锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展

首先综述了富锂锰基材料的结构和循环过程中存在的问题,然后介绍了富锂锰基正极材料包覆改性研究的最新进展,系统描述了电化学活性材料、非电化学活性材料和导电聚合物等不同种类包覆物质及单层包覆、双层复合包覆和原位包覆等包覆方法在该材料改性领域中的应用,进一步从材料结构、失效机制等角度深入分析了各种包覆改性方法及包覆物质改善富锂锰基材料循环性能的作用机制. 最后,对Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ (LMNC)材料及改性方法等未来发展方向进行了展望.

     

锂离子电池正极材料表面包覆的研究进展

锂离子电池正极材料是锂离子电池发展的关键。对锂离子电池正极材料进行包覆是改善其性能的有效方法。锂钴氧和锂锰氧正极材料表面包覆后的循环性能,特别是高温下的循环性能可以得到有效的改善。对于LiFePO4来讲,表面包覆主要是解决这类正极材料导电性问题。文章综述了国内外锂离子电池材料表面包覆的研究现状,提出了作者对将来研究方向的一些看法和建议。     

层状锂镍钴锰氧化物正极材料的改性研究进展

过渡金属(Ni,Co,Mn)氧化物、氢氧化物或碳酸盐前驱体与锂盐经高温焙烧形成的固溶态层状锂镍钴锰氧化物正极材料,具有高放电比容量、低成本等一系列优点,成为研究的热点,并开始广泛应用。然而锂镍钴锰氧化物正极材料在安全性、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和体相掺杂是改善正极材料电化学性能的有效方法。通过表面包覆改性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,降低电池在充放电过程中的电荷转移电阻,可进一步提高材料的高倍率电化学性能;而引入掺杂离子可以提高晶体晶格能,稳定材料结构,可提高材料的循环性能。本文对锂镍钴锰氧化物正极材料表面包覆和掺杂的研究现状进行了较全面的分析和总结,并对今后的研究方向提出展望。     

锂离子电池正极材料LiCoO2的碳包覆研究

在锂离子电池中,一般情况下导电剂乙炔黑或炭黑在锂离子电池正极物质中的质量百分比为6%～8%,体积百分比为20%～30%.本文为了进一步提高锂离子电池的电化学容量,从降低导电剂在正极物质中的体积百分数,相对提高正极LiCoO2活性材料在正极物质中的体积百分数着手,在正极LiCoO2活性物质表面包覆有机超精细碳（UFC）.有机超精细碳极细小（直径150 nm）,使得活性物质表面上的导电层很薄,导电剂所占的体积极小（仅为2～3%）,这使得LiCoO2活性物质占有很大部分正极空间,使LiCoO2活性物质的电化学比容量提高,同时也使电池的内阻减小,正极活性物质与碳网络的接触良好.     

锂离子电池正极材料钻酸锂的氧化铝包覆研究

在锂离子电池充放电过程中，锂离子在正负极材料中反复嵌入与脱嵌，使LiCoO2活性材料的结构在多次收缩和膨胀后发生改变，同时导致LiCoO2发生层间松动而脱落，使内阻增大，电化学比容量减小。本文主要针对这些问题，提出在LiCoO2表面包覆一层AlO3。包覆Al2O3后可避免LiCoO2与电解液直接接触，减少电化学比容量损失，从而提高Li-CoO2的电化学比容量，改善其循环性能，延长使用寿命。本文通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射和电化学性能测试等分析研究，说明了这种表面修饰对改进材料的电化学性能是十分有意义的。     

新能源汽车动力型锂离子电池锰酸锂正极材料循环性能的改性

在目前主流的锂离子正极材料中,尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)具有成本低廉与安全性能高的优势,因此在小型新能源汽车领域有广泛的应用。目前锰酸锂正极材料发展与应用的主要障碍在于锰元素的溶解。锰的溶解将导致循环性能的迅速衰退,在高温循环中尤为显著。在实验中,以氟化锂作为包覆物质,将其包覆于锰酸锂正极材料表面,从而将锰酸锂与电解液隔绝,起到抑制锰溶解的目的。X射线衍射表明,氟化锂与锰酸锂的共烧结过程中未发生氟掺杂,因此未引起锰酸锂的结构变化。通过对不同氟化锂包覆量电化学阻抗谱的研究,能够确定最合适的氟化锂包覆量。相比原始锰酸锂样品,经氟化锂包覆的锰酸锂正极材料与金属锂和石墨组成的软包电池均表现出了更加优异的电化学性能。其中,软包全电池能量密度达到183 Wh/Kg,1C条件下常温与高温循环1 000圈后容量保持率可达90.3%与75.7%。     

