锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2的制备及性能

LiNixCo1-xO2(0≤x≤1)系是一种很有希望的新型的锂离子电池电极材料.以Li2CO3,NiO,Co3O4为原料,经过造粒的预处理,固相反应合成了锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2.研究了不同的合成条件对产物结构、性能的影响.结果表明,反应温度、时间、Li/(Ni+Co)摩尔比等因素对产物的结构、电性能有一定的影响.XRD分析表明合成的产物LiNi0.5Co0.5O2结晶良好,具有规整的a-NaFeO2层状结构的.充放电测试表明在优化条件下合成的LiNi0.5Co0.5O2首次充电容量为170.1mAh/g,放电容量为157.4mAh/g,20次循环后保持初始容量的92%,循环稳定性良好.以MCMB为阳极材料,合成产物为阴极材料,组装成18650型锂离子电池,性能与LiCoO2相当.     

层状的LiNi0.5Mn0.5O2合成及其电化学性能

采用超声波辅助溶胶-凝胶法合成层状的锂离子电池的正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,并用热重分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构与形貌进行了研究,电化学性能采用循环伏安法(CV)、交流阻抗和充放电测试进行表征.结果表明,在950℃灼烧12 h的材料结晶度比较好,其晶胞参数a=0,287 9 nm,c=1.431 nm,结构比较理想.当材料在2.8～4.2 V间进行充放电时,其首次放电容量为170 mAh/g,50次循环后容量的保持率为89%.     

正极材料LiNi0.5Mn0.5O2的合成及其性能研究

用共沉淀法制备镍锰氢氧化物前驱体,并通过高温固相反应在800℃空气气氛下煅烧12h合成锂离子蓄电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,研究了冷却速度和升温制度对材料电化学性能的影响。结果表明,在500℃预处理5h,800℃煅烧完毕立即从炉中取出,环境温度下在空气中冷却,得到的样品比容量能达到180mAh·g-1,材料在2.5～4.6V范围内循环时性能不佳,当采用恒流/恒压模式,在2.5～4.3V范围内,材料具有良好的循环性能。     

燃烧法制备层状正极材料LiNi0.5Mn0.5O2

用燃烧法制备了正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,研究了合成条件对产物的影响。XRD、SEM及电化学测试结果表明:n(Li)∶n(Mn+Ni)=1.05∶1.00、n[CO(NH2)2]∶n(NO3-)=1.0∶1.0,在900℃下烧结4h所得样品为α-NaFeO2层状结构;一次颗粒粒径为0.1～1.0μm;在2.7～4.5V的首次放电比容量为181.7mAh/g,第20次循环时的容量保持率为83.5%。     

合成条件对LiNi0.5Co0.5O2结构和性能的影响

以聚丙烯酰胺(PAM)为模板剂,用微波加热法合成了锂离子电池层状正极材料LiNi0.5Co0.5O2。通过SEM、激光粒度分析和XRD等技术,研究了PAM和微波处理对材料的形貌、粒度和晶相结构的影响。结果表明:PAM可以有效地控制材料的形貌及粒度。充放电测试表明:在3.0~4.3 V电压范围内,充放电倍率为0.2C,PAM用量为原材料总质量的2%时,材料的放电比容量达154 mAh/g;除首次循环外,前10次循环的充放电效率平均在98.5%以上。     

碳酸盐共沉淀法制备LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2及其性能

以化学共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2CO3前驱体,合成了振实密度高达2.60 g/cm3的球形正极材料LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2.研究表明,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2为10 μm左右的球形粉体,为纯相的α-NaFeO2层状结构.在2.7～4.3V,0.2 C倍率进行充放电,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的首次放电比容量170.2 mAh/g,50次循环后容量保持率为94.3%;在2.7～4.6 V,在0.2 C倍率下放电,首次放电比容量为191.8 mAh/g,循环50次后容量保持率为90.5%.LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的首次循环伏安测试结果和交流阻抗测试结果进一步表明材料具有良好的电化学性能.     

球形正极材料LiNi0.75Co0.2Mg0.05O2的合成及表征

用控制结晶法合成球形材料Ni0.75Co0.2Mg0.05(OH)2与LiOH·H2O混合后,在750℃氧气气氛中焙烧得到LiNi0.75-Co0.2Mg0.05O2.电镜扫描(SEM)结果显示,焙烧后的材料保持了原有的球形形貌.X射线衍射光谱(XRD)和能量色散谱显微分析(EDS)显示,掺镁后的样品晶型结构好,所得产物成分均一.电化学测试表明,LiNi0.75Co0.2Mg0.05O2材料表现出优良的电化学性能,其首次充电比容量达到271 mAh/g,首次放电比容量达到217.7 mAh/g,循环50次后放电比容量仍能保持211.7 mAh/g,仅衰减了3%(3.0～4.3 V,0.2 C).结果表明,镁的掺入减少了材料的阳离子混排,大大提高了循环性能,抑制了充放电过程中的相变和电池阻抗的增加.     

