浓度梯度型锂离子电池富镍氧化物正极材料

富镍氧化物正极材料因其具有高比容量、低成本、环保和无需高电压电解质的优点而备受关注。虽然Ni含量的增加有助于提高放电比容量,但也产生了阳离子混排、表界面反应和导致结构不稳定的裂纹扩展等缺点,导致富镍正极材料的循环寿命较差、热稳定性有待提升和储存性能较差,妨碍了其商业化应用。为尽可能地发挥富镍锂离子电池高容量的优势,研究人员对材料进行了多种改性,历经了离子掺杂、表面包覆、单晶材料、核壳结构、浓度梯度结构等发展阶段。本文首先对掺杂、包覆、单晶、核壳结构等几种改性手段进行了简要概述,分析了这几种方法的优势及本身固有的缺点。然后重点对浓度梯度材料进行了分析,根据其发展阶段分为富镍核加浓度梯度壳、线性浓度梯度材料、渐进式浓度梯度材料三个部分,从合成方法、改性机理及电化学性能等方面做了详细介绍。综合来看,浓度梯度材料可以从根本上解决富镍正极材料的固有缺点,相信这一技术会在富镍正极材料的实用化进程中发挥重要作用。     

层状氧化物正极材料晶体结构与储钠性能探究

钠离子电池因成本低和出色的低温性能，近年来被广泛关注且推到了应用市场端。层状氧化物正极材料由于具有较高的能量密度和较成熟的制备工艺而占据钠离子电池正极材料的主导地位。然而，层状氧化物残碱高，稳定性差，在长循环过程中易引发电解液氧化分解而导致电芯产气，限制了软包钠离子电池的应用。本文对比了多种单晶层状氧化物和多晶层状氧化物的特性和电化学性能，结果表明单晶结构的层状氧化物具有更加出色的循环稳定性，可以有效抑制电芯产气，为正极材料开发提供了指导。     

锂离子电池三元正极材料掺杂工艺研究进展

三元层状镍钴锰(NCM)正极材料具有高电压、高容量、长循环寿命、安全性能好、无记忆效应、自放电小等优点,无论是在小型锂电池市场以及动力电池市场都有广阔地应用前景。随着对能量密度需求的日渐提升,NCM三元材料趋向于高镍化和高电压,但随着三元材料Ni含量的提高,阳离子混排以及充放电过程中相变等问题加剧,并且高电压下也会加剧材料结构变化。掺杂改性是一种简单有效地提升材料电化学性能的手段。本文从阳离子掺杂、阴离子掺杂及阴阳离子复合掺杂三个方面详细地综述了掺杂工艺对NCM三元正极材料电化学性能的改善,并对掺杂工艺的未来应用进行了展望。     

B/Al/Zr协同策略改善高镍单晶正极材料高温稳定性

近年来，为了满足高能量密度锂离子电池(LIBs)的需求，单晶高镍Li Ni_0.89Co_0.06Mn_0.05O₂(NCM89)正极材料因其比容量高、成本低而受到越来越多的关注。然而，NCM89表面锂残留过多、高温循环性能不理想及热稳定性差限制了其进一步的商业化应用。为了解决NCM89正极在长循环过程中材料结构坍塌和电池容量损失的问题，提出了一种利用B/Al/Zr协同策略来改善NCM89电化学性能的方法，即将锂源、铝源、硼源和锆源充分混合后同前驱体Ni_0.89Co_0.06Mn_0.05(OH)₂煅烧，合成B/Al/Zr掺杂的NCM89正极材料。结果表明，B/Al/Zr协同的NCM89正极材料具有良好的循环稳定性，其中0.4%B/Al/Zr@NCM89正极在200次循环后放电比容量为131.6 m A·h/g，远高于原始NCM89(99.1 m A·h/g，容量保持率为45%)。体相中均匀掺杂的B/Al/Zr能有效减少锂...     

硼高效掺杂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其性能提升机制

高键能异质原子的高效掺杂是稳定高电压LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）三元正极材料并提升其电化学性能的有效策略。借助含硼前体在二次颗粒表面富集及随后高温煅烧强化B³⁺体相扩散的策略,构建了硼离子高效掺杂NCM正极材料（NCM-B）。引入B—O键（键能：809 kJ·mol^-1）抑制了电化学反应过程中晶格氧析出,进而稳定材料的氧离子框架;此外,表面残余的高锂离子导体Li₂O-B₂O₃包覆层可以在一定程度上稳定电极-电解液界面。与改性前NCM相比,改性后的NCM-B正极材料在3.0~4.5 V电压区间的可逆比电容量可以达到193.7 mA·h·g^-1,在10 C大功率下,比电容量仍保持120 mA·h·g^-1（NCM仅为78.2 mA·h·g^-1）。1 C下连续循环100圈后,比电容量保持率从73%提升到90%。表面富集和扩散强化的思想也有望实现其他正极材料的高效掺杂。     

