锂离子电池富锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的合成及性能

随着电动汽车的发展,迫切需要具有高安全性、高能量密度、高功率、大容量、长寿命、高环保、低成本等优点的锂离子电池。层状结构的富锂锰基正极材料由于具有比容量高、平台电压高、热稳定性好、价格低廉的特点而被认为是有希望的未来电动汽车候选正极材料之一。尽管其拥有很高的比容量,但仍存在着首次循环不可逆容量高、倍率性能差等问题,纳米化是改进材料倍率性能的一种有效手段。本文以Ni O,Co_3O_4,Mn CO_3和Li_2CO_3为原料,成功制备得到了纳米级的锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,合成的Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2材料具有层状结构,一次颗粒均匀、细小,平均颗粒尺寸约为90 nm,并具有良好的电化学性能,在2.0~4.8 V以0.1C充放电时,首次放电比容量达到284 m Ah·g~(-1),首次库伦效率为86.1%。材料同时拥有良好的倍率性能,1.0C放电容量达到240 m Ah·g~(-1),3.0C放电容量达到210 m Ah·g~(-1)。     

锂离子电池正极材料Li_3V_(2-2x)/3Mg_x(PO_4)_3/C的制备及电性能研究

本文主要通过水热法制备了锂离子电池正极材料Li3V2-2x/3Mgx(PO4)3/C,并研究了掺杂金属元素Mg对Li3V2(PO4)3晶体结构和电性能的影响。结果表明,当Mg含量x=0.45(质量分数,下同)时,且在温度为750℃焙烧6 h的条件下所制备的样品具有较好的晶体结构、微观形貌和电化学性能。镁掺杂量在一定范围内变化不会影响磷酸钒锂本身的单斜结构。在3.0~4.8 V、0.1 C倍率下,Li3V1.70Mg0.45(PO4)3/C复合材料首次放电比容量高达154.4 mAh·g-1,首次库伦效率为94.32%,在不同倍率下循环25次之后的容量依然可以达到112.8 mAh·g-1。掺杂镁的样品与未掺杂的样品相比,容量和循环倍率性能均有了很大程度的提高。     

以废旧锂离子电池正极材料为原料制备Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13AlxO2

以废旧锂离子电池正极材料为原料,采用燃烧法制备高性能富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13AlxO2,实现了多组元金属离子的高值转化和全量利用,从根本上缩短产品化路径,消减二次污染。SEM和XRD检测表明,所有样品形貌差别不大,基本呈球形,直径约0.5 μm,样品均无杂相峰出现,且都具有六方晶系的ɑ-NaFeO2结构、 空间群,具有良好的层状结构。电化学测试表明,当x=0.03时,所得样品具有最佳的电化学性能,0.5 mA恒电流条件下,首次放电容量为238 mAh/g,200周循环后放电容量保持率为80.3%。     

富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2的ZrO2包覆及电化学性能

近几年,锂离子电池富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x) LiMO₂(M=Ni、Co、Mn等) 由于其高放电比容量、高电压、低廉的价格受到人们越来越多的关注.但是,富锂材料循环性能差、倍率性能低、首圈充放电效率低和电压降等问题是阻止富锂材料商业化的几个主要原因。采用液相法合成富锂材料Li[Li_0.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13]O₂,通过表面包覆一层ZrO₂, 放电倍率1 C下循环100圈之后,2% ZrO₂包覆量的富锂材料的放电比容量比未包覆的放电比容量多53.8 mAh/g,大大提高富锂材料的循环性能.      

