纳米中空球状高电位LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其电化学性能

以NiCl_2·6 H_2O和MnCl_2·4 H_2O为原料,采用溶剂热法可制备出Ni_(0.5)Mn_(1.5)(CO_3)_2前驱体,将前驱体进行空烧和锂化可成功制备出具有高电位的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。分别从磁力搅拌混合的搅拌速率与时间,以及空烧、锂化工艺的影响因素出发,探讨了不同条件下合成前驱体Ni_(0.5) Mn_(1.5)(CO_3)_2、中间产物Ni_3Mn_7O_x及终产物LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的结构与形貌。对得到的正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4进行电化学性能测试,结果表明:添加非离子活性剂PVP后,慢速下磁力搅拌时间4 h,控制反应温度200℃,反应时间30 min时得到的前驱体结构均匀,并通过空气中500℃处理(1℃/min),800℃条件下在LiOH∶Li_2NO_3=1∶2 (摩尔比)中锂化5 h,以0.5℃/min降温速率得到的正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有最优的电化学性能。在0.1 C条件下放电比容量可达到150 mAh/g以上,且倍率性能和循环稳定性好。     

高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及其倍率性能

采用溶胶凝胶法制备尖晶石型高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,并掺杂F-与之对比。分别采用X射线衍射仪、电子扫描显微镜、热重分析仪、电化学工作站和充放电测试仪对合成材料的物相、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,0.5C倍率下LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4首次放电比容量高达141.6 mAh/g,接近于理论比容量146.7 mAh/g。提高倍率40次循环后,5C比容量仍有111.8 mAh/g,而F-掺杂样品仅有92 mAh/g。然后从5C返回到1C,比容量为129.9 mAh/g,与1C初始容量相比,容量保持率高达96.4%,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4显示出更加优异的倍率循环性能。     

锂离子电池高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的进展

简述LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成方法，如固相法、共沉淀法和水热法等，详细综述LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的体相掺杂和表面包覆改性对电荷转移电阻、扩散系数的影响，以及电化学性能的改善作用。指出LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料目前需要解决的结构不稳定、易与电解液发生副反应等问题，并指出研究的方向:掺杂和包覆。     

内多孔型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的制备及性能

控制前驱体的沉淀反应条件,制备出内部疏松外部紧密的Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体。将前驱体配锂后进行高温烧结,控制烧结条件,最终合成出了内部具有大量孔隙的内多孔型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料。X射线衍射光谱法(XRD)测试结果表明,材料有着良好的晶体结构。电性能测试表明,材料在0.2 C下首次放电比容量为175.1 mAh/g,在3 C的大倍率下放电比容量达157.3 mAh/g,倍率性能优异,且在2 C循环100次后,容量保持率达96.2%。以上结果表明,内多孔型的结构有效地提高了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环稳定性和倍率性能。     

三元前驱体的制备及晶体生长过程分析

用控制结晶的共沉淀法制备球形三元正极材料前驱体Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)CO_3,并对晶体在反应釜内的生长过程进行分析,考察溢流时间对三元材料前驱体的影响。XRD和SEM分析结果表明:实验制备的Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)CO_3为纯相;溢流时间少于8 h时,前驱体颗粒尚有部分未形成完整的球状形貌。经过足够长的连续溢流反应时间(32 h)、达到4个反应釜的有效体积置换后,釜内的固含量已达最大值(106.2 g/L)的98%,沉淀结晶过程趋于稳定。以0.2 C在2.5~4.5 V充放电,制备的三元材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的首次放电比容量为160.8 mAh/g,第50次循环的容量保持率为89.07%。     

共沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料及其性能

采用共沉淀法制备镍锰复合氢氧化物沉淀,然后与LiOH·H_2O混合,空气中800℃煅烧18h,并500℃短时间退火处理5h得到高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4。通过X射线衍射光谱法(XRD),扫描电子显微镜法(SEM)和恒电流充放电测试对样品的物相、形貌和电化学性能进行了表征。合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有立方尖晶石结构,结晶性良好,颗粒粒径均匀,为200～300nm。电化学测试表明:样品存在4.7V附近的电压平台,在0.5C的较大放电电流下,首次充电容量为141.0 mAh/g,首次放电容量为122.9 mAh/g,80次循环后样品的容量保持率为97.7%,且经过活化后每个循环的库仑效率都超过了98%,具有极其优秀的循环稳定性和充放电的可逆性。     

LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能研究

采用共沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料。并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)对材料结构及形貌进行分析。讨论了不同保温时间对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的影响,及不同电压下LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能。结果表明,保温时间为16 h制备的正极材料电化学性能最优,在0.5 C倍率下,100次后容量保持率为99.02%;材料分别在2.75~4.2 V,2.75~4.3 V,2.75~4.35 V,2.75~4.4 V,2.75~4.5 V,2.75~4.6 V下进行充放电时,首次放电比容量分别135.6、143.6、154.1、165.5、177.9、184.1 m Ah/g。充放电电压越高,循环性能越差。     

ZrO2包覆对正极材料LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的改进

采用ZrO_2对正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4进行包覆以提高材料的电化学性能,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段表征ZrO_2包覆后材料的结构和形貌,通过电化学测试手段对包覆后的正极材料进行电化学性能分析,将测试结果与原相正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4进行对比得到:ZrO_2包覆量为1.5%(质量分数)的样品表现出更高的放电比容量、更好的倍率性能以及更好的放电比容量保持率,在0.2 C放电倍率下材料的放电比容量首次表现可达129.5m Ah/g,在0.5 C放电倍率下经过50次循环后材料的容量保持率仍然高达95.4%;电化学循环伏安测试结果显示不同ZrO_2包覆量所制备的材料均具有4.7和4.0 V两个放电平台,材料属于Fd-3m空间群尖晶石结构。     

热处理时间对高压正极材料LiNi0.5 Mn1.5 O4的电化学性能影响

以硝酸锂、硝酸镍和醋酸锰为原材料采用溶液蒸干法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,将前驱体在400℃空气气氛中煅烧4h以分解硝酸盐和醋酸盐后,在800℃氧气氛围中分别煅烧4h、6h、8h和10h制备对比样品。测试数据显示通过XRD、SEM表征及材料电化学性能比较得出烧结时间为10h、煅烧温度为800℃时合成的样品电化学性能最好。在电化学循环伏安测试结果中显示采用不同热处理时间所制备的材料均具有4.7V和4.0V两个放电平台,可说明制备材料属于Fd-3m空间群尖晶石结构。不同倍率下的循环性能随着样品热处理时间的延长放电比容量呈增大趋势,10h样品0.5C首次放电比容量为121.7mAh g~(-1)。     

石墨烯包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的性能

以共沉淀法制备LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2为基体,通过机械球磨制备石墨烯包覆的LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料。用SEM、XRD和电化学性能测试研究材料的形貌、晶体结构和电化学性能。制备的石墨烯包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料具有较好的倍率特性和循环性能:200℃热处理的1.0%石墨烯包覆样品,在3.0~4.3 V充放电,4.0 C放电比容量达到144.3 mAh/g,比基体材料提高16.1%;以1.0 C循环100次的放电比容量达到151.2 mAh/g,循环性能良好。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4粒径对电池循环性能的影响

以粒径为3μm和1μm的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4匹配石墨制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/石墨全电池,研究LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4粒径对全电池循环性能的影响。粒径为3μm和1μm的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4制备的电池(0.50 C,4.1~4.8 V)25℃下第205次循环的容量保持率分别为65.7%和60.6%;45℃下第55次循环的容量保持率分别为55.4%和37.6%。粒径更大的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4由于具有较小的电解液接触面积,可减缓Jahn-Teller效应造成的Ni~(2+)和Mn~(2+)在电解液中的溶出,具有更好的循环稳定性。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成与性能

采用Sol-Gel法和共沉淀法成功合成了尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及电化学测试对不同合成方法对材料性能的影响进行表征。结果表明制备方法对材料的结构、形貌以及电化学性能具有较为重要的影响。     

液相无焰燃烧法制备尖晶石型LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4及其电化学性能

通过液相无焰燃烧法制备了尖晶石型LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4正极材料,采用XRD、SEM、循环伏安、交流阻抗及恒电流充放电测试等手段,分析了温度对产物晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。XRD结果表明掺Ni后的LiMn_2O_4仍为单一的尖晶石结构物相。SEM结果表明Ni掺杂改善了材料的形貌,稳定了材料的结构。电化学测试表明:700℃制备的LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4电化学性能较优,在1C下初始放电比容量为105.0mAh·g~(-1),Rct值最小为135.6Ω,表明在电化学反应期间锂的嵌入和脱出引起的动力学阻抗最小;在0.5C~10C倍率循环中,700℃的样品比容量恢复率明显要高于其他温度的样品,表现出较好的循环可逆性和倍率循环稳定性。     

