锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

以Ni(CH3COO)2·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,分别在400、500℃分解3、7h得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源Li2CO3混匀,在800℃煅烧12h,600℃退火24h得到LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。XRD、SEM、EIS和恒流充放电测试结果表明,在400℃、7h制备的前驱体与Li2CO3合成的LiNi0.5Mn1.5O4性能最佳。室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%;以1C倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

以Ni(CH3COO)2·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,分别在400、500℃分解3、7h得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源Li2CO3混 匀,在800℃煅 烧12h,600℃退 火24h得 到LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。XRD、SEM、EIS和恒流充放电 测 试 结 果 表 明,在400℃、7h制 备 的 前 驱 体 与Li2CO3合成的LiNi0.5Mn1.5O4性能最佳。室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%;以1C倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。     

掺杂Fe3+对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。     

LiODFB基电解液与高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的相容性

研究了草酸二氟硼酸锂(LiODFB)基电解液与锂离子电池高电压正极材料锰酸镍锂(LiNi0.5Mn1.5O4)的相容性,结果表明:在25℃和60℃,以LiODFB和六氟磷酸锂(LiPF6)为电解液的LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池的CV曲线都具有单一的氧化还原峰,电池的可逆性优良,且LiODFB电池的循环性能优于LiPF6电池。在25℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为126.3 mAh·g-1、131.6 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为97.1%、94.7%;在60℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为132.6 mAh·g-1、129.1 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为94.1%、81.7%。电化学阻抗谱也表明:在60℃,LiODFB电池的阻抗比LiPF6电池的小,LiODFB电池具有更好的高温充放电性能。     

还原剂水合肼对LiNi0.5Mn1.5O4结构及性能的影响

在用二次干燥共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入还原剂水合肼,对前驱体进行还原处理,进而对比还原处理与不加还原剂的样品在结构和电化学方面的区别。实验结果发现,还原处理的前驱体所制备的LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远高于不加还原剂的样品,而且还原处理的前驱体所制备的正极材料在高温条件下(55℃)电化学性能保持较好,50次充放电循环后容量保持率更高。X粉末衍射(XRD)和扫描电镜测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体所合成的样品具有较好的结晶度,晶粒呈规则的八面体形貌,杂质含量很少;而未处理的前驱体所合成的样品则含有少量的杂质,结晶度较差。研究结果表明,添加还原剂水合肼对所制备的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的结构和性能有较好的促进作用,对进一步的改性研究具有重要的指导意义。     

Mn2+掺杂对V2O5纳米材料结构与电化学性能的影响

以V2O5粉末、H2O2和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,采用水热法制备了纳米结构的锂离子电池阴极材料Mnx V2O5。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)和扫描电镜(SEM)测试对制备的材料进行结构和形貌表征,并利用充放电测试和交流阻抗测试研究了样品的电化学性能。结果表明:随着锰掺杂量的增加,V2O5的正交晶型层状结构未发生改变,其层间距逐渐扩大,形貌由纳米短棒状向纳米带簇状变化。电化学测试表明:Mn2+掺杂提高了V2O5的电化学性能,其首次充放电效率由70.8%提高到90%以上;Mn0.01V2O5经过90次充放电循环后,其容量仍为192.2 mAh/g。Mn2+掺杂对V2O5电极材料的离子电导率有影响,Mn0.02V2O5离子电导率由未掺杂时的6.27×10-4S/cm提高到1.58×10-3S/cm。     

锂离子电池正极材料Li3V2-2x/3Mnx（PO4）3的溶胶凝胶法合成和电化学性能

以CH3COOLi·2H2O、V2O5、Mn(CH3COO)2·4H2O、(NH4)2HPO4和蔗糖为原料,采用溶胶–凝胶法合成了掺锰磷酸钒锂/碳(Li3V2-2x/3Mnx(PO4)3/C)复合正极材料,用XRD、XPS、SEM、电化学性能对样品进行了表征.测试结果表明,少量锰的掺杂并未改变Li3V2(PO4)3/C的单斜结构,Li3V1.94Mn0.09(PO4)3中的Mn和V分别以+2和+3价存在,其颗粒类似球形,直径比较均匀且小于200 nm,并表现出良好的电化学性能.在0.1C倍率和3.0～4.8 V电压内,该样品的首次充、放电容量分别为182.1和168.8 mAh/g,放电效率高达92.69%,而且100次循环后,其放电比容量仍是首次放电容量的77.4%.     