复合导电添加剂对磷酸铁锂电池性能的影响

磷酸铁锂基锂离子电池由于具有高的安全性能和优异的循环性能是新能源领域的研究热点。而磷酸铁锂材料本身导电性差,在实体电池制作过程中容易出现内阻较大和倍率性能不佳等问题,因此需要研究导电添加剂组成对电池性能的影响。本文用商业化的LiFePO4、石墨和电解液为主要原料,以碳纳米管(CNT)和导电碳黑(Super P)为导电添加剂,制作了20 Ah容量兼倍率型的磷酸铁锂软包电池。扫描电镜(SEM)分析测试表明导电碳黑Super P和CNT分散均匀,可与磷酸铁锂颗粒形成点和线的接触,进而可以提供更多的附加导电通路。应用该复合导电添加剂所制作的磷酸铁锂动力电池具有1.0 mΩ内阻,电池首次效率在91%以上,正极材料克容量0.5C发挥到146.32 mAh·g-1,9C/1C接近100%,倍率性能优异,电芯经过2165周循环电池容量保持率为91.78%,循环性能优秀;而使用常规导电碳SP+KS-6的分容比容量是139.06 mAh·g-1,电池内阻均值为3.25 mΩ,电芯经过2003次循环,容量保持率为87.63%。经过优化实验条件,正极中添加3%SP+1%KS-6+1%CNT复合导电剂的电芯整体性能最佳。     

钠电正极材料Na2/3Ni1/3Mn2/3O2的合成工艺参数研究

通过高温固相法制备了钠离子电池正极材料Na2/3Ni1/3Mn2/3O2,并对Na2/3Ni1/3Mn2/3O2的合成工艺参数进行了研究.通过对不同条件下制得的正极材料进行物化性质与电化学性能的表征,确定材料的最佳合成温度为900℃,最佳保温时间为12 h.在2～4.5 V电压区间内,0.2 C倍率下,材料首周的放电容量为110 mAh·g-1,100周充放电后的可逆容量为86 mAh·g-1,容量保持率达78.1％.     

冷冻干燥法制备高性能电池级正极材料磷酸铁锂

以LiOH·H_2O为Li源,FeNO_3·9H_2O为Fe源,NH_4H_2PO_4提供磷酸根,柠檬酸作为碳源和螯合剂进行配料,采用简单的制备工艺冷冻干燥法合成了电池级正极材料磷酸铁锂粉末。通过XRD物相表征、电池充放电和循环伏安等测试手段探究了烧结工艺对碳包覆磷酸铁锂(LiFePO_4/C)正极材料的结晶性及电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度为750℃时获得的正极材料LiFePO_4/C电化学性能表现最好,在不同电流密度下0.1C、0.2C、1C、2C和5C的放电比容量分别为150.5、142.2、128.1、117.8和105.4 mAh/g。     

富锂锰基正极材料Li1.2-xNaxNi0.13Co0.13Mn0.54O2的制备及电化学性能

采用共沉淀法制备碳酸盐前驱体,通过高温固相反应制备Na~+掺杂的富锂锰基正极材料Li_(1.2-x)Na_xNi_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2(x=0,0.01,0.02,0.04,0.08).X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明,x≤0.04时为层状富锂锰基材料的α-NaFeO_2六方相结构,Na掺杂量过大时颗粒表面出现团聚絮状物并发现第二相—P2型层状氧化物.电化学测试发现适量的Na掺杂可提高材料的比容量、倍率和循环性能;掺杂量为0.02时电化学性能最佳:在2.0～4.6 V充放电, Li_(1.18)Na_(0.02)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2在0.1 C放电比容量为273.4 mAh/g,首次库伦效率为93.1%, 1 C循环100次后容量超过200 mAh/g,保持率为84.3%.离子半径较大的Na~+占据Li位,起到柱撑作用,稳定了结构,增大了层间距,利于Li~+扩散;此外,材料表面形成的P2型层状氧化物能够减缓层状结构向尖晶石结构的转变,从而提高了电化学性能.     

LiMnPO4/C复合正极材料的固相合成及性能

采用不同锰源合成LiMnPO4/C复合正极材料,对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。研究结果表明:以MnC2O4·2H2O为锰源合成的LiMnPO4/C样品颗粒细小均匀,且表现出最好的电化学性能。采用分步活化煅烧法进行了工艺改进,实验结果表明,分步活化煅烧工艺制备的材料颗粒分散,粒径为100 nm左右。材料表现出了良好的放电电压平台,0.05 C放电比容量达到105.3 mA·h/g,说明分步煅烧工艺具有明显的改进效果。     

