高电压LiNi0.5Mn1.5O4正极材料现状及展望

LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有高能量密度、三维的锂离子传输通道、无毒、安全性高等优势,成为近些年来锂离子电池领域中最具有研究前景的材料之一.介绍了LiNi05Mn15O4正极材料的结构,综述了LiNi05Mn15O4材料常见的制备和改性方法,着重介绍了LiNi05Mn1.5O4微米级单晶形貌对材料性能的影响,并结合当前研究进展对LiNi0.5Mn1.5O4材料未来的发展趋势进行展望.     

TiO2包覆对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料电化学性能的影响

采用TiO_2对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 (LNMO)正极材料进行表面包覆,以达到改善LNMO电化学性能的目的。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试手段对制备的材料进行结构表征和电化学性能评价。结果表明,TiO_2能够在LNMO表面形成包覆层,且LNMO-T-2样品(TiO_2包覆量为w=1.0%)表现出最为优异的倍率性能及循环稳定性。LNMO-T-2样品在5和7 C (1 C=140 mAh·g~(-1))倍率下的放电比容量为102.3和72.1 mAh·g~(-1),比未包覆改性的LNMO分别提高14.3%和33.5%。另外,LNMO-T-2样品在2 C倍率下进行200次循环后放电比容量保持率达到87.9%,高于未包覆改性的LNMO的放电比容量保持率(82.7%)。LNMO-T-2样品电化学性能的改善归因于TiO_2表面包覆可以有效减小电极极化,同时降低电荷转移阻抗(R_(ct))。     

5 V尖晶石型无钴LiNi0.5Mn1.5O4正极材料进展综述

作为下一代锂离子电池或固态电池的候选正极材料,镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4正在吸引研究者的兴趣。本工作介绍了LiNi0.5Mn1.5O4的晶体结构、合成方法、电化学反应机制、材料的电学属性以及材料的优势,同时介绍了目前阻碍其产业化应用所存在的技术障碍：高温循环差、过程库伦效率低、金属溶出及相变、高电压下电解液分解、全电池产气等。针对存在的主要技术问题,深入讨论分析其内在的原因,并总结了若干材料层面的解决思路：微观形貌调控、新黏结剂匀浆策略、掺杂、包覆、高电压电解液匹配、制备过程控制、全电池应用研究等,另外还推测了可能的应用场景。LiNi0.5Mn1.5O4材料的商业化应用还有赖于电池层面的精细结构设计。综述目的是希望研究者更加关注LiNi0.5Mn1.5O4材料的产业化应用研究。     

AlF3包覆对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料电化学性能影响研究

本文通过水热法的方式获得了Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,并且利用1%Al F_3对Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4的表面进行包覆改性。SEM电镜测试表明,经过包覆改性手段处理后的样品与纯样相比其材料的晶体结构未发生改变,对未包覆的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4和1%Al F_3包覆后的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4的正极材料通过新威和电化学工作站进行了电化学性能测试,所获结果表明:发现Al F_3在材料表面形成的包覆层对电解液与Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料之间的相互作用起到了抑制作用,因此经过包覆改性的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的电化学性能明显提高,1%Al F_3包覆后Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4的正极材料的倍率性能以及0.2C低电流密度下首次放电比容量均得到提高。     

机械力化学法制备LiNi0.5Mn1.5O4粉体的研究

以Li2CO3,MnO2和Ni(OH)2·H2O为原料,采用机械力化学法制备锂离子层状结构正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,采用X射线衍射,扫描电镜对其结构和形貌进行了表征.结果表明粉磨6 h可制备能在较低温度下发生固相反应的前驱体;前驱体于800℃煅烧6 h制备得到具有α-NaFeO2型层状有序结构的单相LiNi0.5Mn1.5O4.样品的首次放电容量为80 mAh·g-1.     

