溶胶-凝胶法合成LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2及其性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了层状正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,XRD、SEM、EDS和电化学性能测试表明,850℃为最佳煅烧温度,在此温度下合成的材料具有ɑ-NaFeO2层状结构,结晶度最好,Ni、Co、Mn分布均匀。充放电测试在2.0～4.6 V,0.2 C的电流下,材料首次放电比容量为185.6 mAh/g,库伦效率为93.2%;经40次循环后,容量保持率为92.5%,且该材料具有优良的倍率性能。     

铷掺杂三元正极材料Li1-xRbxNi0.4Co0.2Mn0.4O2的制备及其电化学性能

采用共沉淀法制备了三元材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,掺杂不同比例铷进行改性,对其进行了结构表征,考察了其电化学性能. 结果表明,Li0.97Rb0.03Ni0.4Co0.2Mn0.4O2样品的结晶度较好,铷掺杂起到了稳定三元材料晶体结构的作用,有效改善了材料的电化学性能,5C倍率下放电比容量达130 mA?h/g.     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Co_(0.12)Mn_(0.52)O_2的溶胶-凝胶制备与电化学性能研究

以柠檬酸作为螯合剂,通过简单的溶胶-凝胶法制备了富锂层状氧化物Li1.2Ni0.16Co0.12Mn0.52O2纳米颗粒。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果显示:尺寸在100~300 nm的产物具有良好的六方层状结构。作为锂离子电池正极活性物质,在0.1C电流密度和2.0~4.7 V电压区间,Li1.2Ni0.16Co0.12Mn0.52O2电极的初始放电比容量为245.9 mAh·g-1;在0.5C的电流密度下,经过60次循环容量保持率达到97.3%;同时在5C这样高的电流密度下,放电容量也能稳定在115.8 mAh·g-1。     

金属离子浓度对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料结构及电化学性能影响研究

采用液相共沉淀+高温煅烧法制备正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,利用XRD、SEM及恒电流充放电等等分析手段,研究不同金属离子浓度合成镍钴锰酸锂前驱体对最终产品晶体结构、形貌及其电化学性能的影响。结果表明:金属离子浓度为2.0 mol/L时,所制备材料晶型层状结构发育完整,粒径分布均匀,球形度高且表面光滑,材料首次放电比容量达172.5 mAh/g,首次库伦效率为90.84%。     

钴、铝掺杂对Li_(1.1)Ni_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2结构和电化学性能的影响

采用草酸盐共沉淀法合成Li1.1Ni0.4Mn0.4Co0.15Al0.05O2正极材料,通过XRD分析,计算得出掺杂后晶胞体积收缩,层状结构更加稳定。恒电流充放电测试显示了其良好的充放电性能和循环稳定性。对于不同充电状态的EIS分析,显示其较小的电荷转移阻抗及较好的电荷转移动力学。     

钴掺杂对Li1.2Mn0.6Ni0.2O2电化学性能的影响

利用共沉淀法制备了锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.6Ni0.2O2和Li1.2Mn0.588Ni0.196Co0.016O2,并利用XRD、SEM和充放电测试对其晶体结构、形貌和电化学性能进行了表征.XRD结果表明:掺杂钴材料后,材料的层状结构保持完整,阳离子混排程度降低.电化学性能测试结果表明:掺钴材料的首次充放电效率和倍率放电性能明显优于Li1.2Mn0.6Ni0.2O2,且表现出较优的循环性能,其1、2、5C放电比容量分别为230.3、215.6、155.6 mA·h/g,1 C下循环50次的容量保持率为90.9％.     

