锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究现状

锂离子二次电池的研究不断深入,高电位正极材料的研究正日益受到重视。新型锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4嵌锂电位高达4.7V,能量效率高,循环性能好,在电动汽车、航空航天等领域具有良好的发展前景。综述了LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法及近年来在提高其电化学性能方面的研究进展。     

掺杂Fe3+对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及性能研究

以Li(CH3COO).2H2O、Ni(CH3COO)2.4H2O、Mn(CH3COO)2.4H2O和H2C2O4.2H2O为原料,聚乙二醇20000为分散剂,采用化学合成法制备了具有立方尖晶石结构的锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4。通过XRD、SEM和充放电测试对样品进行表征。850℃下焙烧制备的LiNi0.5Mn1.5O4样品电化学性能最佳,在3.5～4.9V电压范围内以0.2、0.5、1、2和5C充放电,其首次放电比容量分别为132.9、117.3、111.2、104.8和91mAh/g,20次循环后容量保持率分别为93.2%、98.9%、97.4%、97.3%和95.5%。     

还原剂水合肼对LiNi0.5Mn1.5O4结构及性能的影响

在用二次干燥共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入还原剂水合肼,对前驱体进行还原处理,进而对比还原处理与不加还原剂的样品在结构和电化学方面的区别。实验结果发现,还原处理的前驱体所制备的LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远高于不加还原剂的样品,而且还原处理的前驱体所制备的正极材料在高温条件下(55℃)电化学性能保持较好,50次充放电循环后容量保持率更高。X粉末衍射(XRD)和扫描电镜测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体所合成的样品具有较好的结晶度,晶粒呈规则的八面体形貌,杂质含量很少;而未处理的前驱体所合成的样品则含有少量的杂质,结晶度较差。研究结果表明,添加还原剂水合肼对所制备的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的结构和性能有较好的促进作用,对进一步的改性研究具有重要的指导意义。     

LiODFB基电解液与高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的相容性

研究了草酸二氟硼酸锂(LiODFB)基电解液与锂离子电池高电压正极材料锰酸镍锂(LiNi0.5Mn1.5O4)的相容性,结果表明:在25℃和60℃,以LiODFB和六氟磷酸锂(LiPF6)为电解液的LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池的CV曲线都具有单一的氧化还原峰,电池的可逆性优良,且LiODFB电池的循环性能优于LiPF6电池。在25℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为126.3 mAh·g-1、131.6 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为97.1%、94.7%;在60℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为132.6 mAh·g-1、129.1 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为94.1%、81.7%。电化学阻抗谱也表明:在60℃,LiODFB电池的阻抗比LiPF6电池的小,LiODFB电池具有更好的高温充放电性能。     

溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiNi0.05Mn1.95O3.95F0.05及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成了不同温度下的锂离子电池正极材料LiNi0.05Mn1.95O3.95F0.05.使用X射线衍射对合成材料的结构进行了表征.考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响.随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差.在750℃T烧结温度12h得到了性能较好的LiNi0.05Mn1.95O3.95F0.05,首次放电比容量为109.7mAh/g,50次循环后,其放电比容量仍保持在101.6mAh/g,适合作为锂离子电池的正极材料.     

LiFePO4-LiNi1/3Co（1/3）Mn1/3O2混合材料对锂离子电池性能的影响

通过流变相辅助高温固相碳热还原法及碳酸共沉淀法合成了LiFePO4/C复合材料及三元系锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。将二者按一定比例经强力搅拌混合均匀,获得均匀的共混锂离子电池用正极材料。通过循环充放电测试、交流阻抗测试等研究了混合比例对混合材料电化学性能的影响。实验结果表明LiFePO4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2通过混合,二者之间产生较强的协同作用,从而实现二者之间的优势互补。并且当混合比例为1∶2时,混合电极具有较好的低温性能、倍率性能及循环稳定性和较高的平均放电平台电压及比能量密度。     