富锂型锂离子电池正极材料的合成及性能研究

以LiAc·2H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O为原料,采用水溶液法合成锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2和Li1.2Ni0.3Mn0.5O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的电化学性能。结果表明,样品LiNi0.5Mn0.5O2首次放电比容量能达到125.6mAh/g,经过30周循环以后,放电比容量为111.2mAh/g,容量保持率为96.2%;而富锂样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2首次放电比容量能达到187.2mAh/g,经过30周循环以后放电比容量为184.5mAh/g,容量保持率为98.6%,远高于富锂前样品。另外,富锂后的样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2倍率性能优于富锂前。     

混料工艺对固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO为原料,用固相法合成了5V尖晶石结构的LiNin5Mn1.5O4正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试,研究不同混料工艺对固相法合成的高电压正极材料LiNi0.Mn1.5O4电化学性能的影响.结果表明:采用高速球磨混料方式易获得具有优异电化学性能的样品;球磨时间一定,随着球磨转速增加,合成样品的比容量呈先增加后减小的趋势:转速为350r/min时合成的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能最佳,0.2C倍率下,首次放电比容量为125.3mAh/g,100次充放电循环后放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为94.7％.     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成及性能

采用氢氧化物共沉淀法合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体,然后以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2和LiOH·H2O为原料,合成出了层状锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.通过XRD、SEM和电化学测试对LiNi1/3-Co1/3Mn1/3O2材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征.结果表明,800℃烧结12h所合成的样品粒度大小分布比较均匀,该材料以0.2C充放电,其首次放电容量为150mAh·g-1,循环30次后容量为137mAh·g-1.     

5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx的高温固相法制备与表征

通过高温固相法合成了5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0、0.025、0.05、0.075和0.1),采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试探讨了煅烧温度与F掺杂量对产品结构与性能的影响。XRD与SEM分析结果表明,产品相纯度、晶粒发育、颗粒形貌大小主要受煅烧温度与F掺杂量的影响。掺杂量x为0.05～0.075,且煅烧温度为850℃时,所制产品为纯尖晶石相,晶粒发育完善,粒径大小适中且分布均匀。电化学测试结果显示,所有样品都表现出较好的循环稳定性,但F掺杂提高了LiNi0.5Mn1.5O4的容量与倍率特性。其中,F掺杂量x=0.05的样品具有最小的膜阻抗和电荷传递阻抗,表现出较高的容量与最佳的高倍率性能,其0.2C放电容量为128.5mAh.g-1,循环40周后其2C容量仍达0.2C容量的93.8%。未掺杂样2C容量只有0.2C容量的71.8%。     

电纺ZnMn_2O_4纳米纤维的制备及其电化学性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、Zn(CH3COO)2·2H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O和乙醇为原料,采用静电纺丝法制备PVP/C4H6O4Zn/C4H12O8Mn复合纳米纤维,经过不同温度煅烧得到ZnMn_2O_4纳米纤维,将其运用于锂离子电池负极材料,探讨了煅烧温度对材料结构形貌和电化学性能的影响。利用热重、扫描电镜和X射线衍射等对其热解过程、形貌和晶型结构等进行了表征,通过恒流充放电测试研究煅烧温度对ZnMn_2O_4纳米纤维电化学性能的影响。结果表明:经高温煅烧后纤维形貌发生明显变化,出现了ZnMn_2O_4特征衍射峰,不同温度下煅烧处理后样品的首次放电比容量差异不大,但700℃处理后的样品具有较好的循环性能。     

球形LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2的合成及其电化学性能

以化学共沉淀法制备的球形Ni0.5-xCo2cMn0.5-xCO3（x=0.075,0.1,1/6）为前驱体合成了球形锂离子电池正极材料LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2（x=0.075,0.1,1/6）,研究了钴含量对LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2的物理性能和电化学性能的影响.SEM研究表明,球形LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2由许多一次颗粒构成,随着钴含量的增加,产物中一次颗粒增大.XRD分析表明,LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2均为具有层状结构的纯相物质.电化学性能测试结果显示,LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2随着钴含量的增加,材料的充放电容量提高,且循环性能变好：0.2C倍率下、2.7～4.3V的电压范围内,LiNi0.425CO0.15Mn0.425O2的放电比容量为145mAh·g^-1、LiNi0.4CO0.2Mn（0.4）O2为150mAh·g^-1、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为158mAh·g^-1,循环50周期后LiNi0.425CO0.15Mn0.425O2和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的容量衰减率在3%以内,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2容量无衰减.交流阻抗测试结果表明,随着钴含量的增加,材料阻抗值减小.     