镍锰酸锂正极包覆材料研究进展

近年来,锂离子电池(LIB)成为了便携式电子产品和电动汽车(EV)中不可或缺的一部分。LiNi_0.5Mn_1.5O₄(镍锰酸锂简称LNMO)作为正极材料,由于其能量密度可观(650 W·h·kg^-1)、工作电压高(4.7 V)、原材料成本低和安全性能好受到广泛关注。然而,LNMO正极目前存在高温下循环性能差和容量下降的问题。表面包覆技术被认为是一种前景极佳的解决方案。本文从包覆材料以及包覆方法上总结了目前LNMO正极包覆领域的研究进展。     

锂离子电池正极材料钴酸锂的氧化铝包覆研究

在锂离子电池充放电过程中,锂离子在正负极材料中反复嵌入与脱嵌,使LiCoO2活性材料的结构在多次收缩和膨胀后发生改变,同时导致LiCoO2发生层间松动而脱落,使内阻增大,电化学比容量减小。本文主要针对这些问题,提出在LiCoO2表面包覆一层Al2O3。包覆Al2O3后可避免LiCoO2与电解液直接接触,减少电化学比容量损失,从而提高Li-CoO2的电化学比容量,改善其循环性能,延长使用寿命。本文通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射和电化学性能测试等分析研究,说明了这种表面修饰对改进材料的电化学性能是十分有意义的。     

锂离子电池钴酸锂材料的改性及应用

锂离子电池钴酸锂正极材料经改性后 ,首次放电比容量和效率可达 15 0mAh·g- 1 和 95 .8%,在 0 63 0 48电池中的应用 ,具有较好的工艺适应性 ,电池容量可达 774mAh·g- 1 ,首次放电平台可达 89%,循环 3 0 0次容量保持 87%,平台尚有 83 .7%。而且具有较好的高低温、荷电保持能力和安全性能。电化学性能接近日本A级钴酸锂材料     

包覆型锂离子正极材料LiNi0.9Mn0.03Co0.07O2的合成与性能

采用复合包覆法合成了锂离子正极材料LiNi0.9Mn0.03Co0.07O2,前驱体的合成过程条件与最终包覆的材料性能有关。讨论了包覆沉淀反应过程中沉淀剂、pH值、搅拌速度和氨水浓度对电化学性能的影响。同时还考察了煅烧制度对材料电化学性能的影响。结果表明：在优化条件下Co,Mn均匀包覆在β-Ni（OH）2表面上;合成的正极材料LiNi0.9Mn0.03Co0.07O2在电压范围3～4.3V,电流密度30mA·g^-1下,第二次放电容量为194mAh·g^-1,50次循环后容量仍保持为189mAh·g^-1,材料循环性能稳定。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究现状

对近年来国内外有关尖晶石型LiMn2O4材料合成的研究作了综述。从掺杂改性，表面改性和电解液优化等几个角度分析了LiMn2O4容量衰减的改善及循环性能提高，并初步分析了尖晶石型锰酸锂的容量衰减机理。     

钠离子电池层状氧化物正极材料研究进展

钠离子电池凭借资源和成本优势在大规模储能和低速电动车领域展现出极大应用前景。层状氧化物理论容量较高且易于合成,是目前最具应用潜力的钠离子电池正极材料之一。如何改善层状氧化物正极材料的循环稳定性并提升其能量密度是当前的科学前沿问题。首先,综述了层状氧化物正极材料的几种典型改性方法,从组分设计的角度,探讨了不同掺杂元素、不同掺杂位点对材料容量和循环寿命的影响,阐述了利用阴离子反应提供额外容量的基本原理,概述了提高阴离子氧化还原可逆性的掺杂策略;从结构设计的角度,介绍了复合相材料的制备、微观结构的设计和调控等方向的最新进展;从表面设计的角度,讨论了金属氧化物、磷酸盐等作为包覆层对改善材料稳定性和倍率性能的作用机制。最后,总结了层状氧化物储钠正极材料现阶段面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望,提出了新的研究思路。      