正极材料LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2合成条件及电化学性能研究

采用溶胶凝胶法制备了LiNi0.7Co0.3O2。结果表明,煅烧温度为800℃、时间为12 h、Li/(Ni+Co)=1.05的正极材料LiNi0.7Co0.3O2具有α-NaFeO2型的六方晶体结构,在0.1 C下,首次充放电比容量分别为218.0 mAh/g和190.2 mAh/g,首次充放电效率为87.2%,经过20次循环仍有171.5 mAh/g,容量保持率为90.3%。     

一步固相法合成Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料的工艺优化

以球形前驱体Ni0.13Co0.13Mn0.54(OH)0.8以及Li2CO3为原料,用正交实验方法优化一步固相法制备Li1.2Ni0.133Co0.133Mn0.534O2正极材料的合成工艺,考察焙烧温度、焙烧时间以及锂盐过量分数等因素对材料电化学性能的影响,得到最佳工艺组合:焙烧温度850℃;焙烧时间18 h;锂盐过量分数2%。按最佳工艺合成的样品0.2 C、1 C首次放电容量分别为262.6 mAh/g和234.6mAh/g,且表现出良好的循环稳定性。     

Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2合成工艺对其结构和性能的影响

采用碳酸盐共沉淀法制备Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2。研究了前驱体合成温度、时间和焙烧温度、焙烧时间对材料结构和电化学性能的影响。测试结果表明,合成温度为40℃,时间30 h所得前驱体的振实密度和电化学性能较好。XRD测试结果表明,不同焙烧温度下得到的Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2均具有α-NaFeO2型层状结构。其中800℃下焙烧15 h得到的样品具有较好的层状结构和较低的阳离子混排程度。样品在2.8～4.3 V电压范围内,0.2 C放电倍率下的首次放电比容量最高可达159.1 mAh·g-1,循环50次后容量保持率为95.7%。     

锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的性能研究(Ⅰ)

采用共沉淀法和高温固相烧结相结合,合成了锂离子电池层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。采用ICP-AES元素分析方法、XRD和SEM对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的成分、结构和形貌进行了表征。SEM测试结果表明,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的形貌近似为球形,且颗粒分布均匀。并对其进行了充放电性能测试,结果表明:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在25℃、2.5～4.6 V、0.1 C倍率下,首次放电容量达189.32 mAh.g-1(锂为负极),C/LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在1 C、2.75～4.2 V下,初始放电比容量为145.5 mAh/g,循环100次后,容量保持率为98.41%。是一种有发展前景的锂离子电池正极材料。     

尖晶石型三元高电压正极材料的合成及其性能

LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）是一种有前景的下一代高能密度锂离子电池正极材料,但其中的锰离子溶解严重、容量衰减严重,阻碍了其应用。本工作通过水热-煅烧合成了LiNi_0.4Co_0.1Mn_1.5O₄（LNCMO）三元尖晶石型高电压复合材料,探究了煅烧温度和升温速率等制备条件对样品形貌和结构的影响。本文合成的LNCMO样品微观形貌呈类菱形结构,物相纯净,比表面积为3.72m²/g,平均孔径为11.60nm,放电电压接近4.75V,在20mA/g下初始放电比容量达143.90mAh/g,和LNCMO的理论比容量（146.71mAh/g）的比值达98%。根据XRD和XPS等表征分析可知,复合材料中的Mn⁴⁺比例较大,Mn³⁺较少,且合适的煅烧温度和升温速率避免了Li _x Ni_1-x O杂质相的生成,因此本文制备的材料相比LNMO材料结构稳定性增强,电荷转移阻力低,电性能尤其是比容量大幅提升。本文还对比了循环前后的样品,发现其物相基本一致,但高电流密度下形貌结构坍塌严重,影响了循环稳定性。本研究提供了一种有效制备三元高电压材料的策略。     

