掺Al对LiNi0.85Co0.15O2结构、电化学性能和热稳定性的影响EI北大核心CSCD

采用高温固相法对正极材料LiNi（0.85）Co（0.15）O2进行Al掺杂,研究了Al及其含量对材料结构、电化学性能和热稳定性的影响。结果表明：Al可进入LiNi（0.85）Co（0.15）O2晶格,占据Ni原子位置。随着掺Al量增加：材料的晶胞参数a降低、c增大、阳离子混排程度先增加后减小,晶体密度减小;电极极化逐渐增强,放电比容量依次降低,循环性能明显改善,热稳定性提高。Al掺量为5%时,LiNi（0.85–x）Co（0.15）AlxO2综合性能达到最优。掺Al不能抑制LiNi（0.85–x）Co（0.15）AlxO2在电化学循环中由H1到H2相转变,但有利于稳定材料的H2相结构,从而提高材料的综合性能。     

碳纳米管包覆LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2纳米纤维制备及其电化学性能研究

采用静电纺丝技术结合低温固相煅烧合成了中空多孔的LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维,并通过球磨方式实现了碳纳米管表面修饰LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维。采用TG-DTA、XRD、SEM等分析手段,对合成样品的煅烧温度、物相结构和微观形貌进行表征,然后对其综合电化学性能进行研究。结果表明:CNT表面修饰LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维可显著改善材料的综合电化学性能。其首次放电比容量达到242.8m Ah/g,1C循环50次后容量保持率达到91.61%,2C倍率放电比容量达到165.8m Ah/g。CNT独特的管状结构,促进了LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维比容量的发挥,同时为循环过程中电极体积变化提高缓冲层,改善了材料的电子电导率,结合LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维中空多孔结构为锂离子快速扩散提供了通道,从而实现了LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2纳米纤维比容量、倍率和循环性能的显著提高。     

Li_2ZrO_3包覆LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的复合材料及其电化学性能

以Zr(NO_3)_4·5H_2O和CH_3COOLi·2H2_O为原料,采用湿化学法,将Li_2ZrO_3包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2锂离子电池正极材料的表面,研究Li_2ZrO_3不同包覆比例对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li_2ZrO_3层均匀地包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%(质量分数)Li_2ZrO_3包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g~(-1)、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g~(-1),其容量保持率达到91.77%,表现出良好的循环稳定性。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试结果表明,Li_2ZrO_3包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应,减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗,从而提高了材料的电化学性能。     

B2O3包覆增强LiNi0.82Co0.15Al0.03O2的电化学性能

采用机械融合的方法制备了氧化硼包覆LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2的正极材料,讨论了氧化硼包覆层对正极材料的表面形貌,晶体结构以及电化学性能的影响。扫描电镜(SEM)与X射线光电子能谱(XPS)的分析结果表明,氧化硼成功的覆盖在LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2颗粒表面。电化学测试表明包覆物有效减缓了循环过程中的电荷转移电阻,因此循环性能,倍率性能都有所改善。氧化硼包覆量0.75%的电化学性能最好,与未包覆的材料相比,室温下在1 C电流密度下循环100圈容量保持率由75.6%上升至86.3%,在5 C电流密度下的可逆容量高达114.2 mAh·g~(-1)。EIS结果表明包覆层B_2O_3降低了表面的电荷转移电阻。     

Li_3VO_4修饰富镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料的电化学性能

采用湿法融合技术及高温固相法合成Li_3VO_4包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法研究材料的结晶相、形貌、微观结构。研究表明,Li_3VO_4均匀地包覆在Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O_2表面,未改变原材料的材料结构和形貌,包覆层厚度为1～2 nm。不同含量的Li_3VO_4对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料进行修饰研究表明,3%(质量)Li_3VO_4包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2在1 C下100次循环后容量保持率为94.13%,具有最佳的倍率性能和循环性能。此外,循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)分析表明,Li_3VO_4能提高Li+电导率,抑制活性材料与电解液之间的副反应,提高材料的电化学性能。     

