高比能锂离子电池富锂正极材料研究进展

富锂正极材料被认为是高比能锂离子电池的潜在正极材料之一,其能够提供约300 mA·h/g的可逆容量,相比于目前商业化正极材料具有明显优势.然而初始Coulombic效率低、电压衰减、容量衰减等阻碍了其实际应用.本综述针对2类富锂材料包括富锂锰基材料和富锂阳离子无序材料,详细介绍其晶体结构、阳离子氧化还原机制、阴离子氧化...     

多晶型MnO2改善富锂锰基正极材料的电化学性能

富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量,被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此,本文采用水热法制备了多晶型MnO₂材料,并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试,并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO₂对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明,β-MnO₂的电化学性能最佳,其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g^-1,在0.1～5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%,在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO₂的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。     

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。     

锂离子电池用富锂锰基正极材料的研究进展

富锂锰基材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2具有高的放电比容量,是下一代高比能量电池的优选正极材料。文章总结了富锂锰基正极材料存在的问题,介绍了富锂锰基正极材料的改性研究进展,展望了富锂锰基正极材料的应用和发展方向。     

包覆与掺杂对富锂锰基材料的改性研究及产业化进展

随着碳酸锂价格一路飙升及镍、钴价格的高居不下，层状富锂锰基材料以高比容量（≥250 mA·h/g）、高电压、低成本、高安全等多重优势引起新能源行业的关注。然而该材料存在不可逆的氧化还原、过渡金属迁移及结构转变等一系列问题，导致电压和容量衰减严重、首次库伦效率低等问题，因此能稳定、量产富锂锰基动力电池的企业较少，阻碍了其商业化进程。掺杂、包覆是提高富锂锰基材料电化学性能的常见有效策略，通过阐述富锂锰基材料的改性策略以及改性机理的同时分析富锂锰基材料的产业发展现状，提出了富锂锰基材料未来的发展方向主要包括：1）全面探究富锂锰基材料的失效机制；2）借助先进设备探究富锂锰基材料的失效机制；3）新材料、新技术的开发与应用。     

基于表面处理的富锂锰基正极材料的研究

为优化富锂锰基正极材料表面结构并提高其能量密度,对富锂锰基正极材料先后进行低镍化处理和酸蒸汽表面处理。实验结果表明,经过低镍化和酸蒸汽表面处理的材料首次放电比容量高达315 m Ah/g,且0. 5 C下循环100次后,容量保持率约为81%。低镍化和酸蒸汽表面处理方式能提高材料放电比容量,并大大改善材料的循环稳定性。     

Li_2MnO_3活化机理及其影响因素的研究进展

层状结构富锂锰基固溶体以其高电压、大容量、低成本等优点有望成为下一代锂离子动力电池正极材料。但其使用过程中存在电压衰减、容量损失、向尖晶石相转变等问题,与Li_2MnO_3电化学活化有关,深入了解Li_2MnO_3电化学活化机制意义重大。本文综述了Li_2MnO_3的晶体结构以及电化学活化机理的相关研究,分析了测试温度、烧结制度、颗粒粒径、酸处理、离子掺杂等因素对其电化学活化的影响及作用机理,展望了富锂锰基正极材料的未来研究方向与应用前景。     

锂离子电池LMCM材料研究进展

近年来随着新能源汽车技术的应用发展,人们需要开发出成本更低、比容量更高、可快速充放电的锂离子电池正极材料.富锂锰基正极材料具有高可逆比容量(>250 mAh·g-1)、低成本等优势,受到了人们的广泛关注.介绍了共沉淀法、溶胶凝胶法等富锂锰基正极材料的合成方法,阐述了该材料在首次库伦效率、容量保持率和倍率性能方面存在的问题,并分析了这些问题的产生原因及机理,详细综述该材料关于体相掺杂、表面包覆、核壳结构等改性方法的最新研究进展,最后对该材料今后的发展前景进行了展望.     

