锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的改性研究进展

高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)具有平台电位高、能量密度大、成本低等优点,在动力锂离子电池市场具有广阔的应用前景。然而,该材料存在阳离子混排、表面不稳定、热稳定性差等缺点,导致电池在使用过程中出现容量衰减快、循环性能差、安全性能低等问题,严重阻碍了其大规模应用综述了NCM811材料的结构特征、存在问题及改性研究进展,重点介绍了离子掺杂、表面包覆、结构设计等改性方法对其电化学性能的影响,并展望了其未来发展趋势和应用前景。     

锂离子电池正极材料Li1.12Ni0.8Mn0.1Co0.1O2的制备及电化学性能研究

采用高温固相法制备样品Li1.12Ni0.8Mn0.1Co0.1O2,采用XRD(X-ray diffraction)、SEM(Scanning electron microscope)、CV(Cycle voltammograms)和充放电循环等测试分析了材料的物理化学性质及电化学性能。XRD分析表明在合成温度为800℃时,所合成的产物为α-NaFeO2型的层状结构;SEM分析表明在合成温度为800℃时,产物为微小晶粒团聚成的球形颗粒。在40mA/g和2.5~4.3V的电压范围内,其首次放电比容量为184.1mAh/g,首次放电效率为85.9%。随着充放电次数的增多,材料的不可逆放电容量逐步减小,循环稳定性增强。循环20周后放电比容量仍能达到171.7mAh/g,容量保持率为93.26%。测试结果表明,800℃合成的正极材料Li1.12Ni0.8-Mn0.1Co0.1O2具有较高的放电比容量和优异的电化学稳定性。     

不同碳源包覆高电压LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备及其电化学性能

LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料由于其高电压、无钴和高能量密度优势而受到关注,但高电压下易受电解液腐蚀,循环稳定性差限制了其进一步应用。本文采用低温自蔓延法制备出高电压LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料,再使用不同糖类作为碳源进行包覆改性研究。结果表明,在400℃/Air条件下,以壳聚糖为碳源制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄复合材料性能明显改善,在148 mA·h/g下循环400次后放电比容量仍有113.3 mA·h/g,容量保持率为91.07%。这主要归功于材料表面裂解的碳层提高了材料的导电性,缓解了电解液的侵蚀,降低了电极反应极化,提高了锂离子扩散速率。本文利用廉价的糖类作为碳源,合成工艺简单,为镍锰酸锂的应用提供了新的思路。     

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。     

高性能LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的合成及其电化学性能

通过改变煅烧过程中的气氛条件,以简单的固相法合成工艺获得了优异性能的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)材料,并探究了不同O₂流量对样品的结构和电化学性能的影响。结果表明,当O₂流量为0.1 L/min时,所合成的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品具有最低的阳离子混乱程度和较大的晶面间距。该样品在1 C、4.3 V下循环100次后的放电容量为174 mA·h·g?1,容量保持率高达98.3%;在更高的2 C倍率下循环100次后的保持率也达96.8%,并在高截止电压条件下表现良好。从实验结果还可得出,过低的O₂流量不利于Ni2+转化为Ni3+,从而造成较高的阳离子混排度,而过高的O₂流量则会使所合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料的晶胞体积减小,不利于Li+的脱嵌。      

锂电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备与性能

运用"溶胶-喷雾干燥-煅烧"新技术合成了正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了煅烧温度对所制材料结构和电性能的影响。结果表明,在750~850℃都可制备得到纯相LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。其中,800℃所合成样品具有适宜的晶粒大小、最佳的晶化程度和阳离子有序度,最小的电荷传递阻抗,最大的锂离子扩散系数和最佳的电化学表现。该样品0.2C首次放电容量达到189.1mAh·g-1,以5C循环的放电比容量仍可达到136mAh·g-1,第30周0.2C放电容量达初始容量的97.5%,显示出高容量、良好的倍率与循环性能。     

高电压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的研究进展

尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池正极材料具有高的放电电压,高的能量密度,优异的倍率性能和循环性能的优势,极有可能成为下一代的锂离子电池正极材料。阐述了锂离子电池正极材料5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的结构、主要制备方法,介绍了离子掺杂、表面包覆等提高材料结构稳定性,改善高温高倍率循环性能的改进手段,并简述了此材料的产业化现状,展望了发展前景。     

