LiNi0.6Co0.1+xMn0.3-xO2(x=0,0.1)正极材料的合成与电化学性能研究

采用高温固相法在相同条件下合成了LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2与LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料,利用XRD、SEM表征了材料的结构与形貌,通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了其电化学性能。结果表明,室温条件下以0.2 C倍率在3.0～4.3 V电压范围内,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2的首次放电比容量为171.8 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为78.5%;LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的首次放电比容量为174.6 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为83.0%。CV与EIS测试表明,相比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2材料有更大的极化与电荷转移阻抗。     

内多孔型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的制备及性能

控制前驱体的沉淀反应条件,制备出内部疏松外部紧密的Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体。将前驱体配锂后进行高温烧结,控制烧结条件,最终合成出了内部具有大量孔隙的内多孔型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料。X射线衍射光谱法(XRD)测试结果表明,材料有着良好的晶体结构。电性能测试表明,材料在0.2 C下首次放电比容量为175.1 mAh/g,在3 C的大倍率下放电比容量达157.3 mAh/g,倍率性能优异,且在2 C循环100次后,容量保持率达96.2%。以上结果表明,内多孔型的结构有效地提高了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环稳定性和倍率性能。     

高温固相法合成LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的电化学性能

以LiOH·H_2O为锂源,采用高温固相法合成LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料,研究合成温度对产物微观形貌和脱锂行为的影响。XRD及SEM分析可知:产物为α-NaFeO_2型层状结构,未发现杂质。在800℃下,合成产物的电化学性能良好,在3.0~4.3 V充放电,电流为28 mA/g时的首次放电比容量为172 mAh/g,第100次循环的比容量为159.4 mAh/g。     

压实密度对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2性能的影响

采用共沉淀-高温固相法,控制压实密度,制备正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,并分析样品的结构、形貌及性能。类单晶样品的压实密度为4.0 g/cm3,与二次球颗粒相比,具有良好的形貌、抗压性能和较好的电化学性能。制备的扣式电池以0.1 C放电至2.80 V的比容量为179.9 m Ah/g;在25℃下以1.0 C在2.80~4.35 V循环100次,容量保持率为95.3%。     

烧结温度对LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2三元正极材料结构和电化学性能的影响

将通过化学共沉淀法合成的Ni_(0.7)Co_(0.1)Mn_(0.2)(OH)_2三元前驱体与锂源LiOH·H_2O混合均匀,用高温固相反应法合成LiNi_(0.7)Co_(0.1)Mn_(0.2)O_2三元正极材料。采用XRD、SEM、恒电流充放电电池测试系统和电化学工作站对高温烧结合成的三元正极材料的晶体结构、颗粒形貌和电化学性能进行研究。结果表明,在850℃下高温煅烧合成的LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2材料具有最优的组织结构、微观形貌和电化学性能。0.2 C倍率下首次放电比容量达到191.5 mAh/g,1.0 C倍率下循环50圈后的放电比容量为178.3 mAh/g,容量保持率达96.5%。     

Al_2O_3包覆正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用高温固相法制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,并用三氧化二铝(Al_2O_3)进行表面包覆改性。通过XRD、SEM对材料晶体结构、形貌进行分析,用恒流充放电和循环伏安等对材料进行测试。Al_2O_3包覆的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料具有典型的空间群,为R-3m的六方层状α-Na Fe O2结构。以0.2 C在2.5~4.3 V循环,Al_2O_3包覆量为1%的材料电化学性能最好,首次放电比容量可达145.7 m Ah/g,第30次循环的容量保持率为94.0%,比未包覆Al_2O_3材料在相同条件下的放电比容量提高了6.3%。     

铝集流体对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2性能的影响

用化学蚀刻法制备了微孔铝集流体,通过扫描电镜(SEM)、剥离强度测试、充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)测试等方法研究了铝箔表面形貌及其作为正极集流体对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2电化学性能的影响。结果表明:蚀刻后铝集流体表面为蜂窝状结构,孔径在5~20 mm,其作为正极集流体制备的样品剥离强度显著提高,0.2 C首次充放电比容量分别为198.70和176.80 mAh/g,首次充放电效率为88.98%。8.0 C循环5次后的放电比容量为134.04m Ah/g,容量保持率仍有75.81%,1.0 C循环50次后放电比容量为161.15 mAh/g,容量保持率为95.62%,倍率和循环性能优良。     