一步合成K、Cl共掺富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.32Co0.04Mn0.44O2及其性能研究

以氢氧化物前驱体Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44(OH)₂和LiOH·H₂O为原料，采用煅烧技术制备了单晶二次球形富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44O₂;以KCl为烧结助剂和掺杂物，制备了不同KCl摩尔分数的富锂锰基正极材料Li_1.2-xK_xNi_0.32Co_0.04Mn_0.44O_2-xCl_x(x分别为0.01、0.02、0.03、0.04)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱技术(XPS)、选择区域电子衍射(SEAD)、充放电测试、CV测试和EIS测试对材料结构和电化学性能进行表征，探究了不同氯化钾掺杂量对材料电化学性能的影响。结果表明，熔融的KCl不但...     

不同镍钴锰比对xLi2MnO3-(1-x)LiMO2正极材料的 结构和电化学性能的影响

以NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 mA·h·g^-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 mA·h·g^-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 mA·h·g^-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

适配于富锂锰基正极材料电解液体系的研究

为了构建适配于层状富锂锰基正极材料的电解液体系,总结了适配于富锂锰基正极材料的含不同官能团添加剂的电解液体系,并分析了作用机理,展望了匹配于该正极材料电解液的未来研究方向与应用前景。     

富锂锰基材料将成锂电发展主流

富锂锰基材料也许将取代目前在市场上风头正劲的磷酸铁锂，成为未来国内动力锂电池正极材料发展的主流方向。北京大学工学院能源与资源工程系教授夏定国指出，与磷酸铁锂相比，富锂锰基材料具有成本低、容量高、无毒安全等优点，能够满足锂电池在小型电子产品和电动汽车等领域的使用要求。     

锂离子电池富锂锰基正极材料面临的挑战及解决方案EI北大核心CSCD

随着消费类电子、电动汽车和储能等领域的迅猛发展,亟需提升以锂离子电池为代表的二次储能设备的能量密度,而正极材料是提升锂离子电池能量密度的关键。富锂锰基层状氧化物正极材料(LRM)因具有极高的理论比容量(>350 m A·h·g^(-1))和可逆比容量(>250 mA·h·g^(-1))被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而,LRM正极材料的首次Coulombic效率低、倍率/性能差以及快速的电压和容量衰减等问题,严重阻碍了其产业化应用。本文介绍了LRM正极材料的晶体结构及电化学机理等方面的研究进展,分析了LRM存在的问题及起因。重点从形貌设计调控、掺杂、包覆、缺陷结构设计、梯度成分设计、层状/尖晶石异质结构构建以及电解液添加剂等方面全面介绍了LRM正极材料的改性策略,以期望为LRM正极的未来发展提供思路和指导,最终促进LRM正极材料的实际应用。     

富锂锰基正极材料的形貌与结构调控及电化学性能研究

采用共沉淀法合成,高温退火制备的富锂锰基正极材料LMCN-442、LMCN-532、LMCN-622,通过X射线衍射仪、扫描电镜等多种手段对前驱体和退火的锰基正极材料进行表征,研究不同摩尔比例的锰基三元正极形貌和电化学性能.结果表明,当锰基三元正极材料的主体元素为6:2:2时,合成的前驱体材料粒度分布均匀、结晶程度较好,并且形貌为表面光滑微球.另外,将前驱体与碳酸锂混合并用高温退火后的富锂锰基正极材料LMCN-622,其电化学性能测试结果表明:在充放电电压为2.0～4.8V内表现良好电化学性能.电流密度40 mA·g-1条件下,首周放电比容量达253 mAh·g-1,经过90次循环后放电比容量保持率71％;经过200次循环后放电比容量可达到80 mAh·g-1.     