正极材料LiM0.9Ti0.1O2(M=Ni,Co)的合成及表征

利用溶胶-凝胶预处理固相方法合成了锂离子电池正极材料LiM0.9Ti0.1O2(M=Ni,Co),通过XRD对合成的材料进行结构分析,并将其组装成电池进行了电化学测试,对两种材料LiN0.9Ti0.1和LiCo0.9Ti0.1进行了比较.结果发现,LiCo0.9Ti0.1O2的结构和性能要好于LiNi0.9Ti0.1O2,根据实验结果对其原因进行了初步的分析.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

以Ni(CH3COO)2·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,分别在400、500℃分解3、7h得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源Li2CO3混匀,在800℃煅烧12h,600℃退火24h得到LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。XRD、SEM、EIS和恒流充放电测试结果表明,在400℃、7h制备的前驱体与Li2CO3合成的LiNi0.5Mn1.5O4性能最佳。室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%;以1C倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。     

高镍正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的研究进展

高镍正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)由于比容量高、价格低等优点,被认为是最有前景的正极材料之一。在介绍NCM622存在的问题的基础上,分别从合成方法、改进措施等方面进行总结,并对NCM622的未来发展进行展望。     

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%。     

无钴镍基正极材料LiNi0.7Mn0.3O2 氟掺杂改性研究

以硫酸盐为原料,采用共沉淀-固相反应法成功制备了LiNi_(0.7)Mn_(0.3)O_(2-x)F_x(x=0,0.01,0.02,0.03)正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)、充放电测试等系统地研究了F掺杂对无钴镍基正极材料LiNi_(0.7)Mn_(0.3)O_(2-x)F_x(x=0,0.01,0.02,0.03)结构和电化学性能的影响。X射线衍射结果表明,所有样品均具有典型的α-NaFeO_2层状结构,随着F掺杂量的增加,材料晶胞体积逐渐增大;扫描电镜结果显示,F掺入使材料的一次颗粒形状更加规则、均匀、致密,且尺寸更大、结晶度更高。X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,F掺入之后,材料中二价镍的含量增加,其他元素的化合价保持不变。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)曲线数据证实掺适量F可以减小电池的电化学转移内阻(Rct)和电极的极化作用。F掺杂虽然减小了材料的首次放电容量,但提高了材料的首次库伦效率和循环稳定性。     

锆、钛复合掺杂锂钴氧化物正极材料制备及电化学性能研究

以碳酸锂、氧化钴为主要原料,掺入化学计量的超细二氧化锆、超细二氧化钛,按球料比3:1,在转速500r/min经1h行星式球磨后,经900℃固相烧结制备了锂离子电池正极材料LiCo0.9Zr0.03Ti0.07O2,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料的结构与形貌进行了研究,结果表明Li0.9Zr0.03Ti0.07O2与LiCoO2一样具有六方层状结构.在0.2C倍率下材料的初始放电容量达147mAh/g,2C倍率下初始放电容量达140.5mAh/g,3.6V放电平台比例达89.6%,500次循环后容量衰减7.5%,材料大电流放电性能好、循环寿命长.     

锂离子电池正极材料LiNiO2的制备和性能研究

本文介绍了以氢氧化锂和氢氧化镍为原料通过高温法合成镍酸锂的方法, 并讨论了合成条件对产物电化学性能的影响. 实验结果表明, 合成反应温度、反应时间、Li/Ni摩尔比对镍酸锂电化学性能有较大的影响, 合成出具有电化学活性的镍酸锂需要严格控制反应条件. 本文合成出具有高结晶层状结构的镍酸锂, 其放电容量可达140mA     

不同HLB值的表面活性剂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响

表面活性剂在材料制备中具有控制形貌和改善性能的重要作用,本工作试图建立一种表面活性剂的亲水亲脂平衡(HLB)值与材料之间的关系。采用水热法制备LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂选用不同HLB数的表面活性剂诱导和控制正极材料的形貌,获得优异的性能。为了改性三元层状材料,分别使用不同HLB值的脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(Span60)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面活性剂。四组材料的首次放电比容量分别为184.1 mAh/g、199.4 mAh/g、179.1 mAh/g和139.1 mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNiO2的制备和性能研究

