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。      

表面活性剂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料形貌和储锂性能的影响

表面活性剂在材料合成时具有形貌控制方面的重要作用,为提高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的综合电化学性能,本文通过在正极材料前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂合成过程中加入不同的表面活性剂来控制三元材料的形貌,并对煅烧后所得的高镍三元产物材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂进行形貌和电化学性能分析,结果表明：利用表面活性剂合成的产物材料有着更加规整的形貌和晶体结构稳定性;分别添加十二烷基苯磺酸钠、蔗糖、十六烷基三甲基溴化铵以及聚乙二醇之后,首次充电比容量分别可以达到232.2 mAh·g^-1、248.1 mAh·g^-1、231.3 mAh·g^-1以及216.1 mAh·g^-1,其中十六烷基三甲基溴化铵的...     

钒掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料电化学性能的影响

LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ (LNCM)因其高比容量等优点在动力电池领域受到广泛关注。然而,较差的循环性能和严重的安全问题限制了其应用前景。离子掺杂是提高材料电化学性能的有效方法之一。采用溶胶凝胶法,以NH₄VO₃为钒源,成功制备了钒掺杂LiNi_1/3-xCo_1/3Mn_1/3V_xO₂正极材料。结果表明:LiNi_1/3-0.02Co_1/3Mn_1/3V_0.02O₂ (LNCMV)电极材料表现出优秀的储锂性能(0.5 C时,80次循环后,放电比容量为169 mAh/g)。通过V⁵⁺替代LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极...     

掺杂-包覆改性单晶LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2的制备技术及性能研究

高镍三元正极材料以其能量密度高的特性成为目前动力型锂离子电池主流正极材料之一,但目前高镍三元材料存在循环稳定性较差、大倍率充放电性能较差等问题,限制了其规模化应用。三元材料的单晶化可以有效降低循环过程中的颗粒间微裂纹产生,结合表面包覆可有效提高高镍三元正极材料的循环稳定性。同时,高价阳离子掺杂可有效提高锂离子传输速率,提高高镍三元材料的倍率充放电性能。本文采用高温固相法制备W⁶⁺、Zr⁴⁺共掺杂和H₃BO₃、Al₂O₃双包覆的高镍单晶LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂材料,并探究其电化学性能的变化。在3.0～4.3 V电压范围内,与未掺杂材料相比,W-Zr共掺杂的LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂在不同放电倍率下具有更好的电化学性能;采用H₃...     

溶胶凝胶法合成811正极材料及电化学性能

采用溶胶凝胶法合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料。探究不同的锂配比、不同的烧结温度对正极材料的形貌和电化学性能的影响。电化学性能测试结果表明:当锂过量13%,烧结温度为800 ℃时电化学性能较优,其首次放电比容量达179.89 mAh/g,0.2 C循环20次后容量保持率为94.72%,且此时材料的电极极化程度最小,晶体结构最稳定,循环可逆性也最好。XRD、TEM的分析结果说明:LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料具有较好的结晶性,且有良好的a-NaFeO₂层状结构,做出的材料形貌为不规则块状。      

LiClO4预氧化Ni0.8Co0.17Al0.03(OH)2提升锂离子电池的循环稳定性

层状高镍正极材料（LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂）因为具有高的镍含量，相比于LiCoO₂拥有更高的比容量和更低的成本，受到了大众的欢迎。然而，循环过程中容量的快速衰退阻碍了LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂的进一步商业化使用。其中，Li+/Ni2+混排现象是造成材料不良循环性能的主要原因之一。本文中，使用具有强氧化性的LiClO₄对Ni_0.8Co_0.17Al_0.03（OH）₂前驱体进行预氧化处理。X射线衍射（XRD）测试和精修结果显示，LiClO₄处理后的LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂（LiClO₄-NCA）样品有着更低的Li+/Ni2+混排程度，这与X射线光电子能谱（XPS）测试得到的正极材料中Ni2+/Ni3+结果相一致。电化学测试结果显示，LiClO₄-NCA相比于原始样品LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂（NCA）具有更优异的循环性能，1 C倍率循环100圈后，LiClO₄-NCA的容量保持率（94.3%）明显高于NCA（82.4%）。LiClO₄-NCA优异的电化学性能归因于LiClO₄促进了材料中的Ni2+转化为Ni3+，减少了阳离子混排现象，保持了更完整的层状结构。因此，LiClO₄对Ni_0.8Co_0.17Al_0.03（OH）₂前驱体进行预氧化处理可以改善材料中的Li+/Ni2+混排现象，优化层状高镍正极材料的循环稳定性。      

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%。      

Al2O3/LiAlO2协同提升LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2正极材料循环稳定性的研究

锂离子电池(LIBs)是最普遍的储能设备之一,高镍LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂正极因其放电比容量高而备受关注,然而,在长循环的过程中,由于正极表面的活性物质发生了化学和结构变化,LIBs的能量存储能力会随着循环的进行而减弱。理解和缓解这些退化机制是减少容量衰退的关键,从而提高锂离子电池的循环寿命。包覆是常见的改性手段,可改善高镍LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂正极界面稳定性并降低表面降解的程度。但是,常规包覆方法形成的包覆层的厚度和均匀性难以调控,为了改进此问题,本研究建立了一种Al₂O₃/LiAlO₂薄膜,对LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂具有协同改性效应,可形成厚度均匀的双包覆层,增强正极材料的循环性能和结构稳定性。研...     