锂离子蓄电池正极材料LiNi0.85Co0.1M0.05O2的合成及性能

采用共沉淀前驱体法,对LiNiO2进行金属元素Co和M(M代表Mg、Mn、Al)的共掺杂,得到系列LiNi0.85Co0.1 M0.05O2材料。并对材料进行了SEM、XRD分析以及电性能测试。另外从离子半径的角度出发,对各掺杂元素在晶体结构中的占位以及对材料性能的影响做了合理解释。由于Mg2 的半径与Li 的半径最为接近,可优先占据锂位。加之Mg2 不参与电化学过程,在层间起到支撑稳定作用。所以Mg2 的共掺入在改善材料循环性能方面表现出特有的优势。     

锂离子蓄电池LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料的合成及性能

采用共沉淀前驱体法合成锂离子蓄电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,针对材料的制备条件、形貌、密度、晶体结构以及电化学活性方面进行了较系统的研究。对材料进行扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)分析以及电性能测试,结果表明样品颗粒均匀,为类球形,振实密度为1.8g/cm3;衍射峰与标准的a-NaFeO2层状结构完全对应,为层状嵌锂复合氧化物;LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2在电压2.5～4.3V范围内表现出较好的电化学性能,循环17次后仍保持大约150mAh/g,具有很好的发展前景。     

高容量锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2的制备与性能

采用化学共沉淀法预先合成球形前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,再与锂源共混后高温煅烧合成高容量正极材料Li Ni0.5Co0.3Mn0.2O2。探讨了不同烧结制度对材料结构性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,产物结构为α-Na Fe O2型层状结构。扫描电子显微镜(SEM)显示材料具有良好的球形形貌。测试材料的电化学性能,在2.75~4.20 V和2.75~4.35 V充放电截止电压,0.5 C充放电电流下,首次放电比容量分别为162.2和172.6 m Ah/g,循环3周后容量保持率分别为96.73%和94.62%。材料还表现出良好的倍率性能。     

聚合物锂离子蓄电池正极材料LiNi0.7Co0.3O2的制备

在聚合物锂离子蓄电池正极材料常规制备工艺的基础上开发了球磨干混-旋转振动高温固相合成新工艺,合成了正极改性材料LiNi0.7Co0.3O2。研究了原材料、煅烧条件等工艺过程参数对合成产物结构、微观形貌及充放电性能的影响。通过本工艺制得的LiNi0.7Co0.3O2颗粒均匀细致,平均粒径约为10μm,放电初始比容量达177mAh/g。     

三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2铝壳锂离子动力电池的性能研究

选用三元材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2为正极材料,中间相炭微球为负极材料,制备了额定容量为10 Ah的铝壳锂离子动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。电性能包括充放电性能、倍率性能、循环性能和自放电,实验结果表明,电池表现出了良好的倍率性能,1 C、2 C的放电容量分别为0.5 C放电容量的97.49%、93.70%;在2.7~4.2V电压范围内,电池1 C循环400次后容量保持率为101.77%;电池满电常温搁置28天后容量保持率为97.06%。针刺、短路、过充电和自有跌落测试结果表明电池具有良好的安全性能。     

LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能研究

采用共沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料。并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)对材料结构及形貌进行分析。讨论了不同保温时间对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的影响,及不同电压下LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能。结果表明,保温时间为16 h制备的正极材料电化学性能最优,在0.5 C倍率下,100次后容量保持率为99.02%;材料分别在2.75~4.2 V,2.75~4.3 V,2.75~4.35 V,2.75~4.4 V,2.75~4.5 V,2.75~4.6 V下进行充放电时,首次放电比容量分别135.6、143.6、154.1、165.5、177.9、184.1 m Ah/g。充放电电压越高,循环性能越差。     

Mg掺杂对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2电化学性能的影响

通过溶胶-凝胶法合成正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,为了提高材料LiNi0.5Mn0.5O2的高倍率放电性能,采用Mg进行掺杂。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电对材料的结构和形貌及电化学性能进行了研究。结果表明少量Mg的掺杂未影响到LiNi0.5Mn0.5O2的晶体结构,但改善了其电化学性能,其中,当Mg的掺杂量为5%(摩尔分数)时,材料具有更好的电化学性能,4 C放电时,首次放电比容量达到118 m Ah/g,且循环性能良好。     

氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的机理

用共沉淀法制备前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,焙烧前驱体与Li2CO3制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM和DSCTGA分析焙烧中间产物的结构、形貌及变化,探索制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的机理。随着焙烧温度的升高,前驱体分解成(Ni0.5Co0.2Mn0.3)3O4,随后Li2CO3参与反应,形成Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的生成在650℃时结束,但层状结构在900℃时才趋于完美。