锂离子正极材料LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2的合成与掺杂Al的性能研究

采用共沉淀法合成镍钴锰氢氧化物前躯体,使其和碳酸锂混合均匀后,高温焙烧合成锂离子正极材料LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂,研究了掺杂Al（OH）₃对材料循环性能的影响.用X射线衍射和扫描电镜对合成的粉末进行了表征,用电性能测试仪研究了材料的电化学性能.研究发现:温度为850 ℃时焙烧的材料具有最优的电性能,1C电流初始放电比容量达到157.2 mAh/g（2.75~4.2V）,循环50次放电比容量保持率为94.8 %,循环100次材料的放电比容量保持率为90.1 %.通过少量掺杂Al（OH）₃的电池材料结晶性有所提高,晶型趋于完整,但是材料的放电比容量有所降低,前100次循环掺杂对材料循环稳定性无显著改善效果.      

Cu掺杂LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的电化学性能

采用共沉淀法制备前驱体,高温固相合成正极材料Li（Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2）_1-xCu_xO₂（x=0、0.01、0.015和0.02）,通过X射线衍射、SEM和电池测试系统及电化学工作站测试,对其结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,掺杂少量的Cu, 样品均具有α-NaFeO₂型结构,没有出现杂相; 样品（108）/（110）峰分裂明显,材料有着良好的层状结构;随着Cu掺杂量的增加,c和c/a增大,层间距增大,Li+脱嵌通道增大,改善导电性.Cu掺杂1 %和1.5 %的I_（003）/I_（104）比值分别为1.467、1.438,比0 %的1.431值大,减小了阳离子混排.首次放电比容量依次为170.6 mAh/g、164.1 mAh/g、163.6 mAh/g和162.4 mAh/g,当x为0,1 %,2 %经过100次循环,保持率为87.1 %、98.7 %、和87.7 %;x为1.5 %,比容量从161.8 mAh/g增加到173.9 mAh/g,性能较优.      

单晶型LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的制备及性能对比

基于高镍三元正极材料容量和成本等方面的优异性,通过熔盐法结合高温固相法进行梯度煅烧,成功制备出了具有大尺寸单晶颗粒状的高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,并与传统固相反应煅烧制备的材料进行比对,通过XRD衍射分析其结构特征,反映阳离子混排程度。依托扫描电子显微镜和透射电子显微镜,表征其表面形貌和晶体特征,研究表明:在经过循环伏安测试后,在高倍率测试条件下,循环稳定性和容量保有量的优势明显,契合锂离子电池近些年在快速发展过程中所面临的安全稳定的条件。这种采用熔盐法制备的NCM-811材料为制备微米级单晶型的正极材料提供了新的思路。      

铌掺杂对镍基正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能影响

解决镍基正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的电化学循环稳定性和高温循环性能是其产业化推广应用的关键。研究了掺杂铌改性高镍正极材料,优化材料的电化学性能,提升循环稳定性。首先以硫酸盐为原料,在N₂保护气氛下,采用共沉淀法合成三元球形Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,通过高温固相反应与LiOH·H₂O,Nb₂O₅合成Li（Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1）_1-xNb_xO₂（x=0,0.01,0.02,0.03）系列正极材料。X射线衍射结果表明,Nb5+离子可少量进入正极材料晶格,并在正极材料表面形成化学稳定性好的Li₃NbO₄。当x=0.02时,在室温25 ℃,电压2.75~4.2 V,0.2 C倍率下首次放电比容量为172.9 mAh/g,100次循环后容量保持率为97.47%,在50 ℃,0.5 C倍率下循环20次容量基本不变,平均放电比容量为183.7 mAh/g,且该样品具有较好的倍率性能。      

烧成温度对溶胶凝胶法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料,研究了烧成温度对材料结构、形貌和电化学性能的影响。采用XRD、SEM及恒流充放电测试对材料性能进行表征。分析结果表明,材料均呈现典型的α-NaFeO₂层状结构且阳离子有序度较好。不同烧成温度时材料形貌呈现不规则块状且粒径随着温度的增加而增大; 温度低于780 ℃时,材料结晶性不好,生长不完全; 温度高于800 ℃时,材料团聚现象严重、形貌不规整。烧成温度为800 ℃时材料有较好的电化学性能,在5 C高倍率充放电下,首次放电比容量为147.95 mAh/g,循环200次后,容量保持率为76.71%。      

LiNi0.5Mn0.5O2的合成及其AA电池电化学性能

采用共沉淀法合成LiNi_0.5Mn_0.5O₂正极材料.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征合成材料的结构和形貌.研究不同Li/(Mn+Ni)摩尔比、不同焙烧制度、不同化成制度对LiNi_0.5Mn_0.5O₂的电化学性能的影响.结果表明,当Li/(Mn+Ni)摩尔比1.08、一次焙烧温度为500℃,二次焙烧温度为850℃下焙烧得到的材料电化学性能最佳.      

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2@LiMn0.6Fe0.4PO4/C复合正极材料的制备及性能

采用简单的机械球磨混合法制得NCM@LMFP/C(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂@LiMn_0.6Fe_0.4PO₄/C)复合正极材料,系统地研究了NCM与LMFP/C复合比例(9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5)对材料电化学性能和热稳定性的影响.使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)对复合正极材料的结构与形貌进行表征研究.研究结果表明:当NCM与LMFP/C复合比例小于8∶2时,亚微米级LMFP/C出现富集、团聚,将NCM包埋其中.当NCM与LMFP/C复合比例为8∶2时,LMFP/C均匀地包覆在NCM颗粒表面或填充于其颗粒空隙中,材料的电化学性能最优、热稳定性良好:电流为0.1 C和1 C时的放电比容量分别为180.1和165.0 mAh/g,均高于理论测算容量(178.9和164.3 mAh/g);循环80周后容量保持率为95.7%,优于NCM(94.9%);复合正极材料热失控温度...     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的合成与性能

采用共沉淀-高温固相法制备LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂正极材料,利用XRD和SEM对所制试样的晶体结构和形貌进行表征,研究了烧结温度对材料电化学性能的影响.结果表明,焙烧温度为850 ℃制备的材料具有较好电化学性能,在25 ℃,电压范围为2.75~4.2 V,1 C充电6 C放电下首次放电比容量为124.2 mAh/g,50次循环后容量保持率为95.2 %.      

