近三年来锰酸锂二次锂电池的研究进展

二次锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。总结了近三年来二次锂离子电池的研究进展。正极材料锰酸锂LiMn2O4为尖晶石晶体结构,Li+可在Mn2O4三维网络结构中嵌入-脱嵌,并完成充放电过程。锰酸锂的制备方法有高温固相反应、微波烧结法、固相配位反应法、溶胶-凝胶法、微乳化法、Pechini法及其它新的合成方法等。通过掺杂其它阳离子和阴离子,特别是多种元素同时掺杂,可提高正极材料的稳定性和可逆性。同时讨论了负极材料的制备方法;正极材料容量衰减机理及相应改善措施;电池制备工艺和其它有关研究。最后指出了今后的研究重点:电极材料的充放电性能与电极制备工艺间的关系、锂锰氧与碳负极直接组装成试验电池、开发固体电解质在二次锂电池中的应用。     

尖晶石型锰酸锂制备及其电化学性能

锰酸锂被认为是取代商品锂离子电池正极材料的LiCoO2候选材料.以二氧化锰、醋酸锰及氢氧化锂为原料,蒸馏水为分散剂,在空气气氛下进行分段烧结,控制烧结温度和时间,制备了锂离子电池正极材料锰酸锂.用X射线衍射仪,电子扫描电镜对产物的结构特征、微观表面形貌和恒流充放电性能进行了表征.结果表明:所制得正极材料为尖晶石型锰酸锂,结晶度高,无杂质相,材料颗粒的粒径均匀,首次放电比容量为117.3 mAh/g(0.5 mA/cm2,2.8~4.4 V,vs.Li+/Li);50次循环后,放电比容量为107.9 mAh/g,不可逆容量损失为9.4 mAh/g,比容量保持率为92.0%.得到了很好的综合电化学性能.     

以镍锰酸锂为正极材料的固态电池制备与性能研究

由于液态电池存在安全隐患,开发新型材料的固态电池成为研究热点.以高电压材料镍锰酸锂作为正极材料,PES-LATP@PVC复合物为固态电解质组装固态锂离子电池,在常温下,利用X射线衍射仪、电化学工作站等测试电池的充放电性能和电化学性能.结果表明:制备的聚合物电解质具有阻燃性;组装的半电池在常温、0.2C电流下的首次充电比...     

行星球磨法制备石墨烯钴酸锂正极导电剂

对行星球磨法制备石墨烯导电浆材料进行了研究,通过改变石墨原料粒径、浆料固含量、磨球直径、球磨转速和球磨时间5个参变量的实验,对球磨工艺参数进行优化,使电阻率比磨前降低80%.通过扫描电子显微镜观察到石墨片层被破碎和剥离,原子力显微镜检测到有厚度为4～15 nm石墨薄片,在拉曼光谱中有显著的石墨烯特征峰G峰和2D峰,I_G/I_(2D)=2.475表明浆料中含有少层石墨烯.从导电通道的形成方面,模拟球磨效率的影响,分析了导电性提升原因.将制备的浆料作为钴酸锂电池正极材料的导电剂,装配为扣式电池,进行倍率性能测试,5C以上的高倍率性能优于传统导电剂的锂电池.     

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2+LiMn_2O_4/软碳体系电池的研究

选用锰酸锂(Li Mn2O4)、复合镍钴锰酸锂(Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2)按不同比例混合作为正极,软碳作为负极材料,制备复合镍钴锰酸锂与锰酸锂混合型锂离子全电池(简称混合型锂离子全电池),选择质量分数为15%,35%的Li Mn2O4与Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2混合作为正极活性物质进行实验,研究Li Mn2O4对锂离子全电池充放电性能、安全性能、倍率放电性能、脉冲功率特性等的影响。结果表明:Li Mn2O4质量分数为35%时,既提升了锂离子全电池的电性能,又保证了其较高的安全性能;常温下电流为1I1(I1代表1 h率放电电流)充放电循环预计寿命可达到1 500周,55℃高温下电流为0.5I1充放电循环335周容量保持在92%以上;在放电深度(DOD)10%~80%内10 s脉冲充放电状态下,混合型锂离子全电池阻抗均在9 mΩ以下,50%DOD时的10 s放电比功率在700 W/kg以上。     

