Li_(1+x)Ni_(0.166)Co_(0.166)Mn_(0.667)O_(2.175+x/2)正极材料的喷雾干燥法合成及电化学性能

采用喷雾干燥法制备锂离子电池用层状富锂锰基正极材料Li(1+x)Ni0.166Co0.166Mn0.667O(2.175+x/2)(x=0.3,0.4,0.5,0.6),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、等离子体发射光谱(ICP)、热重-差热分析(TG-DSC)、比表面积、粒度分布和恒流充放电等测试手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明:所制得的富锂锰基正极材料为三方层状结构(mR3)的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2和单斜层状结构(C2/m)的Li2MnO3组成的固溶体,且具有多孔球形形貌。当x=0.4时,材料具有最优的电化学性能。在2.0~4.8 V电压范围内,25 mA/g电流密度下材料的首次放电比容量高达277.5 mA·h/g,20周循环后容量保持率达95.3%,500 mA/g电流密度下放电比容量仍达192.5 mA·h/g。     

加压氧化法制备LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料

以控制结晶法合成的球形Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2.05为前驱体,采用加压氧化法制备锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电测试等方法对该材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。考察氢氧化锂与前驱体物质的量之比(锂配比)、在煅烧过程中的压力、温度和时间等因素对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料结构及性能的影响。结果表明:锂配比为1.02时,在0.4 MPa氧气压力下,于700℃煅烧10 h制备的材料具有最完善的结构和最好的电化学性能;在2.8~4.3 V电压范围内,以0.2 C进行充放电,首次放电比容量达到190.1 mA.h/g,50次循环后容量保持率为90.2%,同时显示出良好的倍率性能和高温性能。     

锂离子电池富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的制备及掺杂改性

以乙酸盐为原料,采用喷雾干燥法制备层状α-NaFeO2结构的富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2及掺杂Cr的Li[Li0.2Ni0.15Cr0.1Mn0.55]O2。采用X射线衍射、扫描电镜、半电池充放电和电化学阻抗谱等方法研究材料的物相、结构、形貌及电化学性能。结果表明:Cr掺杂使材料的颗粒变粗,但不改变材料的结构,而使材料的层状特征更为明显;Cr掺杂后材料的电化学性能得到明显改善,电荷转移阻抗Rct从275.0降低到105.0,循环稳定性和倍率性能均有所改善,Li[Li0.2Ni0.15Cr0.1Mn0.55]O2材料1C倍率下的放电比容量为140.0 mA.h/g,循环50次后放电比容量为133.7 mA.h/g,远高于未掺杂Cr材料的比容量,未掺杂Cr材料在1C倍率下放电比容量为107.1mA.h/g,循环50次后放电比容量为102.1 mA.h/g。     

溶液法合成锂离子纳米Li_2FeSiO_4/C电池正极材料(英文)

以蔗糖为碳源,利用溶液法在温和条件下合成Li2FeSiO4/C的前驱体,煅烧后得到纳米球形Li2FeSiO4/C正极材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对材料的结构和形貌进行表征。通过恒流充放电对材料的电化学性能进行测试。结果表明,采用此法合成的前驱体在700°C煅烧9h得到的纳米Li2FeSiO4/C在室温、1.5~4.6V的电压范围内,于C/20倍率下前3次放电容量达到166mA·h/g,30次循环后容量仍保持有158mA·h/g,容量保持率达95%,表明其具有良好的电化学性能。     

Co~（2＋）掺杂对Li_2FeSiO_4/C电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法,合成纳米复合材料硅酸亚铁锂（Li2FeSiO4/C）。用XRD、TEM和电化学方法,研究了Co2＋掺杂对Li2FeSiO4/C的影响。结果表明,掺杂适量的Co2＋不会改变Li2FeSiO4的正交晶系结构,可稳定材料结构,改善高倍率充放电性能。室温下,Li2Fe0.97Co0.03SiO4/C以0.1C放电的首次放电比容量为151.8（mA.h）/g,20次充放电循环后放电比容量为131.2（mA.h）/g;Li2FeSiO4/C的首次放电比容量为122.0（mA.h）/g,20次循环后,比容量衰减率为20.3%。交流阻抗测试表明：Li2Fe0.97Co0.03SiO4/C在1.5～4.5V下充放电的可逆性优于Li2FeSiO4/C。     