高倍率NCM613正极材料制备及性能研究

通过共沉淀法制备草酸盐前驱体，采用固相烧结法镍钴锰三元正极材料(NCM613)。采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、电化学交流阻抗、恒流充放电等手段对不同氨水浓度所制备的NCM613材料结构和性能的影响。结果表明氨水浓度可以改变NCM613三元正极材料颗粒大小，从而影响循环寿命和倍率性能，氨水浓度为2%时制备的NCM613三元正极材料性能最好，在CR2032扣式电池中0.1 C倍率下首次放电容量为188.5 mAh/g,1 C倍率下充放电循环100周后容量保持率为76%。     

共沉淀法制备高镍氧化物正极材料前体研究进展

高镍氧化物正极材料（Ni质量分数≥0.8）具有高比容量、高压实密度、低成本等优势,能够满足下一代动力电池低钴和高能量密度的需求。其中,氢氧化物前体的尺寸、球形度、粒度分布以及纳米片堆积方式等直接影响最终产品的性能。共沉淀法是目前普遍采用的商业化制备氢氧化物前体的途径。在合成过程中,反应体系溶液的pH、氨水浓度、进料速度等影响产物沉淀速率和产品质量,而反应釜的结构优化有助于提高溶液的混合、热质传递等。本文结合共沉淀反应工艺参数的理论计算,介绍了制备高镍氧化物正极材料前体连续搅拌反应器系统（CSTR）的结构设计原理,总结了合成工艺参数对前体成核生长、微结构的影响规律,介绍了共沉淀法制备优质前体的关键因素。最后,通过分析我国高镍氧化物前体的市场现状,展望了共沉淀法制备前体的未来发展趋势。     

富锂层状正极材料研究现状

富锂层状正极材料结构Mn基氧化物及三元(NCM)层状正极材料分别具有密度高、容量大的特点,并且成本低廉,工作电压与国内现有的电解液设备相匹配,安全性好,考虑到该材料的振实密度、相对密度和容量等多种综合的性能,其发展和应用的前景很好。介绍了富锂层状正极材料目前在应用中面临的技术难题以及富锂层状正极材料的制备技术和应用改性。     

不同钴含量对三元正极材料性能的影响研究

随着新能源汽车和锂离子电池的普及和推广,钴的需求量逐渐增大,降低动力三元正极材料中钴元素的含量,成为新能源产业链所有公司的当务之急。通过对NCM622三元正极材料中不同钴元素的含量进行实验探索,在最佳实验条件下,分别合成NCM60/20/20、NCM60/15/25、NCM60/10/30、NCM60/05/35 4种正极材料,并对三元正极材料的SEM、XRD、首次放电容量、首次放电效率、倍率性能、循环性能及直流阻抗（DCR）增长等性能指标进行分析,探索钴元素含量对三元正极材料和锂离子电池的影响。实验发现,钴元素物质的量分数由20%降低至5%,材料的首次放电容量由178 mA·h/g降低至165 mA·h/g,50圈循环保持率由96%降低至88%,DCR由10%增长至20%,当钴元素物质的量分数低于10%时,性能衰减更为明显。     

NCM111/LiFePO_4复合正极材料的制备及性能分析

采用物理固相法制备了NCM111/LiFePO_4复合正极材料,通过XRD、SEM和电化学性能测试分析考察研究了不同含量的NCM111对LiFePO_4形貌结构及电化学性能的影响。     

Suppressing the voltage decay of lithium-rich cathode for Li-Ion batteries via Pt nanoparticles surface modification

Lattice oxygen undergoes redox reaction to achieve high specific capacity of the material in lithium-rich cathode oxides. However, irreversible oxygen loss causes a change in the crystal structure, and the cations migrate in the transition metal layer, resulting in a rearrangement of the electronic structure and ultimately a severe voltage decay. Herein, we introduce Pt nanoparticles with good catalytic activity and electrical conductivity into lithium-rich cathode materials to improve the loss of lattice oxygen for the first time. We have revealed that the evolution of the lattice structure after the lattice oxygen redox reaction is relatively stable in the lithium-rich oxide with Pt nanoparticles, which is in stark contrast to the apparently deformed crystal structure in the lithium-rich oxide without Pt. Pt-containing electrodes exhibit excellent high-capacity retention rate (more than 80% after 200 cycles), and voltage decay is significantly reduced (less than 0.4 V after 200 cycles). Our results highlight the role of Pt nanoparticles in alleviating the loss of lattice oxygen and stabilizing the crystal structure, which opens up the field of vision for the design of high-energy-density lithium rich cathode oxides with stable structure.     

正极材料LiFePO4/C掺杂改性的研究进展

LiFePO₄/C具有高温稳定性好、价格低廉、循环性能良好、环保等性能,是一种具有发展潜力的锂离子动力电池正极材料之一,因此在锂离子电池行业备受关注。但由于其电子电导率低以及锂离子扩散速率慢等缺点制约其发展。介绍了磷酸铁锂的结构、性能、充放电原理和掺杂机理,尤其对近年来LiFePO₄/C材料的掺杂改性研究进行了综述。     

锂硫电池正极复合材料研究现状

锂硫电池由于其高理论能量密度(2600W·h/kg)而受到了广泛的关注,是极具应用前景的电池体系.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键.然而锂硫电池还存在一些问题,如硫的利用率低及正极结构的稳定性差等.本文综述了近几年锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,分别从硫/碳复合、硫/导电聚合物复合、硫/氧化物复合3个方面进行介绍,指出了未来锂硫电池正极材料要注意结合硫/导电聚合物及硫/氧化物的优势并注重材料结构的设计,向核壳或类核壳结构方向发展的趋势,同时还要提高载硫量,提高循环稳定性,以获得高性能的锂硫电池.     