单晶LiNi0.83Co0.1Mn0.07O2正极材料的合成及电化学性能

采用共沉淀-高温固相法合成单晶LiNi_0.83Co_0.1Mn_0.07O₂正极材料。采用XRD,SEM和恒流充放电等测试手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能等进行研究。测试结果表明,材料形成形貌良好的单晶颗粒,Li+/Ni2+离子混排程度较低,材料具有良好的a-NaFeO₂层状结构。在2.75~4.3 V下,扣式电池0.1 C首次放电比容量达209.63 mAh/g,库仑效率为91.19%,0.2 C循环100次后容量保持率为100.09%。      

石墨烯复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2动力学及电化学性能的影响

采用循环伏安、交流阻抗法对添加导电炭黑(SP)和导电炭黑复合石墨烯(SP+G)的两组不同导电剂,与LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂组装成的电池进行锂离子脱嵌动力学研究,通过计算锂离子扩散系数探究不同导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子脱嵌动力学的影响。电化学性能测试表明,添加单一导电剂SP和复合导电剂SP+G的首次放电比容量分别为166、184 mAh/g,添加复合导电剂SP+G的放电比容量显著提升。      

LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高电压研究

使用LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料制作出软包电池,在不同电压上限（4.2 V、4.25 V、4.3 V、4.35 V）下进行电化学测试,再采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）, 对循环100次后的极片进行结构和形貌表征. XRD图谱表明,循环100次后的材料仍具有α-NaFeO₂型结构,并且仍是层状结构,但电压上限为4.35 V时材料I₀₀₃/I₁₀₄值小于1.2,出现了较高的阳离子混乱.在4.2 V、4.25 V、4.3 V和4.35 V的电压上限下,电池的首次放电容量依次为161.5 mAh/g、162.9 mAh/g、169.2 mAh/g和176.6 mAh/g.相较于4.2 V,电压上限为4.25 V、4.3 V和4.35 V时, 容量提高率依次为0.87%、4.77%和9.35%.电压上限为4.2 V、4.25 V、4.3 V和4.35 V的电池200次循环（0.2 C）测试后,容量保持率依次为95.09%、94.41%、95.52%、95.56%.虽然电压上限为4.35 V时材料出现阳离子无序,但其电化学性能却是最好的,可能是由于Co离子高价迁移到Li层时注入过量电荷,使通过大的二次粒子内部晶界网络时具有高电子传导性.      

LiNi0.55Co0.15Mn0.30O2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LiNi0.55Co0.15Mn_0.30O₂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.      

多维度二元导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电池性能的影响

将超级导电炭黑Super-P(SP),碳纳米管(CNT)和石墨烯(GN)任取2种等比例添加到LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中制备扣式电池,探究二元导电剂对电池性能的影响,此外设立单一导电剂SP作为对照组。采用X射线衍射仪分析导电剂的结构,并使用扫描电镜分析导电剂的形貌,此外还测试了电池的电化学性能。添加质量分数为3% GN/SP二元导电剂的电池首次放电比容量最高,为181.1 mAh/g; 添加质量分数为3% CNT/GN二元导电剂的电池循环性能最好,0.2 C循环100周容量保持率为76.2%;添加质量分数为3% CNT/SP二元导电剂的电池倍率性能最优,阻抗最低。结果表明,二元导电剂对电池性能的提升能力均优于单一导电剂SP。      

Na、Zr复合改性提高LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料理化性能

基于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料在高电压下的电化学性能不佳问题,通过简单的共沉淀法得到前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂,与适当的Na源、Zr源及Li源球磨后得到改性材料。通过对比Na和Zr单掺杂或共改性来探究改性材料电化学性能的变化。XRD结果表明,掺杂Na和Zr后,所有改性材料的Li间距和过渡金属层间距均扩大,电化学性能测试发现改性后的材料其循环、倍率性能等均得到明显提升。其中Na、Zr共改性的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM-Na-Zr）,其循环和倍率性能得到显著改善,在2.75~4.35 V、1C倍率下循环200次后,仍然有177.4 mAh/g放电比容量和87.7%的容量保持率。      

Synthesis and electrochemical properties of Ce-doped LiNi_（1/3）Mn_（1/3）Co_（1/3）O_2 cathode material for Li-ion batteries

The layered material of Ce-doped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 with α-NaFeO2 was synthesized by a co-precipitation method. X-ray diffraction (XRD) showed that Ce-doped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 had the same layered structure as the undoped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2. The scanning electron microscopy (SEM) images exhibited that the particle size of Ce-doped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 was smaller than that of the undoped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2. The Ce-doped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 samples were investigated on the Li extraction/insertion performances through charge/discharge, cyclic voltammogram (CV), and electrochemical impedance spectra (EIS). The optimal doping content of Ce was x=0.02 in the LiNi1/3-xMn1/3Co1/3CexO2 samples to achieve high discharge capacity and good cyclic stability. The electrode reaction reversibility was enhanced, and the charge transfer resistance was decreased through Ce-doping. The improved electrochemical performances of the Ce-doped LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathode materials were attributed to the addition of Ce4+ ion by stabilizing the layer structure.