C和CeO2双包覆对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能影响的研究

采用溶胶凝胶法和高温煅烧的方法对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O)2正极材料进行C和CeO_2双包覆改性研究,X射线衍射(XRD)测试表明包覆改性的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O)2材料仍维持层状结构并抑制阳离子混排。扫描电子显微镜(SEM)结果显示C包覆厚度约为5 nm,CeO_2以纳米颗粒形式沉积在材料表面。循环伏安和阻抗测试表明双包覆提高了电极材料表面稳定性与电子电导性,有利于离子的嵌入与脱嵌,从而提高了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O)2正极材料的电化学性能。在1 C下循环50次后的容量保持率为91.3%,10 C下首次放电比容量为108 m Ah/g。     

高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及其倍率性能

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,并掺杂F-与之对比。分别采用X射线衍射仪、电子扫描显微镜、热重分析仪、电化学工作站和充放电测试仪对合成材料的物相、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,0.5C倍率下LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4首次放电比容量高达141.6 mAh/g,接近于理论比容量146.7 mAh/g。提高倍率40次循环后,5C比容量仍有111.8 mAh/g,而F-掺杂样品仅有92 mAh/g。然后从5C返回到1C,比容量为129.9 mAh/g,与1C初始容量相比,容量保持率高达96.4%,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4显示出更加优异的倍率循环性能。     

Mg掺杂对LiNi_(0.56)Co_(0.19)Mn_(0.24)Al_(0.01)O_2性能的影响

通过碳酸盐共沉淀法和固相烧结法合成了锂离子电池正极材料Li[Ni_(0.56)Co_(0.19)Mn_(0.24)](1-x)Mg_xAl_(0.01)O_2(x=0,0.025,0.05和0.075)。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学性能测试,考察了Mg~(2+)掺杂量对产物结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:适量Mg2+掺杂不会改变LiNi_(0.56)Co_(0.19)Mn_(0.24)Al_(0.01)O_2样品的α-NaFeO_2层状结构,并且可以提高材料在大倍率下的循环性能,LiNi_(0.546)Co_(0.185)Mn0.234Mg_(0.025)Al_(0.01)O_2具有最优的电化学性能,该样品在0.1 C下首次放电比容量为181.0 mAh/g,首次库仑效率为83.7%,在1 C下首次放电比容量为122.3 mAh/g,经过30次循环后容量保持率为98.0%。     

石墨烯/碳纳米管复合导电剂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的影响

研究球磨分散法制备的石墨烯和碳纳米管(CNT)(2∶3)复合导电剂对三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响。SEM分析表明:复合导电剂均匀地分散在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2表面,形成良好的"点-线-面"三维立体导电网络结构。电化学阻抗测试表明:复合导电剂可降低电池的内阻。充放电测试显示:在1%的低添加量下,使用复合导电剂的电池的首次放电(2.58~4.25 V,0.1 C)比容量比单独使用CNT的高7 mAh/g,比单独使用炭黑的高19 mAh/g;以10.0 C放电的比容量可达128 mAh/g,比单独使用CNT和炭黑的分别提高24 mAh/g和58 mAh/g。     

Co(OH)_2包覆LiNi_(0.85)Co_(0.10)Mn_(0.05)O_2的电化学性能

用氢氧化亚钴[Co(OH)_2]包覆高镍三元正极材料LiNi_(0.85)Co_(0.10)Mn_(0.05)O_2,控制烧结温度,使Co(OH)_2分解为四氧化三钴(Co_3O_4)。半电池测试显示:包覆材料首次循环的放电比容量为202.4m Ah/g、库仑效率为87.7%,均高于未包覆材料。全电池测试显示:包覆材料制备的电池高温(45℃)循环性能更好,以0.50C充电、1.00C放电在2.80～4.20V循环300次,容量保持率为93.3%,而未包覆材料制备的电池为90.2%。电位滴定和SEM分析表明:包覆的Co(OH)_2在烧结过程中能与LiNi_(0.85)Co_(0.10)Mn_(0.05)O_2的表面残碱(LiOH/Li_2CO_3)反应,降低表面残碱含量。XRD测试显示:包覆材料的Ni/Li混排降低,微观应变减小。电化学阻抗谱显示:包覆材料的电荷转移阻抗降低,因此具有更好的电化学性能。     

固相烧结法制备改性LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元材料的研究

采用固相烧结法,研究不同烧结工艺以及包覆改性处理对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元材料性能的影响。采用XRD、S EM、比表面积、振实密度以及电性能分析,发现以650℃/4 h→780℃/10 h进行第一次烧结后,然后在880℃/8 h复合包覆0.2%纳米级氢氧化镁和0.2%纳米级钛白粉的材料,获得最优的综合电性能,比容量可达156.2 mAh/g,1 C 3.6V放电平台为27 min,50周循环后容量衰减仅有0.93%。     

