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%。     

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。     

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。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面包覆研究进展

层状结构的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料具有性能优异,环境污染小,毒性低以及高温稳定性好等优点,然而其在安全性、循环性等方面仍需改善,尤其是在高电压、高温度和高倍率下的充放电性能有待进一步提高,很多研究结果已证明表面包覆是改善正极材料电化学性能的有效方法。表面包覆层可阻止电极材料与电解液的直接接触,抑制循环过程中HF对电极材料的侵蚀,减少电极材料与电解液的副反应,包覆层也可以抑制充放电循环过程中电荷转移电阻的增长,这点可以有效的改善电池的循环寿命;包覆高电导率的材料可以降低材料的界面阻抗,可进一步提高材料的高倍率电化学性能;包覆层多为稳定性较好的材料,这对材料高温下的稳定性有所改进。本文对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆研究现状进行了分析和总结,并对今后的研究方向提出展望。     

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%。     

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。     

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%。     

前驱体制备方法对电池正极材料电性能的影响

采用氢氧化物共沉淀法和碳酸盐共沉淀法制备4种三元LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2前驱体,然后再采用高温煅烧工艺制得LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2。碳酸盐共沉淀法采用碳酸氢钠作为沉淀剂,氢氧化物共沉淀法分别采用氢氧化钠(正向和逆向加入)、氢氧化钠和氨水作为沉淀剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、电化学性能测试等方法系统地研究了前驱体制备方法对三元锂离子电池正极材料电性能的影响。结果表明:碳酸盐共沉淀法制得的LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2体颗粒呈现类球形,与有氨水参与的氢氧化物共沉淀法沉淀产物的形貌基本相似。在1 C、3~4.3 V下充放电,不同前驱体制备的LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2首次放电比容量依次为147.0,145.8,140.2,138.1 m A·h/g,循环50周后依次为135.2,131.1,119.3,113.6 m A·h/g,容量保持率为92.0%、89.9%、85.2%、82.1%。     

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。     

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%.     

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.     

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料还原酸浸与沉淀再生研究

提出了苹果酸与亚硫酸氢钠还原浸出-碳酸盐沉淀再生废旧锂离子电池正极材料的新方案,考察了搅拌速度、有机酸浓度、亚硫酸氢钠添加量、浸出温度、浸出时间对Li、Co、Ni、Mn元素浸出率的影响。结果表明,最佳浸出条件为搅拌速度400 r/min,苹果酸浓度2.5 mol/L,亚硫酸氢钠添加量1.25 mol/L,浸出温度90℃,浸出时间120 min;此条件下,Li、Co、Ni、Mn的浸出率分别达到99.91%、98.14%、99.27%、98.43%。借助XRD、SEM、电化学测试手段分析了再生正极材料的性能。结果表明,再生LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料首圈放电比容量为175.5 mA·h/g, 200圈循环容量保持率高达71.96%,再生正极材料性能较优。     

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。     

异型锂离子电池用Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2材料的纳米MoS_2包覆改性研究

采用简单的液相研磨法制备了纳米MoS_2修饰的富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2。恒电流充放电测试结果表明,经过纳米MoS_2修饰的材料表现出优异的电化学循环稳定性能。3%MoS_2修饰的材料在0.5C倍率下经过120次循环后,放电比容量仍高达235mA·h/g,容量保留率为88.4%,相较于空白样153.8mA·h/g的放电比容量和70.1%的容量保留率有显著提高。此外,与空白样的0.70V相比,3%MoS_2修饰的材料经过120次循环后电压衰减仅为0.44V。可见,材料在循环过程中的电压衰减也得到了明显改善。     

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)。     

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.     

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%。     

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%。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2/C复合正极材料的制备及其性能研究

三元正极材料具有优异的电化学性能,但也存在阳离子混排、压实密度不高、充放电效率较低、倍率性能不理想、高温存储和循环性不好等问题。为改善LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的电化学性能,采用固相法制备了碳包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2/C复合材料,并讨论了包覆质量比分别为1.02%,2.01%和2.97%(质量分数)时对材料的结构、形貌和电化学性质的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果显示:所有样品均为α-NaFeO2六方层状结构,具有类球形形貌。电化学测试结果表明:包覆量为2.01%时材料的综合性能最好,0.1C首次放电比容量达175.5 mAh·g~(-1),未包覆的材料为158.9 mAh·g~(-1),包覆后比纯相LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2提高了10.5%;3.0C进行50次循环,容量保持率为88.2%,而未经碳包覆的材料只有75.6%;锂离子的扩散系数由未包覆时的2.05×10~(-13)cm~2·s~(-1)增大到3.76×10~(-12)cm~2·s~(-1),相应的电荷的转移阻抗由79.4Ω减小到53.6Ω。