Co_3O_4包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电性能的影响

采用湿化学法,对高镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2进行不同比例的Co_3O_4表面包覆改性研究。利用XRD、SEM、TEM等测试手段对包覆前后样品的晶体结构和表面形貌进行了表征,并对各样品的电化学性能进行了测试。其中0.5%(wt)Co_3O_4包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2样品表现出最佳的首次充放电性能、循环性能和高温稳定性能。在55℃下循环180圈后,仍具有142.9 mA·h·g~(-1)的放电比容量,容量保持率为63.7%。同时借助电化学阻抗(EIS)测试对改性的原因进行了分析。     

LiMn_2O_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2混合正极材料性能研究

将商业化尖晶石材料Li Mn2O4(LMO)和层状三元正极材料LiMn_2O_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)按照一定比例混合,考察混合工艺对两种电极材料结构和电化学性能的影响。结果表明,球磨后混合材料的粒径减小;同时LMO的引入改善了NCA的循环稳定性和倍率性能,当LMO∶NCA的混合配比为7∶3时,混合材料具有最佳的性能,其50次循环后的容量保留率为94.89%,5 C倍率下的放电容量为90.2 m Ah/g;充放电测试表明球磨混合材料循环性能稳定,50次循环后容量保持率较高;球磨混合也改善了NCA的高倍率性能。     

锂离子电池三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备方法及其改性研究进展

三元正极材料(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)具有较好的安全性能和循环性能,兼顾了其它二元电极材料的诸多优点,成为目前高性能锂离子电池正极材料的研究重点之一,其市场占有率已经超过40%。详细叙述了近年来国内外对三元正极材料的制备和改性所做的研究,着重介绍了其高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等制备方法及掺杂、包覆改性方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响,以及这些改性方法存在的问题。     

高能量密度锂离子电池LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料改性的研究进展

镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2,NCA)因具有高能量密度、高性价比等优点,被视为最具发展潜力的动力锂电池正极材料.但NCA在使用过程中安全性、循环稳定性、高温性能较差,需要通过离子掺杂、表面包覆等方式改性,以改善材料的电化学性能.本工作对NCA的改性研究进行总结,并展望了未来的研究方向.     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5~4.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5⁴.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

晶粒大小对LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2电极材料性能的影响研究

以Li、Ni和Co等金属离子与柠檬酸和纤维素配位,制成柠檬酸-纤维素前导化合物,再合成不同粒径的LiNi0.8Co_(0.2)O_2材料粉末。通过BET、FTIR和SEM等方法对所制备的LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2材料进行表征分析,探讨了粒径大小对电极材料电化学性能的影响。结果表明:比表面积随粒径的增大而降低,放电电容量随着粒径的减小而增加,放电电容量可达到115.8mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

MgO掺杂Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷的制备及介电性能

首先研究了Ti缺失和过量对Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4+x)O_(12)陶瓷粉体(x=-0.005～0.020)相结构的影响,再采用传统固相法制备了MgO掺杂(0～25 mol%)Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷,主要研究了MgO含量变化对Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷晶相结构、显微结构和介电性能的影响。结果表明:x=-0.005～0.005时有少量的CuO杂相存在,当x=0.010时得到了单一的类钙钛矿结构,Ti含量进一步增加出现了少量的TiO_2杂相;随着MgO掺量的增加,晶粒尺寸逐渐增大,在MgO掺量为1 mol%时,体积密度达到最大为4.98 g/cm~3,相对密度为98.76%。陶瓷的室温介电常数和介电损耗均是先增大后减小,在MgO掺量为5 mol%时,陶瓷的介电常数达到最大值1.01×10~5(10 kHz),介电损耗为0.183。在40～100 kHz频率范围内,介电常数均在4.78×10~4以上,具有良好的频率稳定性。     

