表面活性剂辅助合成正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的性能

在表面活性剂、超声振动和机械搅拌的协同作用下,采用共沉淀法制备镍钴锰复合氢氧化物前驱体(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2),最后将制备得到的纳米片前驱体与碳酸锂(Li_2CO_3)采用高温固相法烧结合成三元层状正极材料(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)。对于实验制得的前驱体和正极材料使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)以及电池测试仪对前驱体和正极材料进行表征和电化学性能的检测,以探究表面活性剂对正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和其前驱体的影响。实验结果表明:使用两种表面活性剂油胺(OA)和聚乙烯吡咯烷酮-K30(PVP-K30)所制备出的前驱体为近正六边形的纳米片,纳米片尺寸为400 nm左右。所制备出的正极材料在室温下,2.8~4.5 V,1C充放电条件下,其初始放电容量分别达到151.699和157.093 mAh·g~(-1),经过50次循环后容量保持率分别达到88.22%和99.04%。这样也表明所制备出的正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2具有良好的电化学性能。     

纳米TiO_2修饰LiNi_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)O_2正极材料改性研究

采用共沉淀法先合成[Ni_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)](OH)_2前驱体,在纯氧气氛下经过两段高温烧结生成LiNi_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)O_2正极材料。通过在前驱体配锂烧结过程中加入纳米TiO_2实现了Ti~(4+)掺杂,经过掺杂后的Li[Ni_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2正极材料在1C电流密度下的放电比容量高达185.6mAh/g,循环100圈后容量维持在178.8mAh/g,容量保持率高达96.33%。     

容量型锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的合成

采用共沉淀法合成Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体,将前驱体和LiOH混合均匀后经高温煅烧合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2,并对其进行电化学性能检测。试验表明,制备的电池在电压2.8～4.3V(vs.Li/Li+)区间内,0.1C倍率下的首次库伦效率为88.4%;在1C倍率下循环100次后,放电比容量为157.7mAh/g,容量保持率为96.6%。     

LiNi_(0.55)Co_(0.15)Mn_(0.30)O_2三元正极材料的合成及电化学性能研究

采用共沉淀法合成类球形氢氧化镍钴锰前驱体,经混料机与碳酸锂均匀混合,在氧化气氛下经过高温焙烧得到LiNi_(0.55)Co_(0.15)Mn_(0.30)O_2化学组分的三元正极材料.通过设计合理的配锂量、保温时间、气氛条件,并对烧制温度设计试验进行考察研究,最终优选出较优的工艺条件.     

铝掺杂LiNi_(0.8)Co_(0.08)Mn_(0.12)O_2梯度正极材料的制备及电化学性能

采用共沉淀法制备了梯度核壳前驱体Ni_(0.8)Co_(0.08)Mn_(0.12)(OH)_2,并通过混锂煅烧合成了LiNi_(0.8)Co_(0.08)Mn_(0.12)O_2梯度正极材料。分别使用干混法和沉淀法对梯度正极材料进行了Al的掺杂改性。XRD及电解液浸泡实验表明,Al掺杂可以稳定梯度正极材料的层状结构并降低阳离子混排度,抑制正极材料在电解液中的溶解,从而提高材料的电化学性能。经沉淀法掺杂后正极材料在25℃下1 C循环100次容量保持率由92.5%提高到94.5%,55℃下1 C循环50次容量保持率由91.3%提高到95.8%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2的制备与性能研究

以自制Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用固相烧结工艺制备了LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2锂离子电池正极材料。通过SEM和XRD等手段对材料烧结前后形貌与结构进行表征,并测试了烧结后锂离子电池正极材料的电化学性能。结果表明,Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2前驱体具有良好的片状嵌入结构,且烧结制备的LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料混排因子c/a=4.967 3,阳离子混排因子I(003)/I(104)=1.25、I(006+102)/I(101)=0.333、I(018)/I(110)=0.87,表明LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2具有良好的层状结构。在2.5~4.6V、0.2C和0.5C下,LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的首次放电比容量分别为166和154mAh/g,循环80次后容量分别保持为111和100mAh/g,具有良好的电化学性能。     

具有核壳结构的高电压正极材料Li(Co_(0.9)Ni_(0.05)Mn_(0.05))O_2的制备与表征

以共沉淀法制备的Ni-Mn包覆Co_3O_4前驱体和Li_2CO_3为原料,通过高温固相法制得了具有核壳结构的锂电池正极材料Li(Co_(0.9)Ni_(0.05)Mn_(0.05))O_2.用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和充放电测试表征了样品的形貌、晶体结构和电化学性能.结果表明,所制备的核壳结构Li(Co_(0.9)Ni_(0.05)Mn_(0.05))O_2具有良好的电化学性能,在3.0~4.5 V和3.0~4.6 V,0.2 C下首次放电容量分别达到180.5 m A·h·g~(-1)和201.3 m A·h·g~(-1),在1 C下,循环50周后容量保持率分别为89.3%和63.3%.     