掺杂Fe对正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响

通过共沉淀法合成了掺杂Fe元素的锂离子电池正极材料Li[Ni_(1/3)Co_((1-x)/3)Mn_(1/3)Fe_(x/3)]O_2(x=0、0.1、0.3、0.5、0.7和0.9)。用循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等方法,研究铁、钴元素含量对材料电化学性能的影响。与三元材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2相比,少量Fe掺杂(x=0.1)的Li[Ni_(1/3)Co_(0.9/3)Mn_(1/3)Fe_(0.1/3)]O_2比容量更高,循环性能更好。以0.1 C在2.4~4.5 V恒流充放电,首次、第30次循环的放电比容量分别为168.2 mAh/g、139.1 mAh/g,容量保持率为86.02%。     

富锂正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2掺杂稀土La及其电化学性能

以LiNO_3、Ni(NO_3)_2·6 H_2O、Co(CH_3COO)_2·4 H_2O和Mn(CH_3COO)_2·4 H_2O为原料,用燃烧法制备了富锂层状锂离子电池正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2和不同La掺杂量的正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)La_x]O_2(x=0,0.01,0.03,0.05)。对制备的样品进行了XRD、S EM、EDS、电池充放电循环、EIS等表征和测试,进一步分析了掺La量对该富锂正极材料结构、形貌及电化学性能的影响。实验结果表明,掺杂前后的四种材料都具有典型的层状α-Na FeO_2结构,说明掺杂后并未改变材料的层状结构;在2.0~4.7 V充放电,当电流为0.1 C(1 C=200 mA/g)时,制备的正极材料Li-[Li_(0.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)La_x]O_2(x=0.03)具有最高的首次充放电比容量,分别为250.51和179.45 mAh/g,其首次库仑效率从Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的63.5%提高到71.6%,以0.5 C循环50次,放电比容量保持在136.05 mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的研究进展

锂离子电池三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2具有可逆比容量高、成本低等优点,应用前景广阔。阐述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的晶体结构特征及作为锂离子电池正极材料使用时的优、缺点;综述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备方法及离子掺杂、表面包覆等对其电化学性能的影响;评述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2当前面临的主要问题及解决途径。     

Y_2O_3/Al_2O_3复合包覆对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2电化学性能的影响

以Y_2O_3和Al_2O_3溶胶为包覆前驱物,对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2进行了表面包覆改性。X射线衍射光谱法(XRD)测试表明,Y_2O_3/Al_2O_3包覆并未影响LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的晶体结构,仍为良好的a-NaFeO_2层状结构。扫描电子显微镜法(SEM)测试表明,氧化物在正极材料表面均匀分布。与未包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2相比,3.0~4.4 V测试电压下,Y_2O_3/Al_2O_3包覆后的容量保持率提高了约15%。CV和EIS测试表明,Y_2O_3/Al_2O_3包覆后LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的极化和电荷转移电阻明显减小,有效降低了电解液与正极材料的副反应,提高了电化学性能。     

无钴镍基正极材料LiNi_(0.8)Mn_(0.2)O_2的制备及电化学性能研究

采用共沉淀法合成球形前驱体Ni_(0.8)Mn_(0.2)(OH)_2,混合LiOH·H_2O通过高温烧结制备出锂离子电池镍基正极材料LiNi_(0.8)Mn_(0.2)O_2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热分析(TG-DTA)以及恒电流充放电测试对材料进行表征,研究了烧结温度和烧结气氛对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:800℃纯氧气氛(0.6L/min)下煅烧12h合成的材料晶型完整,是典型的六方晶系α-NaFeO_2型结构;SEM测试显示材料平均粒径在10μm左右;电化学性能测试显示材料在25℃、2.75~4.20V、0.2C充放电条件下,首次放电比容量达173.6mAh/g,循环95次后,容量保持率达90.73%。     

AlPO4包覆对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响

采用共沉淀法在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2表面包覆Al PO4。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和充放电测试技术研究Al P O4包覆对正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。电化学性能测试结果表明:不同Al PO4包覆量对正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2物理性质、结构及电化学性能有显著影响。当采用Al PO4包覆量为1%时,循环性能最好,50次循环后,放电比容量仅降到176 m Ah/g,容量衰减最小,只有1.7%。表现出良好的电化学稳定性,同时材料的倍率性能也明显提高。     

自聚物裂解工艺制备5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

采用溶胶凝胶法的新型自聚物裂解工艺合成5 V锂离子电池LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,经XRD、SEM和充放电循环测试,合成材料具有尖晶石结构,粒径大小分布均匀,在0.2 C充放电下首次放电比容量达到141 mAh/g,循环100次容量保持率为93%,与其它溶胶凝胶法的柠檬酸乙二醇工艺和高分子PAA工艺合成材料相比,电化学性能良好。