Co_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷组织与电性能的影响

以传统固相烧结合成法制备出Co_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3-xCo_2O_3(BCZT-xCo,x=0~0.15 wt%)。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及其他分析方法研究Co_2O_3掺杂量对制备的BCTZ无铅压电陶瓷的压电性能、介电性能、相组成以及微观结构的影响。结果表明,所有样品均具有纯钙钛矿相结构。随着Co_2O_3掺杂量的增加,晶粒尺寸、介电损耗tanδ、压电系数d_(33)和平面机电耦合系数k_p逐渐减小,而介电常数ε_r逐渐增加。当x=0 wt%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳压电性能:d_(33)=420 pC/N,k_p=40%;x=0.15%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳介电性能:ε_r=5,100,tanδ=1.4%。     

废旧正极材料溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的研究

以废旧NiCoMn三元材料为原材料,采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备出优良的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极三元复合材料,用XRD、SEM和充放电测试等方法对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征,并研究了煅烧温度的影响。结果表明,制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2不仅具有较好的层状结构,还具有多孔的特性;在2.75~4.30 V测试条件下,900℃合成的样品的首次放电容量为169.4 m Ah/g,库伦效率约为88.6%,经过30次循环后,0.2 C倍率下的容量保持率为95.5%,具有最高的比容量和较好的循环性能。     

高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4锂离子电池阻燃电解液的研究

研究了甲基磷酸二甲酯(DMMP)含量对1 mol/L Li PF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,并首次将含DMMP的阻燃电解液应用于高压材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中。结果表明,加入DMMP添加剂后电解液的热稳定性得到提高,但是该添加剂电解液的电导率有所降低。研究了DMMP对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4扣式电池的电化学性能的影响,循环伏安测试表明,几乎不影响电解液在高压条件下的使用,充放电测试结果表明,DMMP的使用会降低电池的循环性能,当DMMP含量为5%时,对电池的循环性能影响较小。此外,交流阻抗(EIS)分析表明,DMMP对循环性能影响的主要原因是内阻随着循环的增加而增大。     

PVP辅助LiMn_2O_4包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用湿法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助尖晶石型LiMn204包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2复合正极材料(LMO@NCM)。以X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术对正极材料的晶体结构、形貌进行表征。采用充放电测试、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)研究正极材料的电化学性能。结果表明,乙酸锰添加量为1.0%(质量分数)的LMO@NCM正极材料具有高容量、良好的倍率与循环性能。该样品0.2C首次放电容量达182.7 mAh/g,在0.5C倍率下循环50次后其容量保持率为83.7%。PVP辅助的尖晶石型LiMn_2O_4包覆层提高材料的电子导电率,抑制了电极界面的副反应,进而提高了材料的电化学性能。     

高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4锂离子电池阻燃电解液的研究

研究了甲基磷酸二甲酯(DMMP)含量对1 mol/L Li PF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,并首次将含DMMP的阻燃电解液应用于高压材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中。结果表明,加入DMMP添加剂后电解液的热稳定性得到提高,但是该添加剂电解液的电导率有所降低。研究了DMMP对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4扣式电池的电化学性能的影响,循环伏安测试表明,几乎不影响电解液在高压条件下的使用,充放电测试结果表明,DMMP的使用会降低电池的循环性能,当DMMP含量为5%时,对电池的循环性能影响较小。此外,交流阻抗(EIS)分析表明,DMMP对循环性能影响的主要原因是内阻随着循环的增加而增大。     

高功率型异质结构尖晶石/层状正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2制备及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法制备了一系列(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)异质结构的尖晶石/层状复合正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了系统研究。结果表明,x=0.2的材料具有最佳的高倍率性能和长循环稳定性。在2.7~4.5 V,1C下循环100次后(1 C=180 m A?g~(-1)),放电比容量为144 m Ah?g-1,容量保持率为92%;在10 C时的放电比容量仍能达到126 m Ah?g~(-1),相比于原始LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的放电比容量(73 m Ah?g~(-1))有较大提高。此外,该材料的储能能力也非常突出,在0.1和10 C时的比能量密度分别为733.44和437.21 W×h?kg~(-1)。