖晶石锰酸锂表面包覆一层均匀稳定的氧化镁层。用扫描电镜和俄歇能谱等测试技术对包覆前后锰酸锂的结构和性能进行了表征。结果表明,处理后在尖晶石锰酸锂表面形成了L iMn2-xMgxO4固溶液,此固溶液保护层减少了锰酸锂和电解液的直接接触,有效地抑制了锰酸锂与电解液的相互作用。经表面修饰处理后,锰酸锂正极材料的稳定性以及材料的电化学性能均得到明显提高。处理后锰酸锂所制电池经450次循环,容量衰减在20%左右。     

低放电电压下锂离子电池正极锰酸镍锂的电化学性能研究

通过共沉淀法制备了锂离子电池正极材料锰酸镍锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4),研究了不同烧结温度对样品晶体结构,颗粒形貌的影响,重点对其在低放电电压条件下的电化学性能进行了研究。结果表明:不同烧结温度得到的样品都具有比较好的尖晶石晶体结构,尤其在730℃下,杂质的衍射峰强度最弱;扫描电镜图像表明不同烧结温度得到的样品粒径为100~300 nm;在不同倍率下,730℃样品放电比容量最高,其在1 C时的比容量大于锰酸镍锂理论比容量,主要原因为放电电压降低,使得更多的锂离子嵌入。     

用于锂离子电池高压LNMO正极的瓜尔胶-木聚糖粘结剂

具有尖晶石结构的镍锰酸锂(LNMO)被认为是最有前景的正极材料之一,然而高工作电压会严重影响LNMO正极的循环寿命,导致在充放电过程中容量快速衰减、循环性能较差。针对锂离子电池无钴正极材料镍锰酸锂(LNMO)在高电压下的界面不稳定的缺点,开发了适用于5.0 V高压LNMO正极的木聚糖-瓜尔胶复合粘结剂。研究结果表明,瓜尔胶与木聚糖通过交联形成酯基,使粘结剂具备良好的机械性能;与PVDF粘结剂相比,使用复合粘结剂的LNMO的循环稳定性得到了显著提高,是具有应用前景的锂离子电池高压正极粘结剂。     

锂离子电池正极材料锰酸锂的制备与改性研究

锂离子电池是绿色高能可充电池,具有工作电压高、比能量大、自放电少、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等突出优点.尖晶石型锰酸锂正极材料具有无毒、成本低、电容量高等优点,近年来引起广泛关注.但在高温环境下,锰酸锂正极材料的充放电容量迅速下降,成为制约其发展的主要缺点.从锰酸锂的制备与改性研究方面综述了锂离子电池正极材料锰酸锂的研究进展,在此基础上,提出了正极材料锰酸锂的发展方向.     

储能用锰酸锂电池阻抗谱研究

对于储能用锰酸锂电池,除了需要准确把握其外特性,还应充分认识与电池外特性相对应的电池内特性。对储能用锰酸锂电池产品进行100%~0%荷电状态(SOC)的电化学交流阻抗测试,通过等效电路拟合,解析反映锰酸锂电池锂离子嵌入/脱出电化学反应和电荷扩散过程的电路元件参数值。结果表明锰酸锂电池的电化学反应电阻大于欧姆电阻,且随着电池SOC的降低而逐渐提高;锰酸锂电池电化学反应引起的电容效应弱于电荷扩散产生的电容效应,在20%SOC以下时锰酸锂电池扩散阻抗值随SOC的降低而逐渐提高;电池经历1 C高温(45℃)循环700次后电化学反应电阻明显提高,同时高温循环弱化了因电化学反应产生的电容效应。     

氧化铟包覆镍锰酸锂正极材料的电化学性能研究

为改善镍锰酸锂的电化学性能,以硝酸铟(In(NO₃)₃·H₂O)为原料,通过高温固相法在镍锰酸锂电极材料表面包覆一层惰性氧化铟(In₂O₃),并研究不同In₂O₃包覆量对镍锰酸锂复合材料的电化学性能的影响。XRD测试结果显示,包覆氧化铟并不会改变正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄自身结构。当包覆量为7%时,在0.1 mA的测试电流下首次放电比容量为134.21 mAh/g,明显高于未涂覆材料(115.65 mAh/g),100次循环后容量为128.4 mAh/g,容量保持率为95.67%;在0.5 mA的测试电流条件下,首次放电比容量为78.13 mAh/g, 100次循环后比容量为56.25 mAh/g,容量保持率为64.44%。In₂O₃包覆起到保护材料和促进离子传导的作用,可有效提高正极材料的电化学性能。     

硼酸锂包覆改性尖晶石锰酸锂的研究

尖晶石型锰酸锂由于具有优异的安全性能且成本低廉,成为锂离子电池正极材料的研究热点。然而,由于锰溶解所导致的循环性能衰退是锰酸锂发展的主要障碍。随着温度的升高,锰溶解加剧,因而电池在高温条件下衰退更加严重。将硼酸锂包覆于锰酸锂表面,可以抑制锰的溶解。通过高能球磨的方法可将硼酸锂均匀地包覆于锰酸锂表面。X射线衍射与电化学阻抗表征结果表明,硼酸锂不会引起锰酸锂结构的变化和电池阻抗的增加。通过对界面转移电阻的研究发现,硼酸锂包覆量超过2%（质量分数）时电池的极化会增加,因此将硼酸锂的最佳包覆量控制在2%。相比于未经包覆的锰酸锂,经包覆的锰酸锂不论是对锂半电池还是对石墨全电池均表现出优异的循环性能,尤其是在60 ℃下的循环性能大大改善。软包全电池体积能量密度达到308 W·h/L,1C循环200次后容量保持率可达到94.7%。通过硼酸锂包覆可有效抑制锰酸锂的锰溶解,改善其循环性能。     

用于锂离子电池球形锰酸锂的工业化制备研究

本文以氢氧化锂、醋酸锰及碳酸锰为原料,采用液相法合成凝胶浆料和半固相浆料,利用喷雾干燥法获得球形锰酸锂前驱体,研究了动态焙烧喷雾干燥前驱体制备球形锰酸锂正极材料用于锂离子电池.研究结果显示,动态低温分解与高温分解相结合的方法能有效保持前驱体的球形,合成的球形锰酸锂具有良好的电化学性能.该方法适合于工业化生产球形锂离子电池正极材料.     

不同方法合成LiNi0．5Mn1．5O4对其形貌及性能影响研究

锰镍酸锂（LiNi0．5Mn1．5O4）作为正极材料,具有良好的循环性能、较高的容量、高而单一的放电平台．因此,近年来成为电池研究的热点。不同的合成方法以及合成条件对镍锰酸锂的形貌及其性能具有极大的影响。本研究分别采用溶剂凝胶法、固相法、熔融盐法方法合成LiNi0．5Mn1．5O4并通过X-射线衍射、扫描电镜（SEM）、循环伏安法电池性能测试对合成产物的组成、结构、形貌和电化学性能进行表征,进而研究影响产品的性能及形貌的诸多因素,并筛选出较为合适的合成条件以提高锂电池正极材料LiNi0．5Mn1．5O4的电化学性能。