二步煅烧法合成Li4Ti5O12材料的性能

采用超声活化对原材料Li2CO3和TiO2进行预处理,并采用二步煅烧方法制备Li4Ti5O12材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜和电池充放电测试仪研究二步煅烧条件对材料结构、形貌及电化学性能的影响,并得到二步煅烧的最佳工艺。结果表明:采用600℃预烧温度制备的材料具有较高的纯度和结晶度;800℃高温煅烧温度下制备的Li4Ti5O12材料具有均一分散的颗粒结构;超声活化制备Li4Ti5O12的最佳煅烧工艺是600℃预烧8 h后800℃高温煅烧10 h,制备的材料在0.1C倍率下首次放电容量达170.6 mA.h/g,0.2C倍率下20次循环后的放电比容量由152 mA.h/g降至150 mA.h/g,容量保持率为98.7%。     

尖晶石/层状异质结构xLiM_2O_4?(1-x)LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2锂离子电池正极材料的制备及电化学性能

采用原位诱导法制备得到了一系列x Li M_2O_4?(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2(M=Ni,Co,Mn;x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)尖晶石/层状异质结构复合材料。借助X射线衍射、扫描电镜、差示扫描量热仪、恒电流间歇滴定技术和恒电流充放电测试表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了研究。电化学性能结果表明:x=0.2材料的倍率性能和循环性能最佳,在2.7~4.3 V、1C下循环100次后,放电比容量为137 m A?h/g,容量保持率为93%;10C时的放电比容量为112 m A?h/g,相比于原始Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料在10C的放电比容量(95 m A?h/g)有较大提高。此外,快充慢放能力测试也证实了该材料的结构稳定,其在5C充、1C放的充放电机制下,循环100次后的放电比容量还能高达120 m A?h/g,容量保持率为87%。恒电流间歇滴定技术(GITT)的结果表明。x=0.2材料的D_(Li+)值比原始Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的要高出一个数量级,说明尖晶石相的引入从根本上改善了材料的电化学性能。     

Al掺杂对Li_4Ti_5O_(12)结构及性能的影响

以金红石型TiO2、Li2CO3和Al2O3为原料,采用高温固相法制备锂离子电池负极材料Li4Ti5O12和Li4AlxTi5-xO12(x=0,0.025,0.05,0.1,0.2,0.4)。利用X射线衍射仪、扫描电镜、半电池充放电测试和交流阻抗测试研究材料的物相、结构、形貌以及电化学性能。结果表明:Al掺杂不会改变Li4AlxTi5-xO12的尖晶石结构,但会导致材料颗粒尺寸增大;适当Al掺杂后,材料的循环稳定性和极化性能得到改善,充放电比容量和可逆比容量不同程度降低;Li4Al0.025Ti4.975O12具有最优的电化学性能,0.1C倍率下首次充电比容量达到156.7 mA.h/g。     

Ti4＋掺杂对Li2FeSiO4／C电化学性能的影响

用溶胶-凝胶法制备Ti4＋掺杂的Li2FeSiO4／C正极材料。用XRD、HRTEM和电化学方法研究了该材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明,掺杂适量的Ti4＋不会改变Li2FeSiO4／C的正交晶系结构,可以稳定材料的结构,改善高倍率充放电性能。在室温下,Li2Fe0.97Ti0.03SiO4/C以0．1c倍率放电的首次放电比容量为149．1mA·h／g,20次循环后放电比容量为127．3mA·h／g,且不同倍率下的电化学性能明显优于未掺杂的Li2FeSiO4／C。交流阻抗谱研究表明,适量的Ti4＋掺杂,减小了正极材料在充放电过程中的电荷传递电阻,增加了材料的电子电导率,改善了材料的电化学性能。     

退火对(La_(0.8)Nd_(0.2))_2Mg(Ni_(0.8-x)Co_(0.1)Mn_(0.1)Al_x)_9合金储氢性能的影响

(La0.8Nd0.2)2Mg(Ni0.8-xCo0.1Mn0.1Alx)9(x=0~0.15)系列合金经退火处理,合金电极具有较好的活化性能,经1~4次充放电循环就可达到最大放电容量,合金电极的最大放电容量Cmax得到提高,最大值为399.2 mA·h/g(x=0)。并随着Al替代量的增加,合金电极的吸放氢平台压降低,而吸氢滞后增大。同时,退火处理能明显改善合金电极的循环稳定性,经60次充放电循环后,合金电极的容量保持率(S60)最大值为76.7%(x=0.1)。     

Mg-Co复合掺杂对LiFePO_4电化学性能的影响(英文)