Mo~(6+)掺杂对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料脱锂动力学的影响

采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4及其掺杂材料LiMn1.4Ni0.55Mo0.05O4,并采用电化学阻抗(EIS)研究了材料充电态的锂离子嵌脱动力学。结果表明,Mo的掺杂降低了LiNi0.5Mn1.5O4材料的电荷转移电阻,提高了其电导率,进而提高了其动力学性能。Mo掺杂减小LiNi0.5Mn1.5O4材料的SEI膜厚度,有利于锂离子的可逆脱嵌,进而提高了其电化学性能。LiNi0.5Mn1.5O4及其掺杂材料LiMn1.4Ni0.55Mo0.05O4的界面电容(Cdl)值差别不大,说明Mo掺杂后,并没有影响电极材料的表面积或形貌。     

基于文献计量和关键词的锂离子电池正极材料的研究进展

采用文献计量分析方法研究了各种锂离子电池正极材料的研究进展,并结合市场、基金资助情况进行了详细论述,然后基于关键词定量、定性地论述了主要正极材料的技术热点。结果表明,LiCoO2、LiMn2O4仍是锂离子电池研究的热点,LiFePO4在近五年中增长迅速,成为研究最热的材料;LiNi0.5Mn1.5O4、V2O5、LiV3O8、Li3V2-(PO4)3年度论文增长迅速,与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2一起成为今后几年研究中最有潜力的材料。LiNiO2、LiMnO2、LiNi1/2Mn1/2O2则因其性能原因成为最没有发展前景的正极材料。     

锂离子电池正极材料LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3O2的研究进展

介绍了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构,综述了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的正极材料制备与改性及其电化学性能研究,并对其应用前景进行了展望.     

球形LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2的合成及其电化学性能

以化学共沉淀法制备的球形Ni0.5-xCo2cMn0.5-xCO3（x=0.075,0.1,1/6）为前驱体合成了球形锂离子电池正极材料LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2（x=0.075,0.1,1/6）,研究了钴含量对LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2的物理性能和电化学性能的影响.SEM研究表明,球形LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2由许多一次颗粒构成,随着钴含量的增加,产物中一次颗粒增大.XRD分析表明,LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2均为具有层状结构的纯相物质.电化学性能测试结果显示,LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2随着钴含量的增加,材料的充放电容量提高,且循环性能变好：0.2C倍率下、2.7～4.3V的电压范围内,LiNi0.425CO0.15Mn0.425O2的放电比容量为145mAh·g^-1、LiNi0.4CO0.2Mn（0.4）O2为150mAh·g^-1、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为158mAh·g^-1,循环50周期后LiNi0.425CO0.15Mn0.425O2和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的容量衰减率在3%以内,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2容量无衰减.交流阻抗测试结果表明,随着钴含量的增加,材料阻抗值减小.     

混料工艺对固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO为原料,用固相法合成了5V尖晶石结构的LiNin5Mn1.5O4正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试,研究不同混料工艺对固相法合成的高电压正极材料LiNi0.Mn1.5O4电化学性能的影响.结果表明:采用高速球磨混料方式易获得具有优异电化学性能的样品;球磨时间一定,随着球磨转速增加,合成样品的比容量呈先增加后减小的趋势:转速为350r/min时合成的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能最佳,0.2C倍率下,首次放电比容量为125.3mAh/g,100次充放电循环后放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为94.7％.     

以Mn3O4为前驱体的LiMn2O4及其电化学性能

对传统的固相反应进行了改进,以控制结晶法合成出来的Mn3O4为前驱体,和LiOH混合煅烧,制备出锂离子电池正极活性材料尖晶石LiMn2O4。对由此方法得到的尖晶石LiMn2O4的结构和电化学性能进行了研究。通过X线光衍射和扫描电镜分析表明,该材料为纯相尖晶石LiMn2O4,不含其它杂质相,而且晶粒大小比较均匀;通过电化学性能测试表明,该尖晶石LiMn2O4具有良好的电化学性能：其首次放电比容量为128mAh/g,经过10次充放电循环后,其放电比容量仍有124mAh/g。     

溶胶-凝胶法制备LiCr0.03Mn1.97O3.95F0.05及其电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了锂离子电池正极材料LiCr0.03Mn1.97O3.95F0.05.使用X射线衍射、扫描电子显微镜对合成材料的结构及物理性能进行了表征.将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响.随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差.在750℃下烧结温度12h得到了性能较好的LiCr0.03Mn1.97O3.95F0.05,首次放电比容量为120.9mAh/g,35次循环后,其放电比容量仍保持在111.8mAh/g,适合作为锂离子电池的正极材料.     