锂离子电池安全性研究进展

综述了近年来电解液的热稳定性影响因素、热失控过程及产物成分、单体及电池组燃爆安全性、灭火措施的研究进展.指出电解液的热稳定性受锂盐和有机溶剂的共同影响,当电池内部温度达到120℃左右时放热反应开始出现,在热量持续积累的情况下热失控将自发进行,同时产生氢气和烷烃类具有燃烧爆炸危险的气体产物.与二氧化碳和干粉类灭火剂相比,七氟丙烷和水的灭火效果较好.最后对锂离子电池的应用前景做了展望,提出了不同滥用条件下的热失控过程、热失控产物生成机理,指出开发新型电解液和寻求高效灭火介质是今后研究的方向.     

锂离子电池正极材料LiNiO2的制备及修饰

详细综述了锂离子电池正极材料锂镍氧的制备方法,探讨了不同离子对的掺杂改性作用和表面修饰对材料性能的影响.如果严格控制合成条件、优化合成工艺,可以合成近乎化学计量的LiNiO2.通过混合掺杂改性和表面修饰,可以制备出循环性能好、充放电容量大、热稳定性高的锂镍氧正极材料.     

Influence of lanthanum doping on performance of LiFePO4 cathode materials for lithium-ion batteries

Using solid-state synthesis method,a series of samples of lanthanum doped Li1-xLaxFePO4(x=0.0025,0.005,0.0075,0.01) were prepared.Each cathode structural and electrochemical properties were investigated using X-ray diffractometry(XRD),scanning electron microscopy(SEM),electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and charge/discharge cycling.Nanopowders material with single-phase could be obtained.The reversible capacity could be drastically improved by the introduction of La.The optimum cells with Li0.99La0....     

过渡金属硫化物镁离子电池正极材料研究进展

镁离子电池作为高电压、高能量可充式电池的典范,已成为储能领域的科研重点和市场热点,开发可逆循环性好、与电解液良好兼容的正极活性材料是提升镁离子电池综合性能的关键。经研究发现,过渡金属硫化物(TMDCs)更加有利于镁离子在分子层间的嵌入和脱出,展现出较好的储镁能力。在介绍镁离子电池工作原理及关键材料的基础上,对近年来有关具有层状结构的MoS2和TiS2、块状堆积结构的谢弗雷尔(Chevrel)相以及其他过渡金属硫化物在镁离子电池正极材料方面的应用研究进行了梳理和总结,并对存在的问题和今后的研究重点以及发展趋势进行了阐述,希望能对今后有关提升镁离子电池综合性能研究起到一定的借鉴作用。     

P2型层状钠离子电池正极材料的研究

采用溶胶-凝胶法合成前驱体, 再结合高温固相法得到P2型层状结构钠离子电池正极材料Na_0.5Ni_0.25Mn_0.75O₂, 并研究该材料的最佳制备条件。研究结果表明, 在空气气氛下900℃煅烧16h制备的材料具有最佳的性能。电镜结果显示结构呈现P2型层状结构、形貌呈现为片状, 粒径大小均匀。电化学性能显示, 1.5~4.2V电压范围内, 在0.1C电流下, 首次放电比容量达到205mAh/g, 首次充放电效率达99.86%, 且循环性能良好, 循环60次后容量达到130mAh/g, 充放电效率为100%, 容量保持率约为65%。      

锂离子电池正极新材料LiFePO4的研究进展

高能量比、循环寿命长、成本低和无环境污染是目前锂离子电池正极材料的研究趋势.LiFePO4以其优良的电化学性能,被认为是最有前途的锂离子电池正极材料.该文综述了现有LiFePO4制备工艺,包括高温固相反应法、水热合成法、溶胶-凝胶法、微波合成法和改性法(如掺杂、包覆)等;并且指出LiFePO4可望于近期内在小功率电池中得到应用,而包覆、掺杂等改性手段是提高其电导率和粒子扩散速率的关键技术.