掺杂型尖晶石LiMn_(2-x)Mg_xO_(3.97)F_(0.03)(x=0.05,0.1)的合成与性能研究

采用"熔融浸渍法"合成了Mg和F共掺杂的不同温度下的锂离子电池正极材料Li Mn2-xMgxO3.97F0.03(x=0.05,0.1);煅烧温度为700,750和800°C。通过XRD对样品进行测试,样品为单一尖晶石结构的物相;并用SEM测试,对样品进行了形貌研究。用所制备的材料作为正极材料组装了模拟锂离子电池;在室温下进行恒电流充-放电性能测试,测试条件为3.3~4.3 V和0.2mA/cm2电流密度。随着材料制备温度的升高,电池的初始放电容量有逐渐增加的趋势,但充放电循环的容量损失也逐渐增加;氟掺杂量一定,镁掺杂量较多时,对应温度下煅烧的样品的结晶程度较好,样品的电化学性能也较好。在800下°C样品Li Mn1.9Mg0.1O3.97F0.03初始容量高达108 mAh/g,60次充放电循环后,其容量保持率高达81%,具有优良的循环稳定性能。     

高取向富锂正极材料的合成及电化学性能研究

以六亚甲基四胺（HMT）为导向剂,通过水热法,在不同温度下合成了六边形薄片状的高取向三元前驱体NixCoyMn1-x-y(OH)2,采用氯化钾与氯化钠的混合熔盐法对前驱体进行煅烧后得到高取向富锂正极材料。经X射线衍射、扫描电镜等表征,材料具有良好的层状结构,在(003)晶面具有很高的择优取向。电化学测试结果表明,在0.1C倍率下(20mA/g),材料的首次放电容量为282.5mAh/g;1C倍率下经30次循环放电容量从195.7 mAh/g降至178.8 mAh/g,容量保持率为91.4%;当倍率分别为2 C和5 C时,材料的放电容量分别为150.6 mAh/g和110.0 mAh/g。材料具有良好的循环稳定性和倍率性能。     

固相法合成高电压正极材料镍铬锰酸锂

5 V尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄以其高能量密度、价格低廉、无环境污染等特点被视为最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一。分别采用蔗糖、葡萄糖、柠檬酸3种不同碳源,通过固相混合、掺铬、球磨、高温煅烧制备出镍铬锰酸锂。通过XRD、SEM、粒度测量和电池充放电性能测试,对样品的结构、形貌、粒径、粒径分布及电性能等进行了分析。结果表明,加柠檬酸可制得粒径更细、粒径分布更窄的亚微米级的尖晶石型LiCr_0.2Ni_0.4Mn_1.4O₄,且其具有更好的电化学性能,在3.4～5.2 V、1 C下放电比容量可达149 mA·h/g,循环100次后容量保持率为98.0%。     

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的性能研究

富镍正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有高容量的优点,是锂离子电池正极材料最有潜力的材料之一。为确定最佳合成条件,本工作研究了合成温度对材料性能的影响,并详细分析了材料电化学性能衰减的原因以及循环过程中材料结构的变化。采用热重/差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的正极材料进行了物化表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,在低温段500℃保温4 h,高温段750℃保温14 h合成的正极材料NCM750在0.2 C首次放电比容量为186.2 mAh/g,首次充放电效率为82.5%,1 C放电比容量为185.1 mAh/g,100次循环后仍有175.2 mAh/g,容量保持率为95.2%。在此条件下合成的材料具有结构稳定,粒径均匀,电化学性能优异等优点,本工作对富镍正极材料的合成及结构变化进行研究,有助于加深对材料的了解。     

Effect of heat treatment on electrochemical characteristics of spinel lithium titanium oxide

Spinel structured LTO (lithium titanium oxide), Li₄Ti₅O₁₂, materials have gained renewed interest in electrodes for lithium-ion batteries. Powder precursors were mixed by HEBM (high energy-ball mill) and Li₄Ti₅O₁₂ was formed by calcinations at high temperature. The influence of excess Li on the structural characteristics of lithium titanium oxide was investigated. According to the XRD and SEM analysis, uniformly distributed Li₄Ti₅O₁₂ particles were synthesized. Li₄Ti₅O₁₂ had different characteristics due to the precursor sizes and the heat treatment temperatures. LTO from micro TiO₂ showed the highest discharge capacity at 750 °C for 12 h. LTO from nano TiO₂ showed the highest discharge capacity at 700 °C for 12 h. Lithium-ion battery with Li₄Ti₅O₁₂ anode and lithium metal cathode showed the capacity of 170 mAh/g at 1.0–3.0 V.     