退火温度对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2薄膜正极电化学性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2薄膜正极,分别在200,300,400,500和600℃下进行退火处理,利用扫描电镜、等离子体发射光谱仪、拉曼光谱仪、X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪等对不同温度下退火后的薄膜电极的形貌、结构和物相组成等进行分析,并测试其电化学性能。结果表明,500℃下退火后的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2薄膜正极放电容量相对较低,但表现出优异的循环稳定性和倍率性能,在50(μA·h)/(cm~2·μm)倍率下循环60圈后,仍保持初始放电容量(130.3(μA·h)/(cm~2·μm))的88.5%,经过电流密度分别为50,100,200,500和50μA/(cm~2·μm)的倍率循环,容量可以恢复到初始值,优异的循环稳定性和倍率性能是由于退火改善了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的结晶性,并伴随着离子导电性和电子导电性的提高,但在更高温度(600℃)下退火的电池初始放电容量降低,这是由于高温退火产生的不纯相(Ni~(3+)离子物质)导致的,Co~(2+)和Mn~(3+)离子的出现是电池容量衰减的主要原因。     

高电压镍锰酸锂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4制备实验研究

以镍锰二元前驱体和电池级碳酸锂为原料,采用高温固相法合成高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4。分别从烧结温度、配锂量和烧结方式的角度研究了合成工艺对材料物化性能与电化学性能的影响。实验结果表明,碳酸锂和镍锰二元前驱体的配比为0.50,经过500℃低温预烧,然后850℃高温烧结的二次烧结下合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,0.5 C放电容量133.02 m A·h/g,1.0C放电容量130.67 m A·h/g,结晶度较高,其综合性能最佳。     

前驱体形貌对三元正极材料电化学循环性能的影响

镍钴锰三元正极材料是作为动力型电池的主要原材料之一,对材料的比容量、倍率性能,循环性能有着逐步提升的要求。目前主流镍钴锰三元正极材料前驱体氢氧化镍钴锰均采用了共沉淀法,其表面形貌直接影响着三元正极材料在电性能中发挥的作用。本文主要从不同反应条件改变三元前驱体氢氧化镍钴锰Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2一次晶粒的形貌,通过高温烧结后,采用扫描电镜(SEM)进行观测,得到表面不同形貌高结晶度球形颗粒,在3.0V～4.3V 0.1C CR2025电池测试中,比容量达到171mah/g,3.0V～4.2V,1C/1C循环性能优异,全电池1000周循环保持率99%。     

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.     

沉淀法制备微米四氧化三钴试验研究

研究了以氯化钴为钴源,采用碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢铵沉淀体系制备Co_3O_4。以碳酸氢铵为沉淀剂制备前驱体,煅烧后制得四氧化三钴。结果表明,物质的量比是影响前驱体物相的主要因素:碳酸氢铵与氯化钴物质的量比≤3∶1时,前驱体为碱式碳酸钴(Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O);碳酸氢铵与氯化钴物质的量比为4.5∶1时,前驱体为碳酸钴(CoCO_3)和复合碱式碳酸钴((NH_4)_2Co_8(CO_3)_6(OH)_6·4H_2O)的混合物。采用该体系,在物质的量比4.5∶1,氯化钴质量浓度13 g/L、反应温度60℃、反应时间10 h条件下,所得Co_3O_4粉体粒度分布均匀且范围窄,D_(50)为9.08μm,形貌为类球形。     

高镍三元前驱体工业化生产物料衡算

物料衡算是高镍三元前驱体制备过程中必不可少的过程,同时也是设备选型分析和工艺设计、优化的基础。以生产10 kt Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_2前驱体为例,采用冶金平衡计算法则,对前驱体生产过程中原材料的用量以及各工序主要产品的产量与损失进行了计算。生产过程中,需要六水硫酸镍24 429 t、七水硫酸钴3 219 t、一水硫酸锰1 876 t、氢氧化钠9 619 t、浓氨水3 150 m~3、纯水96 981 t。     

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。     

晶种模板法共沉淀工艺制备Ni-Co-Mn三元材料前驱体

三元材料前驱体的物理性质受到氢氧化物沉淀反应过程中各工艺参数的影响,包括氨水浓度、反应温度、反应过程pH值、反应时间、搅拌速度等.本文在传统氢氧化物共沉淀法制备三元正极材料前驱体的工艺基础上创新性地采用了晶种模板法,并对共沉淀反应的较佳工艺参数进行了分析,得到如下结论:采用一次沉淀法获得的共沉淀反应最佳工艺参数为反应温...     