锂离子电池材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2与碳酸锂为原料,采用高温固相法制备得锂离子电池正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2。用X射线衍射、扫描电镜以及充放电测试对样品进行表征,研究了烧结温度对材料电化学性能的影响。结果表明,当烧结温度为880℃时,合成的LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2材料物相单一无杂项,具有标准的的ɑ-Na FeO_2晶型。SEM测试表明,产物为球形且球形度较好,颗粒粒度均一,平均粒度均在10μm。880℃烧结的材料在3.0~4.3 V、0.1 C的倍率下放电比容量可达188 m A·h/g,在1.0 C的倍率下循环10次后电池容量保持率为95.46%,表现出较好的电化学性能。     

喷雾干燥法合成锂离子电池复合正极材料xLiFePO4.yLi3V2(PO4)3及性能研究

采用喷雾干燥和高温固相法合成了一系列xLiFePO4·yLi3 V2( PO4)3复合正极材料.电化学测试结果表明,0.95LiFePO4·0.05Li3 V2( PO4)3复合正极材料具有较高的比容量、优良的循环性能和倍率性能,在电压范围为2.0V～4.3V,0.1C,1C,5C条件下的放电容量分别为162.7,147.7和122.3 mAh·g-1.0.5LiFePO4·0.5Li3 V2(PO4)3和0.3LiFePO4·0.7Li3 V2 (PO4)3复合正极材料则表现出了良好的倍率性能,5C,10C充放电条件下容量保持率分别为:77％,73％,88％,82％.     

以废旧锌锰电池为锰源制备锂离子电池正极材料LiMn_2O_4

采用湿法回收技术从废旧锌锰干电池中回收锰,并以此为锰源制备锂离子电池正极材料锰酸锂。用XRD、SEM对产物的结构和微观形貌进行表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,该工艺合成的产物为尖晶石型LiMn2O4,纯度高,粒径分布均匀,初始比容量可达119mAh/g,适合用作锂离子电池正极材料。     

超声空化联合机械活化制备尖晶石LiMn_2O_4及其电化学性能

采用超声空化联合机械活化法合成一系列微观形貌不同的锂离子电池正极材料LiMn_2O_4,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪对制备的LiMn_2O_4正极材料的相组成特性、微观形貌和电化学性能进行相关测试。结果表明,本方法制备的LiMn_2O_4正极材料具有良好的尖晶石结构,延长机械活化时间可以得到致密的类球形结构的尖晶石材料,其中经过机械活化4 h后烧结得到的样品具有良好的电化学性能,在6 C放电倍率下放电比容量为88.2 mAh·g~(-1),返回0.5 C时容量恢复效率达到91.3%。     

正极材料LiCo0.7Al0.3O2包覆MgO的改性研究

采用溶胶-凝胶法合成了掺杂改性的锂离子电池正极材料LiCo0.7Al0.3O2,并对其进行包覆MgO改性.采用X射线衍射和扫描电镜对该材料的晶体结构和表观形貌进行分析,通过恒电流充放电、循环伏安以及电化学阻抗技术分析其电化学性能.试验结果表明,所制备的正极材料LiCo0.7Al0.3O2和MgO-LiCo0.Al0.3O2均为α-NaFeO2型层状结构,形貌近似球形,且颗粒分布均匀.包覆后的材料充放电电压提高,充放电循环性能得到明显改善,其中以包覆量为1.0%时材料性能最好,首次放电容量为120.17 mAh·g-1,30次循环后容量保持率为89.3%.     

从电容型镍氢动力电池正负极材料浸出净化液中直接制备三元正极前驱体

以退役电容型镍氢动力电池硫酸浸出液为原料,经过除杂,净化液通过调整镍、钴、锰离子浓度后,直接加入氨水和碳酸钠共沉淀合成三元前驱体。前驱体为层状球形结构且粒度均匀呈正态分布,利用共沉淀法制备成三元正极材料后组装成软包电池,在0.2C、0.5C和1C放电倍率下,比放电容量达到160mAh/g以上。     