草酸盐共沉淀法合成锂离子电池LiNixMn0.8-xCo0.2O2（x=0.4,0.5）正极材料及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法,结合高温固相反应法,合成了LiNix Mn0.8-x Co0.2O2(x=0.4,0.5)粉末材料,考察了焙烧时间和镍含量对LiNix Mn0.8-x Co0.2O2(x=0.4,0.5)结构与性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电测试方法等表征了材料的结构与性能。结果表明,800℃焙烧20h制备的LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2具有良好的层状结构和综合电化学性能,阳离子混排程度小、六角晶格有序性好。0.2C倍率首次入放电容量为151mAh/g,循环20次后放电容量为148.4mAh/g。SEM结果表明LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2是由0.5μm的一次颗粒组成,LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2材料由0.5μm的一次颗粒团聚而成约8μm的二次颗粒组成。     

碳酸盐溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4

以聚丙烯酸和碳酸盐(Li:Ni:Mn＝1.05:0.5:1.5)为主要原料,用溶胶-凝胶法合成了LiNi0.5Mn1.5O4.用X射线衍射、DSC-TGA、SEM和恒电流充放电技术研究了工艺条件对材料结构、微观形貌和电化学性能的影响.碳酸盐溶胶-凝胶法可以制备单相尖晶石结构LiNi0.5Mn1.5O4,其放电比容量高达134 mAh/g,经45次循环后仍然可保持初始放电容量的98%.     

锂电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备与性能

运用"溶胶-喷雾干燥-煅烧"新技术合成了正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了煅烧温度对所制材料结构和电性能的影响。结果表明,在750~850℃都可制备得到纯相LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。其中,800℃所合成样品具有适宜的晶粒大小、最佳的晶化程度和阳离子有序度,最小的电荷传递阻抗,最大的锂离子扩散系数和最佳的电化学表现。该样品0.2C首次放电容量达到189.1mAh·g-1,以5C循环的放电比容量仍可达到136mAh·g-1,第30周0.2C放电容量达初始容量的97.5%,显示出高容量、良好的倍率与循环性能。     

高电压LiNi0.5-0.5xMn1.5-0.5xAlxO4正极材料制备及其性能

通过共沉淀控制结晶法制备前驱体Ni0.25Mn0.75(OH)2,再通过高温固相法制备Al3+掺杂的LiNi0.5-0.5xMn1.5-0.5xAlxO4材料。XRD和SEM结果表明Al3+被均匀掺杂到了材料的晶格中,替代了部分Ni和Mn,提升了材料的结晶度与结构稳定性。电化学测试结果表明掺杂Al3+能有效提升材料的倍率性能与循环性能,LiNi0.475Mn1.475Al0.05O4在0.5 C下常温循环100次后容量保持率为96.75%,在0.5 C下55 ℃循环100次后容量保持率也能达到93.24%;常温下10 C放电容量达到101.45 mA·h/g;相比于LiNi0.5Mn1.5O4,掺杂Al3+后的材料具有更好的可逆性与更高的锂离子导电率。     

层状锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的共沉淀法合成

以Ni(NO3)2·6H2O,Co(NO3)2·6H2O,Mn(CH3COO)2·4H2O,LiOH·H2O为原料,采用NaOH-Na2CO3共沉淀的方法,在空气中合成了三元层状锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.采用XRD研究了所合成材料的结构.考查了不同烧结温度对材料电化学性能的影响.结果表明,所合成的材料具有典型的α-NaFeO2层状结构特征,900℃下合成的材料具有最优的循环性能,初始放电容量为169.4mAh/g,初次库仑效率为83.2%,且20次循环后,容量保持率达到96.3%.     

微量CNTs包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的表面。CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料通过SEM、XRD以及电化学测试系统进行表征和测试。结果表明CNTs包覆量为0.5%(质量分数)的CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料性能最佳。在0.1,5C下的首次放电比容量分别为215.59,175.78mAh·g^-1。在0.1C下充电、大倍率5C下放电,CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料仍能保持首次放电容量的81.54%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提高了10.48%。在1C倍率下循环100次其容量保持率可达93.02%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提升了15.42%。     

磷铁和碳酸锂制备LiFePO4的反应机理和性能研究

采用碳热还原法以磷铁和碳酸锂为原料合成了LiFePO4,用XRD、恒流充放电法和EIS对其进行表征,用TG-DTA分析了反应过程。预焙烧过程中磷铁中的磷与碳酸锂反应形成Li4P2O7和LiFeP2O7,再与中间产物Fe2O3、Fe3O4和补充磷源NH4H2PO4进一步反应生成LiFePO4。产物具有良好的电化学性能,在0.1C时放电容量可以达到151.68mAh/g,0.2和0.5C分别循环10和20次后放电容量仍有125.94和103.51mAh/g,衰减率分别为4.23%和7.24%。不同荷电状态的EIS结果表明:放电至2.4V具有最小的溶液阻抗;界面阻抗由于充放电至3.4V时包括一部分不稳定的SEI膜,因此比充放电至2.4V时大;随着充放电过程的继续,反应过程由反应控制逐渐变为扩散控制。