通过固相反应制备了Mg2+和Co4+复合掺杂的LiFePO4电极材料。采用X射线衍射、恒电流充放电和循环伏安研究复合掺杂对 LiFePO4结构和电化学性能的影响。结果表明:复合掺杂能够提高 LiFePO4的首次放电比容量,0.1C和1C的放电容量分别达到147.2mA·h/g 和133.3mA·h/g。循环伏安测试结果表明:复合掺杂改善了LiFePO4的导电性能,增强了Li+的脱嵌可逆性。     

锰掺杂对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3/C性能的影响（英文）

采用溶胶-凝胶法合成Li3V2-2/3xMnx(PO4)3(0≤x≤0.12)。采用XRD、SEM、XPS、恒流充放电和电化学阻抗谱(EIS)研究Mn掺杂对Li3V2(PO4)3/C结构和电化学性能的影响。XRD研究表明:掺杂少量的Mn2+不会影响材料的结构,所有样品均具有单一相态的单斜结构(P21/n空间群)。XPS分析表明:在Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C中,V和Mn的化合价分别为+3和+2,原料中的柠檬酸在煅烧过程中分解成C而残留在Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C中。电化学测试表明:掺杂Mn改善了电极材料的循环性能和倍率性能,正极材料Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C表现出最好的循环稳定性和倍率性能。在40mA/g的放电电流密度下,循环100次后,Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C的放电容量从158.8mA·h/g衰减到120.5mA·h/g,容量保持率为75.9%,而未掺杂样品的放电容量从164.2mA·h/g衰减到72.6mA·h/g,容量保持率为44.2%。当放电电流密度增加到1C时,Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C的初始放电容量仍能达到146.4mA·h/g,循环100次后,放电容量保持为107.5mA·h/g。EIS测试表明,掺杂适量的Mn2+减小了电荷转移阻抗,这有利于Li+的脱嵌。     

LiNi_(0.94)Co_(0.04)Al_(0.02)O_2正极材料制备及其电化学性能研究

以共沉淀法制备的类球形镍钴铝前驱体Ni_(0.94)Co_(0.04)Al_(0.02)(OH)_2与锂盐Li OH·H_2O为原料,通过高温固相法制备了球形镍钴铝酸锂Li Ni_(0.94)Co_(0.04)Al_(0.02)O_2正极材料,研究了煅烧温度对合成产物结构与性能的影响。采用XRD、SEM和EDS对Li Ni_(0.94)Co_(0.04)Al_(0.02)O_2正极材料粉末的结构、形貌和元素分布进行了表征;采用充放电测试和循环性能测试对材料的电化学性能进行研究。结果表明:745℃制备的Li Ni_(0.94)Co_(0.04)Al_(0.02)O_2正极材料层状结构较好,Ni、Co、Al三种元素分布均匀,具有最高的放电比容量和优良的循环性能;在2.8～4.3V内,0.1C倍率的首次放电比容量达221.6 m Ah/g,1C倍率下50周循环容量保持率达90%以上。     

AlF_3包覆锂离子电池正极材料Li_(1.2)(Mn_(0.54)Ni_(0.16)Co_(0.08))O_2的制备、表征及电化学性能(英文)

采用溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2,并用Al F3对这种材料进行表面包覆改性。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等表征材料的结构和形貌。结果表明,合成的Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2具有典型的层状α-Na Fe O2结构,AlF3均匀包覆在Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2材料表面,包覆层厚度为5~7 nm。电化学测试表明,包覆Al F3后材料的电化学性能得到提高,在1C倍率下,包覆的AlF3材料的首次放电容量为208.2 m A·h/g,50次循环后容量保持率为72.4%,而未包覆AlF3的材料的首次放电容量和容量保持率分别为191.7 m A·h/g和51.6%。     

LiNi_(0.87)Co_(0.10)Mg_(0.03)O_2正极材料的合成和电化学性能（英文）

采用共沉淀法制备钴镁共掺的LiNi0.87Co0.10Mg0.03O2正极材料。结果表明,所制备的LiNi0.87Co0.10Mg0.03O2正极材料具备良好的电化学性能,在3.0~4.3 V(Li+/Li)的条件下,该电极0.2C和1C的首次放电容量分别为202.6mA·h/g和190.5 mA·h/g;经过50次循环后,该电极0.2C和1C的容量保持率分别为96.1%和93.4%。而且,将该材料制作成型号为053048的全电池,在1C充放500次后,电池的容量保持率为81.7%,性能接近工业用钴酸锂电池的水平。因此,采用该方法制备的正极材料能够用于高能量密度的移动数码产品。     