Al3 掺杂对LiNi0.5Mn1.5O4材料性能的影响

制备了不同Al~(3+)掺杂量(x)的Li_(1+x)Al_xNi_(0.5)Mn_(1.5–x)O_4(LNMO)材料,通过XRD、SEM等对LNMO材料的结构进行了表征,通过CV测试、交流阻抗谱测试等方法测定了材料的电化学性能,讨论了Al~(3+)的掺杂量对材料结构和性能的影响。结果表明,适当的Al~(3+)掺杂会提高材料的结构稳定性及循环、倍率性能。当x=0.06时改性效果最好,在0.5和2.0 C下循环100次的容量保持率分别达到95.2%和90.0%。而且氧化还原峰的电势差较小,循环可逆性能最好。在该基础上,通过聚合物辅助法制备的样品由于{111}晶面族取向性更强,进一步提升了循环性能,0.5和2.0 C下循环100次容量保持率分别达到97.1%和93.0%。     

ZnF2包覆对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的性能影响

本文用溶胶凝胶法制备了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,然后用ZnF2对其进行表面包覆。XRD测试表明,包覆处理没有影响材料的晶体结构,EDS、SEM和TEM测试表明,2wt%ZnF2在LiNi0.5Mn1.5O4表面形成了约7 nm厚的均匀包覆层。对未包覆、1wt%、2wt%、3wt%包覆后的材料进行电化学性能测试对比,发现包覆后都能减弱电解液与基体间的相互作用,较大地稳定电极表面,提高了材料的电化学性能。其中,2wt%ZnF2包覆样品表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109 mAh/g,容量保持率为79.7%;在10 C时,放电比容量依然高达102.1 mAh/g;5 C高倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 mAh/g,容量保持率为85.6%。     

正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及电化学性能

以Mn(CH_3COO)_2、Ni(CH_3COO)_2和CH_3COOLi为原料,采用流变相法制备正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,对烧结温度、时间、以及配锂量等合成条件进行了优化。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流充放电仪对材料的物相、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,在锂源过量5%,850℃煅烧6 h合成的材料具有最好的电化学性能,以0.1 C倍率下放电比容量为127.1 m Ah/g,50次循环后,容量保持率为95.4%。     

表面包覆对LiNi0.5Mn1.5O4电极材料循环性能改善研究

能量密度是判断锂离子电池技术用于混合动力汽车(HEV)和插电式混合动力汽车(PHEV)应用的关键参数,因此增加锂离子电池中的插层化合物的容量有利于提高锂电池的能量密度.采用氧化物涂层来抑制电解质与LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的氧化副反应.由于纳米Al2 O3不活泼且不能插入或提取锂离子,Al2O3导致LiNi0.5Mn1.5O4电极容量降低.在1 C下经过40次充放电循环后,涂覆有5％纳米Al2O3的LiNi0.5Mn1.5O4具有72.94％容量保持率,结果表明纳米Al2O3涂层对于改善LiNi0.5Mn1.5O4材料的循环性能没有显著影响.     

锂电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的充放电性能研究

采用高分子网络法制备锂离子电池LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,利用XRD,SEM及电化学测试对其进行表征,研究了煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的微观结构,形貌及其电化学性能的影响。研究结果表明,采用高分子网络法制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料颗粒小,粒度分布均匀,850度煅烧制得的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能最好,大倍率3C放电循环20次比容量保持率为97.8%。     

界面化学对镍锰酸锂正极材料电化学性能影响的研究现状及分析

尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料因理论比容量和理论比能量高、工作电压高、资源丰富且价格低廉等优点而备受关注,但该材料因为高电压下电解液的分解及界面副反应导致循环性能和倍率性能不佳,制约着材料的推广应用。结合近几年的研究报道,介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的结构及脱嵌机制、表/界面化学、改性方法,着重介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的表面性质及不同组分之间的界面反应机制及对正极材料电化学性能的影响,指出LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的晶面取向、颗粒形貌、表面元素分布、包覆及离子掺杂是改善镍锰酸锂材料电化学性能的有效途径。同时,通过溶剂替代、成膜添加剂的添加、改变锂盐的种类及浓度等方式,开发与之匹配的耐高压电解液也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后,对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料表面改性和电解液界面构筑方面进行了总结和展望,旨在为提升该材料性能的相关研究提供参考。     

高压LiNi0.5Mn1.5O4正极材料掺杂Nb离子改性研究

采用固相烧结法合成了Nb掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料.通过XRD测试和充放电测试表征了材料的晶体结构和电化学性能.结果表明Nb掺杂容易产生LiNbO3杂质,并影响其放电能力,少量Nb掺杂获得的LiNi0.425Nb0.03Mn1.5O4展示出良好的大电流放电性能.     