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%。      

双包覆层协同提升LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2三元材料电化学性能研究

超高镍层状材料LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂(简称NCM92)因其具有较高的能量密度和价格优势,已成为锂离子电池重要的正极材料来源之一。然而,由于该材料的界面不稳定和不可逆相变,商业应用面临特别是在高截止电压下快速的容量衰落和严重的结构退化的问题。本研究设计了一种ZrO₂/Li₂ZrO₃双包覆层改性超高镍单晶正极材料,同时材料表面均匀掺杂有Zr元素,通过双包覆层协同策略显著增强了正极的高压性能和结构稳定性。研究结果表明,ZrO₂/Li₂ZrO₃双包覆层可以有效缓解超高镍正极材料H2-H3相变的不可逆性,提高力学稳定性和界面稳定性,同时表面Zr掺杂进入晶体结构中的TM层与Li位抑制Li/Ni混排并扩宽了晶格间距,ZrO₂/Li₂ZrO₃双包覆层与Zr掺杂改性的材料(NCM92-Zr)展现出优异...     

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 %.      

正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg掺杂及电化学性能

为提高正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的循环性能, 采用氢氧化物共沉淀法对前驱体进行Mg掺杂, 再经过混锂、球磨、高温煅烧后, 分别对掺杂与未掺杂的正极材料进行了XRD、SEM及电化学性能的比较.研究结果表明:掺杂与未掺杂的正极材料都为标准的α-NaFeO₂型层状结构, 粒度大小无明显变化; 对于掺杂量为0.03与未掺杂的正极材料, 首轮放电比容量分别为138.2 mAh/g和145.3 mAh/g; 而循环50轮的放电比容量则分别为131.1 mAh/g和119.5 mAh/g.由此可见, 通过Mg掺杂, 正极材料的首轮放电比容量虽有少量降低, 而循环性能却有明显增强.      

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。      

La3+掺杂对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备添加了La3+的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料, 通过XPS、X射线分析仪、扫描电镜、电化学工作站、电池充放电测试系统详细地探讨了不同添加量的La3+对材料的结构、形貌和电化学性能的影响。结果显示, 与无添加的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料比较, 添加了La3+的材料一次颗粒尺寸更大, 球形度更好且材料的电极R_sf+R_ct阻抗均显示有所降低; 当添加x=0.01时, 材料的大电流循环稳定性得到了较大提升, 1 C条件下经过100次循环后, 添加La3+材料容量保持率为75.81 %, 而未添加材料容量保持率只有49.57 %; 添加了La3+材料制得的电池在0.5、1、5 C倍率下的放电比容量也要明显高于无添加材料。      

正极材料LiNi0.8Mn0.2O2前驱体合成工艺的探究

成本低、性能稳定的无钴镍锰正极材料是目前的研究热点。采用共沉淀法制备Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂前驱体, 用氨水作为络合剂, 探究了NH₃浓度对前驱体Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂共沉淀的晶粒生长和形貌的影响, 以及对锂离子电池正极材料LiNi_0.8Mn_0.2O₂的晶体结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电镜、循环伏安测试、交流阻抗和电池充放电测试系统表征材料的结构、形貌和电化学性能。表征结果显示, 在0.1 C, 2.5~4.2 V化成条件下, 初始放电比容量为167 mAh/g, 充放电效率为96%。当氨水用量为45 mL时, 样品具有较优的循环性能, 在1 C倍率下, 2.5~4.2 V的电压测试范围内, 循环100次后, 放电比容量为139 mAh/g, 容量保持率为93.9%。在低倍率充放电条件下样品具有明显优于其他材料的电化学性能。      

碳纳米管导电浆料的制备及其对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 电化学性能的影响

用CVD法制备碳纳米管,通过强酸超声处理后溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制备成碳纳米管导电浆料,利用XRD,SEM,BET考察了制备的碳纳米管导电剂浆料的结构和表面形貌,并考察了其作为导电剂对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池电化学性能的影响;研究结果表明经过王水处理后的碳纳米管获得了更好的分散性,并且得到了更多的介孔。添加了碳纳米管导电浆料的电池首次放电比容量是186.1 mAh/g,而未添加碳纳米管导电浆料的电池首次放电比容量是181.2 mAh/g。添加了碳纳米管导电浆料的电池循环性能更好,100次循环容量保持率是95.95%;添加了碳纳米管导电浆料的电池大倍率性能优越,在2C、3C、5C倍率下要明显高于单独用SP做导电剂的电池(1 C=180mA/g)。并且,添加碳纳米管导电浆料的电池电极界面阻抗要小。