富锂锰基层状正极材料的表面包覆改性

简述了富锂锰基层状正极材料的结构、电化学性能及存在的问题,着重阐述了富锂锰基层状材料的碳、氧化物、氟化物、磷酸盐等表面包覆改性对其倍率性能和循环稳定性的影响,讨论了表面包覆改性的机理和改性中有待改进的关键问题。     

锂离子电池用锂锰氧化物正极材料的研究进展

本文论述了具有层状结构的锂锰氧化物正极材料的最新研究成果。着重讨论了具有层状结构的锂锰氧化物正极材料的合成方法及其电化学性能。     

铝掺杂富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的研究

针对无钴锰基富锂材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂固有的循环稳定性差、循环电压衰减严重等问题,研究了铝掺杂结合固相煅烧法对该材料在微观形貌及结构、电化学性能等方面的影响。研究结果显示,铝掺杂不仅能促使该材料的表层形貌更加致密,而且可以为该材料带来更稳定的晶体结构,这有利于该材料在长充放电循环中抵抗因结构降级带来的一系列不利因素,最终致使其电化学性能更加优异。此外,当铝掺杂量为1%（物质的量分数）时该材料在高倍率下的放电比容量、循环稳定性、电压保持率等均达到最优效果,在2.0~4.8 V电压区间内0.1C倍率下首圈放电比容量高达248.8 mA·h/g,200圈循环充放电后其放电比容量保持率由未掺杂时的57.9%提升至77.6%,循环电压保持率也由84.2%提升至85.6%。以上结果充分显示了1%铝掺杂对锰基富锂材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂具有优异的改良效果。     

锂离子电池正极材料合成及改性

电动汽车续航里程的提升主要依赖于锂离子电池的能量密度,其中发展高容量的正极材料成为关键。富锂锰基层状氧化物（LLOs）和高镍三元层状氧化物（NCM,Ni≥80%）等高容量正极材料成为了研究热点,其前体的开发对正极材料电化学性能的发挥有重要的影响。本文从工业化的角度对共沉淀法制备LLOs和NCM正极材料前体的反应过程和影响因素进行了介绍,分析了球形团聚体、单晶和浓度梯度等正极材料的结构和性能,并详细阐述了正极材料中晶面取向调控、掺杂及表界面处理等改性策略的原理及优缺点。文章指出,综合来看单晶材料表现出较好的循环稳定性和热稳定性,但倍率性能有待进一步提升。浓度梯度正极材料不仅保持了高容量特性,还兼顾良好的结构稳定性和热稳定性,有望突破高容量正极材料进一步发展的技术瓶颈。最后,基于本文作者课题组在高容量正极材料方面的研究,对正极材料的未来发展趋势给出了一些建议。     

AlPO4包覆改性Li1.167Ni0.167Co0.167Mn0.5O2锂离子电池正极材料及循环性能调控

通过共沉淀法合成Li_1.167Ni_0.167Co_0.167Mn_0.5O₂正极材料,并以Al(NO₃)₃·6H₂O、K₂HPO₄、六亚甲基四胺为反应试剂,以柠檬酸–柠檬酸钠作为缓冲溶液,通过调节溶液pH值控制AlPO₄的成核与生长速率,从而在富锂材料Li_1.167Ni_0.167Co_0.167Mn_0.5O₂颗粒表面均匀包覆AlPO₄。研究了不同AlPO₄包覆量对Li_1.167Ni_0.167Co_0.167Mn_0.5O₂正极材料电化学性能的影响。结果表明:1%(质量分数)AlPO₄     

溶胶-凝胶法制备富锂锰基材料

以乙酸盐为原料、柠檬酸为螯合剂,氨水调节pH,采用溶胶-凝胶法制备高容量的富锂锰基材料,并考察了滴加速度、压片处理和掺铌改性对富锂锰基材料性能的影响。通过X射线衍射和激光颗粒粒度分析表征了材料的晶体结构和颗粒组成,并制备纽扣电池,测试了材料的电化学性能。X射线衍射测试结果表明,材料具有完整的富锂锰基材料的晶体结构。压片处理和减慢滴加速度的材料首次放电容量为210 mA·h/g左右,而掺铌改性材料的首次放电容量是250 mA·h/g左右。压片处理和掺铌改性的材料在大电流下容量有所提高。通过优化合成富锂锰基材料的实验条件,为材料的量产提供了理论依据和工艺参数支持。