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的多元掺杂改性

采用共沉淀法制备锂离子电池掺杂型层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMxO2(M=Mg、Al、Cr)正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、充放电实验和交流阻抗实验对LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMxO2正极材料的结构、形貌、电化学性能以及动力学参数进行表征。结果表明:当掺杂量x=0.05时,Mg2+、Al3+掺杂的正极材料在2.8～4.3V、0.1C下的首次放电比容量分别为139.2、151.6mA·h/g,20次循环后的容量保持率分别为98.8%和96.7%;掺杂Mg2+或Al3+均能提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的交换电流密度和锂离子扩散系数。结合实验结果和掺杂离子的离子半径和化学稳定性,解释了掺杂离子在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2晶格中的占位及其在充放电过程中的作用。     

前驱体掺杂-常温球磨还原法制备锂离子电池正极材料LiFe_(1-3y/2)Al_yPO_4

采用共沉淀法制备掺Al3+前驱体FePO4·2H2O,并以乙二酸为还原剂,与Li2CO3反应在常温下球磨合成LiFePO4前驱混合物,后经热处理得到橄榄石型LiFe1-3y/2AlyPO4。用XRD、SEM、HRTEM和恒流充放电等对样品进行表征。结果表明:适量Al3+掺杂不会破坏LiFePO4的晶体结构,当掺杂量较低时(y=0.01),Al3+优先占据Fe位;当掺杂量较高时(y≥0.02),Al3+同时占据Li位和Fe位。电化学测试表明:LiFe0.985Al0.01PO4拥有最优的电化学性能,该样品在0.1C、1C和2C倍率下的首次放电比容量分别为162.4、152.2和142.0 mA·h/g,在1C倍率下循环100次后的放电比容量高达149.7 mA·h/g。     

新型锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3的合成及其性能

以LiOH·H2O、V2O5和NH4H2PO4为原料,C为还原剂,采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3).考察了合成温度等条件对产物组成和晶相的影响.结果表明:随着焙烧温度的升高,杂相的衍射峰相对强度逐渐减弱,当煅烧温度达到800℃时,杂相衍射峰消失,所得样品为纯相的Li3V2(PO4)3样品;按Li、V、P的摩尔比为3:2:3将原料在800℃下焙烧24 h,合成得到正极材料.该材料在0.1 C充放电制度下,首次充电比容量达到135 mA·h/g,首次放电比容量130 mA·h/g,充放电效率达96.3%;经过20次循环后,放电容量仍然高达110 mA·h/g.对经过20次循环后的样品进行了X射线衍射分析,结果发现,经过20次循环后样品仍然具有单斜晶体结构,样品各主要衍射峰强度都急剧减弱,说明样品在充放电过程中晶体结构发生了变化;采用最小二乘法对样品充放电前后的晶胞参数进行了计算,发现样品在经过充放电循环后晶胞参数都有不同程度的增加,晶胞体积增大0.6%左右.     

熔融盐法合成高密度锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2-xAlxO2

利用低共熔组成的0.38LiOH-0.62LiNO3混合锂盐体系,与高密度前驱体Ni0.8Co0.2-xAlx(OH)2(0≤x≤0.15)在低温下自混合,无需前期研磨和后续洗涤,直接制备出高密度Co-Al共掺杂的锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2-xAlxO2(0≤x≤0.15)。X射线衍射分析结果表明,合成的LiNi0.8Co0.2-xAlxO2具有规整的层状α-NaFeO2结构。扫描电镜显示产物颗粒均匀,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的振实密度达2.97g·cm-3。电性能测试表明,在0.2C放电倍率和3.0～4.3V的电压范围内,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2首次放电比容量达167.5mAh·g-1,且具有良好的循环性能。     

锂离子电池复合正极材料Li_(1+x)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(1-x)O_2(0≤x≤0.3)中锂含量对电化学性能的影响（英文）

为了确定具有固定比例的富锂锰基(Mn:Ni:Co=0.6:0.2:0.2)正极材料中的最优锂含量,制备了Li_(1+x)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(1-x)O_2(x=0,0.1,0.2,0.3)复合物正极材料。XRD测试表明,富锂锰基复合材料具有典型的空间R3m和C2/m层状复合结构。SEM观察表明,颗粒粒度在0.4~1.1之间,并且粒度随锂含量的增加而增大。Li_(1.2)(Mn_(0.6)-Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.8)O_2具有较好的首次放电容量,在电流密度为20 mA/g,电压为2.0~4.8 V下,其首次放电容量为275.7 mA·h/g。然而Li_(1.1)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.9)O_2表现出较好的循环性能,在0.2C、50次循环后,容量保持率为93.8%,在反应动力学中具有较好的锂离子脱嵌能力。