Facile synthesis of spinel LiNi0.5Mn1.5O4 as 5.0 V-class high-voltage cathode materials for Li-ion batteries

LiNi_0.5Mn_1.5O₄ and LiMn₂O₄ with novel spinel morphology were synthesized by a hydrothermal and post-calcination process. The synthesized LiMn₂O₄ particles (5-10 μm) are uniform hexahedron, while the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ has spindle-like morphology with the long axis 10-15 μm, short axis 5-8 μm. Both LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ show high capacity when used as cathode materials for Li-ion batteries. In the voltage range of 2.5-5.5 V at room temperature, the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ has a high discharge capacity of 135.04 mA·h·g^-1 at 20 mA·g^-1, which is close to 147 mA·h·g^-1 (theoretical capacity of LiNi_0.5Mn_1.5O₄). The discharge capacity of LiMn₂O₄ is 131.08 mA·h·g^-1 at 20 mA·g^-1. Moreover, the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ shows a higher capacity retention (76%) compared to that of LiMn₂O₄ (61%) after 50 cycles. The morphology and structure of LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ are well kept even after cycling as demonstrated by SEM and XRD on cycled LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ electrodes.     

烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2物理及其电化学性能的影响

以共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2为前驱体,以碳酸锂为锂源,通过高温固相法合成了球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料。通过热重分析(TGA/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分布、以及电化学性能的测试考查了不同烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的物理性能及电化学性能的影响。结果表明,900℃下烧结得到的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2晶体结构完整、球形形貌规则、粒度分布均匀,并表现出了优异的电化学性能,0.2 C首次放电容量达到了166.7 mA.h/g;1 C首次放电容量为151.6 mA.h/g,20次循环后,容量保持率高达97.9%。     

5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究进展

用3 d过渡金属元素部分取代锂离子正极材料的尖晶石型锂锰氧化物中的Mn,可使电极获得接近5V的电压平台,5V电池的好处是可以获得高的功率密度。本文综述了近年来制备5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的方法以及通过这些方法制备出的材料的电化学性能的优劣性。     

镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,对高能量密度动力电池的需求日益迫切。开发高电压正极材料及其适配性电解液,成为下一代高能量密度动力电池的主要研究方向。镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）材料以其高电压（4.7 V,vs.Li/Li ⁺）、高能量密度（达650 W·h/kg）、资源丰富且价格低廉而受到广泛关注。然而,镍锰酸锂材料在长期的充放电循环过程中,锰从电极材料中溶解,破坏了电极材料的结构,导致电池性能恶化。介绍了镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展。指出离子掺杂、表面包覆、复合方法是改善镍锰酸锂电化学性能的有效途径。同时,通过引入成膜添加剂、改变锂盐的种类及浓度、调整主溶剂的种类及比例等方法,可以提高电解液的耐高压性能,提高镍锰酸锂电极与电解液的界面稳定性,也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后提出,适用于锂离子电池的5 V高电压电解液的研发相对滞后,其是制约高电压电池体系应用的主要问题。     

聚合物辅助法合成LiNi0.5Mn1.5O4的研究

采用聚合物辅助方法合成了纳米级的LiNi0.5Mn1.5O4颗粒.通过XRD测试,扫描电镜观察和充放电测试表征了材料的晶体结构、形貌和电化学性能.结果表明烧结温度对于颗粒的尺寸形貌和结晶度具有重要的影响作用,并影响其放电能力,800℃烧结获得的LiNi0.5Mn15O4具有更好的结晶性并且展示出更好的电性能.