工业废液中镍钴的回收及应用研究

探索了从废液中回收镍钴在空气气氛下合成锂离子电池正极材料 L i Nix Co1 - x O2 的方法和工艺。结果表明 ,合成材料的充放电性能都比较好 ,L i Ni0 .3Co0 .7O2 在 6 0 0℃ 6 h→ 75 0℃ 16 h时制得的产物初始充电容量达到 15 4.938m Ah· g- 1 ,接近用分析纯的镍钴原料合成的正极材料 L i Ni0 .3Co0 .7O2 的首次充电容量 (15 6 .146 m Ah· g- 1 )。采用镍钴废液合成锂离子电池正极材料 ,化害为利 ,经济可行。     

Structural characterization and electrochemical properties of Co<Subscript>3</Subscript>O<Subscript>4</Subscript> anode materials synthesized by a hydrothermal method

Cobalt oxide [Co₃O₄] anode materials were synthesized by a simple hydrothermal process, and the reaction conditions were optimized to provide good electrochemical properties. The effect of various synthetic reaction and heat treatment conditions on the structure and electrochemical properties of Co₃O₄ powder was also studied. Physical characterizations of Co₃O₄ are investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and Brunauer-Emmett-Teller [BET] method. The BET surface area decreased with values at 131.8 m²/g, 76.1 m²/g, and 55.2 m²/g with the increasing calcination temperature at 200°C, 300°C, and 400°C, respectively. The Co₃O₄ particle calcinated at 200°C for 3 h has a higher surface area and uniform particle size distribution which may result in better sites to accommodate Li⁺ and electrical contact and to give a good electrochemical property. The cell composed of Super P as a carbon conductor shows better electrochemical properties than that composed of acetylene black. Among the samples prepared under different reaction conditions, Co₃O₄ prepared at 200°C for 10 h showed a better cycling performance than the other samples. It gave an initial discharge capacity of 1,330 mAh/g, decreased to 779 mAh/g after 10 cycles, and then showed a steady discharge capacity of 606 mAh/g after 60 cycles.     

溶胶-凝胶-微波法制备阴阳离子同时掺杂型LiAl_xMn_(2-x)O_yF_z

以LiNO3、Al(NO3)3·9H2O、LiF和MnNO3为原料,通过控制n(Li)/n(Mn)和Al、F掺杂量,溶胶-凝胶-微波法在750℃下合成阴阳离子复合掺杂型Li1.00Al0.05Mn1.95O3.95F0.05电极材料。XRD实验证明Li1.00Al0.05Mn1.95O3.95F0.05为纯尖晶石结构。掺杂适量的Al可以改善材料的循环性能,掺杂氟不但可以不降低材料的初始比容量而且可以显著降低材料在高温使用时的容量损失。Li1.00Al0.05Mn1.95O3.95F0.05在室温条件下的首次放电比容量达到115mAh/g,循环50次后放电比容量仍保持在109mAh/g,即使在55°C的高温,50次的总容量损失率也仅有10.1%。     

焙烧温度对锰酸锂结构及电化学性能影响研究

采用高温固相法在不同温度下合成了正极材料锰酸锂。采用X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和恒流充放电测试研究了不同温度下合成的锰酸锂样品的结构、形貌及电化学性能。结果表明：在850 ℃时合成的样品具有最佳的电化学性能,在0.1 C（1 C=148 mA·h/g）的充放电倍率下,首次放电比容量为120.7 mA·h/g,经过20次充放电循环后容量保持率为95.2%。