基于La掺杂固相法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5-x)La_xO_4及其性能研究

采用高温固相法制备尖晶石5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5-x)La_xO_4(x=0,0.005,0.01,0.02)。通过XRD,SEM及电化学手段等探讨La~(3+)不同掺杂量对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和电化学性能的影响。XRD测试结果表明,通过La~(3+)部分取代晶格中Mn~(3+)后使得LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料晶胞体积增大,增加了Li~+迁移速率,进而提高了材料电子电导率,该结论得到了电化学性能测试验证,LiNi_(0.5)Mn_(1.495)La_(0.005)O_4表现出最优秀的循环和倍率性能,经过1C倍率循环275周后,容量保持率为93.8%;20C放电比容量保持率高达65.6%。     

表层涂碳MlNi_(3.93)Co_(0.46)Mn_(0.27)Al_(0.34)/Co_3O_4CeO_2复合贮氢合金电极制备及电化学性能

通过分层涂浆制备表层涂碳的MlNi_(3.93)Co_(0.46)Mn_(0.27)Al_(0.34)/Co_3O_4CeO_2电极,并建立表层涂碳的MlNi_(3.93)Co_(0.46)Mn_(0.27)Al_(0.34)/Co_3O_4CeO_2电极反应机理模型。物理表征结果表明,活性碳(AC)具有高比表面积,为二维结构,贮氢合金呈块状固体,为单相的CaCu5型六方结构;电化学测试结果表明,活性碳形成双电层的同时也作为导电剂在MlNi_(3.93)Co_(0.46)Mn_(0.27)Al_(0.34)/Co_3O_4CeO_2电极表面形成导电网络,可改善贮氢合金电极的电化学性能,在0.2C充放电下,放电比容量292.6mAh·g-1,以1500mAh·g-1倍率放电时,高倍率放电性能(HRD值)为82.5%,循环100次后容量保持率95.91%,在50%DOD下,氢扩散系数及交换电流密度依次为4.7×10-11cm2·s-1,315.6mA·g-1,相比于未涂炭的MlNi_(3.93)Co_(0.46)Mn_(0.27)Al_(0.34)/Co_3O_4CeO_2电极,分别提高了2.4mAh·g-1、20.94%、5.53%、38.2%、34.5%。     

熔盐法直接再生失效三元LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)正极材料

针对三元锂电池在退役后的处理问题,文章采用熔盐法对退役后的三元正极材料(LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2),NCM622)进行补锂修复再生,从而恢复失效三元锂电池的电化学性能。该方法工艺简单、耗时短、资金投入少,具有独特的优越性。     

沉淀剂对ZrO_2(MgO)纳米粉体制备的影响

以ZrOCl_2·8H_2O、Mg(NO_3)_2·6H_2O为原料,分别以氨水、氨水+0.5 mol/L碳酸铵、氨水+0.5 mol/L碳酸氢铵为沉淀剂,采用化学共沉淀法制备ZrO_2(MgO)前驱体粉体.通过差热分析、X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等对所得纳米粉体进行测定分析.结果表明:采用不同沉淀剂制得的ZrO2(MgO)纳米粉体平均晶粒尺寸都稍大于30 nm,用氨水+碳酸铵、氨水+碳酸氢铵为沉淀剂时,能够提高ZrO_2(MgO)纳米粉体的分散性能.     

碳酸盐前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3合成条件的研究

以碳酸盐为沉淀剂,采用共沉淀法合成Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3前驱体,再按照一定的锂配比将其烧结合成层状Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）O2。通过SEM及电性能测试仪等方法,研究了碳酸盐前驱体的合成条件,考察了碳酸盐前驱体的振实密度与合成时pH值、溶液浓度以及反应时间的关系。经过实验分析,在pH=8、溶液浓度C=2mol.L^-1、反应时间t=12-13h时,合成的碳酸盐前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3振实密度达到最高值0.98g.cm^-3。