掺杂Ba2+的锂镍钴复合氧化物合成及电化学性质

以LiOH, NiO, Co2O3, Ba(OH)2为原料, 利用流变相反应法制备前驱物(优点是反应体积小, 原料混合得比较均匀, 在反应过程中金属元素的原始比例能够保持不变), 然后在空气中灼烧,合成了掺杂钡离子的锂镍钴复合氧化物锂离子电池正极材料. 用ICP-AES,SEM,粉末X射线衍射法表征了该复合氧化物的组成和结构. 用模拟充放电系统,在100 mA·g-1的恒定电流密度下测定其充放电性质, 第二周放电比容量高达192 mAh·g-1, 循环50周后放电比容量还有158 mAh·g-1,容量保持在83%.     

以金属铁粉为原料磷酸铁锂的制备和性能研究

以1~3μm金属铁粉和磷酸二氢锂为原料,采用高温固相法合成了无碳磷酸铁锂。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和电化学测试等方法对合成的磷酸铁锂材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。研究结果表明,采用1~3μm的金属铁粉和磷酸二氢锂为原料,高温固相法合成了具有橄榄石晶体结构的磷酸铁锂材料,粉末近似球形,振实密度较高,一次颗粒200~300 nm。600℃合成的磷酸铁锂存在杂质相,650~750℃下合成的磷酸铁锂具有完整的橄榄石晶体结构,产物为纯相。无碳的磷酸铁锂呈浅灰色,600~750℃下合成的磷酸铁锂材料0.1C充放电存在平台,显示两相充放电特性,比容量均在100 mAh·g-1左右,且极化较大。用蔗糖对其进行包覆改性得到碳包磷酸铁锂,其颜色呈黑色,改性后的磷酸铁锂电化学性能有了较大的提高,0.1C比容量达到了154 mAh·g-1,充电平台和放电平台之间的极化明显降低,具有较好的循环稳定性。     

固相反应条件对磷酸铁锂电化学性能的影响

以碳酸锂(Li₂CO₃)为锂源, 磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄)为磷源, 草酸亚铁(FeC₂O₄·2H₂O)为铁源, 柠檬酸(C₆H₈O₇·H₂O)为碳源, 采用固相反应法制备橄榄石晶型磷酸铁锂。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜, 能谱仪, 比表面积分析仪和电化学测试等设备和方法对磷酸铁锂材料的物相组成、结构、形貌和电化学性能进行表征, 研究煅烧温度和保温时间对磷酸铁锂电化学性能的影响, 并通过添加碳对试样进行包覆改性。结果表明, 在煅烧温度为700℃, 保温时间为12 h条件下制备的磷酸铁锂正极材料的电化学性能良好, 碳包覆能有效改善电极材料的性能。包覆碳后的磷酸铁锂电极材料在0.2C充电电流密度下首次放电比容量可达319.2 mAh·g-1; 在1C充电电流密度下循环100次后, 放电比容量保持在168.1 mAh·g-1。     

镁掺杂磷酸铁锂的碳热还原法制备及表征

采用沉淀法制备出磷酸铁,将其与碳酸锂、葡萄糖混合,并掺杂适量的镁,以碳热还原法制备出磷酸铁锂正极材料。制备的磷酸铁粉体D_(50)=2.94μm并呈正态分布。合成的镁掺杂磷酸铁锂颗粒呈类球形,D_(50)=2.80μm;不同镁掺杂量的磷酸铁锂XRD谱没有显著差别。掺杂后的LiFe_(1-x)Mg_xPO_4/C随着x值的增加,比容量有一定的上升。当x=0.01时,0.1C放电比容量为162mAh/g,1C放电比容量达到135mAh/g,循环性能优异。     

钛酸锂材料的制备及电极配方研究

采用高温固相法制备了钛酸锂负极材料,通过XRD、SEM测试方法,对制备的钛酸锂材料进行物相分析与形貌表征。运用三种不同电极配方组装成扣式电池,对电极的容量、倍率、循环、交流阻抗进行测试,发现LTO-1电极电化学性能最好,1 C倍率循环100次容量保持率为97.7%,8 C倍率放电容量可达147.7 mAh/g。