自聚物裂解工艺制备5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

采用溶胶凝胶法的新型自聚物裂解工艺合成5 V锂离子电池LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,经XRD、SEM和充放电循环测试,合成材料具有尖晶石结构,粒径大小分布均匀,在0.2 C充放电下首次放电比容量达到141 mAh/g,循环100次容量保持率为93%,与其它溶胶凝胶法的柠檬酸乙二醇工艺和高分子PAA工艺合成材料相比,电化学性能良好。     

Al_2O_3包覆正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用高温固相法制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,并用三氧化二铝(Al_2O_3)进行表面包覆改性。通过XRD、SEM对材料晶体结构、形貌进行分析,用恒流充放电和循环伏安等对材料进行测试。Al_2O_3包覆的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料具有典型的空间群,为R-3m的六方层状α-Na Fe O2结构。以0.2 C在2.5~4.3 V循环,Al_2O_3包覆量为1%的材料电化学性能最好,首次放电比容量可达145.7 m Ah/g,第30次循环的容量保持率为94.0%,比未包覆Al_2O_3材料在相同条件下的放电比容量提高了6.3%。     

前驱体性质及焙烧工艺对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2性能的影响

利用共沉淀法制备了不同性质的Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2,将该前驱体和Li_2CO_3混合后焙烧制备LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、热重-微分热重(TG-DTG)等表征手段研究了前驱体的形貌、焙烧工艺对正极材料产品形貌及电化学性能的影响。结果表明,通过对前驱体形貌和粒径分布、比表面积等参数的分析,结合TG-DTG数据,可以对不同性质的前驱体制定差异化的焙烧工艺,实现提升正极材料性能一致性的目的。     

固体含量对共沉淀法制备三元材料的影响

采用氢氧化钠共沉淀法制备Ni_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)(OH)_2前驱体,研究了固体含量对材料形貌、晶格结构以及电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试对合成样品进行表征。结果表明,在固体含量为5%时,前驱体的形貌较为规准,颗粒较为致密,正极材料具有良好的电化学性能。采用酸化处理石墨烯,按1∶1的质量比与乙炔黑复合作为导电剂,结果表明添加石墨烯后,三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2首次放电比容量高达203.86 mAh/g,交流阻抗降低,具有更好的电化学性能。     

球形5V尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料合成及性能

采用碳酸盐液相共沉淀法制备了球形LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。研究了Ni0.25Mn0.75CO3前驱体高温分解的分解过程、物相转变、表面形貌变化以及LiNi0.5Mn1.5O4材料的物相结构、表面形貌、电化学性能。实验表明:Ni0.25Mn0.75CO3前驱体在750℃以上分解可以得到结构稳定的NiMn2O4和Mn2O3;以850℃分解得到的镍锰氧化物制备的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料为单一尖晶石结构,球形形貌保持良好,振实密度可达2.26 g/cm3,初始放电比容量达到127.6 mAh/g,0.5 C/1 C充放电,室温循环50次后仍保持有97.6%的初始容量。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4改性研究进展

尖晶石结构正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4因具有理论比容量高、比能量大、放电平台高(~4.7 V)、价格低廉等优点而备受关注。但该材料循环性能和倍率性能不佳,制约着材料的推广应用。主要综述通过掺杂、包覆、形貌控制等手段来提高该材料电化学性能的最新研究进展,旨在为提升该材料性能的相关研究提供参考。     

前驱体粒径对锂电三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2性能的影响

用共沉淀反应合成了五种不同粒径的Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_2(NCM811-OH)前驱体,并采用高温固相反应制备了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811)材料。通过研究前驱体的粒径对成品材料物化性能和电化学性能的影响发现,当NCM811-OH前驱体的中粒径D50大于6μm时,NCM811材料具有小的一次颗粒尺寸、小的比表面积和高的振实密度。电化学测试数据表明,由中粒径为10.04μm的前驱体制备的NCM811材料具有最好的电化学性能,在2.75～4.3V(vs. Li~+/Li)电压范围内,0.1 C充放电倍率下放电比容量为202.0 mAh/g,100次循环容量保持率为96.9%;此外,高倍率放电时,NCM811-10在8 C/0.1 C的容量保持率为78.9%。