碳酸盐溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4

以聚丙烯酸和碳酸盐(Li:Ni:Mn＝1.05:0.5:1.5)为主要原料,用溶胶-凝胶法合成了LiNi0.5Mn1.5O4.用X射线衍射、DSC-TGA、SEM和恒电流充放电技术研究了工艺条件对材料结构、微观形貌和电化学性能的影响.碳酸盐溶胶-凝胶法可以制备单相尖晶石结构LiNi0.5Mn1.5O4,其放电比容量高达134 mAh/g,经45次循环后仍然可保持初始放电容量的98%.     

LiNi0.9Co0.1O2正极材料的EDTA络合法合成及其性能研究

采用络合法制备了锂离子电池的活性正极材料LiNi0．9Co0．1O2粉体，实验表明合成的LiNi0．9Co0．1O2粉体结晶良好，层状结构发育完善．电池充放电测试结果表明，其容量及循环性能与LiNi0．9Co0．1O2粉体的合成温度有关，其中900℃合成得到的LiNi0．9Co0．1O2材料具有最好的电化学性能，首次放电比容量高达120．5mAh／g，循环30次后可逆放电比容量仍高达118．8mAh／g，容量损失仅为1．4％．文中对容量退化的原因进行了分析．     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成及其电化学性能

以自制(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2为前驱体,采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2-Mn0.4O2,采用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料结构和形貌进行了表征,表明所得材料外观为球形,具有典型的α-NaFeO2层状结构,循环伏安、恒电流充放电测试表明,800℃下合成的材料具有最优的电化学性能,首次放电比容量达161.8mAh/g。     

锂离子电池Li2MSiO4系正极材料研究进展

硅酸盐体系锂离子电池材料是新一代高性能锂离子电池正极材料选择之一,是值得研发的先进电池材料。综述了锂离子电池Li2MSiO4(M=Fe,Mn)系列正极材料的国内外最新研究进展。重点对该系列正极材料的合成方法、结构特点及电化学性能进行了总结和探讨。     

Al-F复合改性LiMn2O4的结构和性能

通过固态反应制备了尖晶石型锂锰氧化物LiAl0.2Mn1.8O4-xFx锂离子电池正极材料,采用XRD、EDS等测试对其进行了表征,并测试了样品的电化学性能.结果表明,合成的LiAl0.2Mn1.8O4-xFx(0≤x≤0.3)样品为单一的尖晶石结构;随着F-含量的增加,晶胞参数增大;一定量的Al3 和F-复合改性提高了材料的比容量,增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的高温循环性能.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5FexMn1.5-xO4的电化学性能

以醋酸锂、醋酸锰、醋酸镍、草酸铁为原料,采用溶胶凝胶法制备出了4.6 V高电位材料LiNi0.5-FexMn1.5-xO4。合成化学计量比为n(Li)∶n(Mn)∶n(Ni)∶n(Fe)=1.3∶1.5-x∶0.5∶x(x=0,0.02,0.03,0.04)。在空气条件下于450℃下煅烧6h,再于800℃下烧结18h。对合成的材料用X射线衍射仪分析晶体结构和用扫描电镜(SEM)观察微观形貌,对电池进行首次充放电测试和循环效率测试。实验结果表明,LiNi0.5FexMn1.5-xO4三元正极材料为立方晶系,Fd3m空间群。以其为正极材料组装的锂离子电池在x=0.03时,充放电比容量为126mA·h·g-1。