本文介绍了以氢氧化锂和氢氧化镍为原料通过高温法合成镍酸锂的方法,并讨论了合成了条件对产物电化学性能的影响。实验结果表明,合成反应温度,反应时间,Ｌｉ／Ｎｉ摩尔比对镍酸锂电化学性能有较大的影响,合成出具有电化学活性的镍酸锂需要严格控制反应条件。     

Li+掺杂提升高钠P2-Na0.85Mn2/3Ni1/3O2正极材料的电化学性能

P2型层状氧化物正极材料在充放电过程中容易产生Na⁺/空位有序性和P2到O2/OP4相位转变,导致多个充放电平台。低钠P2型层状氧化物在深度脱钠时容易造成材料结构不稳定,限制了可逆容量。这些缺陷造成P2型层状氧化物正极材料倍率性差和容量快速衰减。为了抑制Na⁺/空位有序性和相位转变,采用溶剂热法结合Li⁺掺杂(0,0.05%,0.1%,0.15%摩尔分数)制备出了无多个电压平台和无相位转变的P2型Na_0.85Mn_0.6Ni_0.3Li₀₁O₂(NMNL-0.1)层状氧化物正极材料。NMNL-0.1正极材料在2 C电流密度下进行200次循环后的容量保持率为83%,而未掺杂锂的P2型Na_0.85Mn_2/3Ni_1/3O₂(NMN)样品的容量保持率为30%。在20 C电流密度下NMNL-0.1正极材料的放电比容量为62.5 mAh·g<...     

5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx的高温固相法制备与表征

通过高温固相法合成了5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0、0.025、0.05、0.075和0.1),采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试探讨了煅烧温度与F掺杂量对产品结构与性能的影响。XRD与SEM分析结果表明,产品相纯度、晶粒发育、颗粒形貌大小主要受煅烧温度与F掺杂量的影响。掺杂量x为0.05～0.075,且煅烧温度为850℃时,所制产品为纯尖晶石相,晶粒发育完善,粒径大小适中且分布均匀。电化学测试结果显示,所有样品都表现出较好的循环稳定性,但F掺杂提高了LiNi0.5Mn1.5O4的容量与倍率特性。其中,F掺杂量x=0.05的样品具有最小的膜阻抗和电荷传递阻抗,表现出较高的容量与最佳的高倍率性能,其0.2C放电容量为128.5mAh.g-1,循环40周后其2C容量仍达0.2C容量的93.8%。未掺杂样2C容量只有0.2C容量的71.8%。     

炭黑包覆Al2O3掺杂LiMn2O4正极材料的研究

使用醋酸锂、醋酸锰和氧化铝为原料,采用高温固相法合成掺杂Al离子的LiMn2O4二级产物。合成化学计量比为n(Li)∶n(Mn)∶n(Al)=1.3∶1.9∶0.1。首次烧结温度450℃,烧结时间4h;二次烧结温度750℃,煅烧时间为40h。合成样品采用XRD进行材料表征。测试结果表明:合成样品为尖晶石结构,结晶度较高。所得样品使用炭黑包覆处理,并制成实验性电池,对其进行交流阻抗测试(EIS)分析、循环伏安特性(CV)测试、充放电及循环性能测试分析。实验结果表明:包覆后的正极材料改善了LiMn2O4的大电流充放电性能,该材料在0.5C的首次放电比容量为93mAh/g;包覆材料增强了在大电流充放电下的容量保持率,极大地改善了电池的循环性能,该材料在充放电倍率为0.2C时,32次循环后的容量保持率为92.5%。     

纳米Al2O3掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响

为提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的循环性能和倍率性能,采用在底液中添加纳米Al2O3的方法,在氢氧化物共沉淀法制备前驱体过程中进行铝元素掺杂,并考察了铝掺杂量对材料形貌和电化学性能的影响。电化学性能测试结果表明,当铝掺杂量为0.02(n Al:∶n Li=0.02)时,在电压范围2.7~4.2V和0.2C倍率下,循环50次后容量保持率高达95.7%,高于未掺杂的81.5%,同时材料的倍率性能也明显提高。