高镍系正极材料LiNi1-xMxO2(M=Co,Mn,Al,x≤0.4)储存性能的研究进展

高镍系正极材料LiNi1-xMxO2(M=Co, Mn, Al, x≤0.4),因其能量密度高、成本低廉以及环境友好等优点而引起研究者的广泛关注.但是,该材料也存在一些缺陷,如循环过程中结构不稳定、高温条件下稳定性差以及储存性能不佳等,这些缺点在很大程度上限制了其在锂电领域的广泛应用.着重分析了该材料储存性能不佳的根本原因,并总结了近年来研究人员关于改善高镍系正极材料储存性能的研究进展, 最后进一步针对改善高镍系正极材料的储存性能做出了展望.     

富锂锰基正极材料反应机理研究进展

富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·（1-x）LiMO₂（M=Ni,Co或Mn）具有比容量高（≥250 mA·h/g）和成本低的显著优势,近年来受到学术界和工业界的广泛关注。但是,关于材料的结构和反应机理等问题一直存在着一些争议。对富锂锰基材料的结构和反应机理进行了总结和评述。对材料的结构总结了单相固溶体、两相混和物、局部阳离子有序排列3种观点,通过分析发现富锂锰基材料的结构与元素的比例、制备条件等密切相关。反应机理重点阐述了材料的Li⁺/H⁺交换理论、阴离子氧氧化还原机理（阴离子电荷补偿理论）和Mn⁴⁺/Mn⁷⁺反应机理假说,并对阴离子氧氧化还原反应过程的中间产物是否存在O—O二聚体或者氧空穴进行了讨论分析。最后,对这类材料未来的产品化应用方向提出了展望,混掺使用可能是富锂锰基材料产业化的切入点,高性价比的富锂锰基材料的产业化应用将再一次推动锂离子电池发展迈向一个新台阶。     

氧化铝包覆锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料的性能是锂电池技术发展的瓶颈。近年来,为了提高锂离子电池正极材料的循环寿命、热稳定性和倍率性能等,三氧化二铝涂覆正极材料已经被广泛研究。所讨论的三氧化二铝涂层分为粗糙涂层、超薄涂层和厚涂层。简要论述了三氧化二铝表面涂层改善正极材料的作用,如氟化氢清除剂、物理保护屏障、提高锂离子扩散速率、提升正极材料的热稳定性能、与六氟磷酸锂(LiPF₆)反应生成二氟磷酸锂(LiPO₂F₂)和抑制JahnTeller效应等。介绍表面改性的方法,包括浸渍法、沉淀法、干法包覆、溅射法和原子层沉积法等,以及其对锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)及三元材料(Li-Ni-Co-Mn-O)的影响。最后,展望了三氧化二铝表面包覆和原子层沉积技术的发展前景。     

锂/钠离子电池过渡金属氟磷酸盐正极材料研究进展

便携式电子产品、电动汽车和储能领域的快速发展对电池能量密度的要求越来越高,正极材料是限制电池能量密度的主要因素。过渡金属氟磷酸盐（A₂MPO₄F,A=Li、Na,M=Mn、Fe、Co、Ni）是一类高比容量（~300 mA·h/g）和高能量密度（>1 000 W·h/kg）的新型正极材料。主要介绍了A₂MPO₄F的结构、合成方法与改性方面的最新进展。讨论了A₂MPO₄F所面临的主要挑战,特别是实现两电子反应所面临的困难。展望了它们的应用前景。     

磷酸铁锂制备工艺及研究进展

橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO_4)作为一种新型锂电池正极材料,因其原料来源丰富、价廉、无毒、理论容量高、热稳定性好以及循环性能好等优点近几年备受关注,是下一代锂离子电池的首选材料.本文简要介绍了磷酸铁锂的橄榄石型结构和电化学性能,比较了不同的制备工艺及方法,并针对其电导率低的缺点对目前采用的改性工艺作了总结.     

高镍三元正极材料镍钴铝的掺杂改性研究进展

高镍三元正极材料镍钴铝（NCA）因具有较高的能量密度及工作电压、成本低、环境友好等优点极有可能成为下一代广泛应用的锂离子电池正极材料之一。然而镍含量的提高导致材料结构不稳定、循环性能和倍率性能降低,限制了其进一步发展。主要从锂位、过渡金属位、氧位掺杂及复合共掺杂4个方面综述了不同位置离子掺杂的改性机理。大量研究结果表明,通过复合共掺杂方式进行改性,能够结合单离子掺杂的优点有效提升镍钴铝正极材料的电化学性能。