用于锂硫电池正极的生物质碳材料制备与应用

当前市场对于新一代高能量密度的电池需求日益迫切,锂硫电池作为最有前景的二次电池之一,其正极材料的研究广受关注。而生物质为前驱体的碳材料因其来源广泛易制备、环境友好性能高而不断被应用到锂硫电池正极材料的研究中。介绍了正极材料的研究现状,制备生物质基碳材料的主要方法,不同制备因素对于生物质碳材料的影响以及在锂硫电池中性能的影响;介绍了生物质碳材料结合目前正极材料的改进措施的实例;最后对生物质碳材料在锂硫电池正极未来的发展方向提出了思考。     

锰掺杂对纯化磷酸铁制备磷酸铁锂电池正极材料的影响

以废弃磷化渣为原料, 利用酸液水热过滤法对磷化渣提纯。将所得纯度较高的磷酸铁为铁源, 通过加入锰 盐来制备含有掺杂锰元素的前驱体, 经过高温还原后可得到掺杂锰元素的磷酸亚铁锂/碳电池正极材料。利用X 射 线衍射仪、X 射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜和LAND 测试仪对不同组成的磷酸铁锂/碳电池正极材料的颗粒形 貌、物相及扣式电池的电化学性能进行表征。结果表明: 掺杂锰元素的磷酸亚铁锂/碳材料在大倍率下仍能保持较高 的容量保持率, 这对于制作大倍率电池具有重要的意义。     

废旧锂电池的机械化学法回收与再制备研究

采用机械活化回收废旧锂电池正极材料钴酸锂(LiCoO₂)中的有价金属钴,实现常温环境中有价金属的高效浸出,并进一步以浸出液为原料,采用水热沉淀法制备镍钴锰酸锂(NCM622)三元正极材料。研究浸出条件对LiCoO₂中钴浸出率的影响,以及制备NCM622正极材料时过渡金属与尿素物质的量比对其电化学性能的影响。实验结果表明：在球磨时间为75 min、球磨转速为400 r/min、固液比为1∶50、球料比为35∶1条件下,钴的浸出率达到96.44%;在过渡金属与尿素物质的量比为1∶3的条件下,制备的NCM622正极材料具有良好的α-NaFeO₂层状结构,Ni、Co、Mn的原子比基本符合6∶2∶2,且其电化学性能良好,首圈放电比容量为154.4 mAh/g, 30圈循环后容量保持率为96.11%。     

锰掺杂对对纯化磷酸铁制备磷酸铁锂电池正极材料的影响

以废弃磷化渣为原料,利用酸液水热过滤法对磷化渣提纯。将所得纯度较高的磷酸铁为铁源,通过加入锰盐来制备含有掺杂锰元素的前驱体,经过高温还原后可得到掺杂锰元素的磷酸亚铁锂/碳电池正极材料。利用X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜和LAND测试仪对不同组成的磷酸铁锂/碳电池正极材料的颗粒形貌、物相及扣式电池的电化学性能进行表征。结果表明:掺杂锰元素的磷酸亚铁锂/碳材料在大倍率下仍能保持较高的容量保持率,这对于制作大倍率电池具有重要的意义。     

动态水热法一步合成尖晶石锰酸锂及性能研究

尖晶石锰酸锂(LiMn 2O 4)是低成本锂离子电池的理想正极材料。采用动态水热法成功地一步合成了一系列粒径较小(<50 nm)且分布较窄的LiMn 2O 4材料,并运用XRD,SEM,CV,EIS和充放电测试等多种方法表征其晶相、形貌和电化学性能。研究结果表明水热温度对产物成分和电化学性能有很大影响。在180℃和200℃条件下制得的LiMn 2O 4材料为纯相尖晶石晶型。180℃合成的材料具有更好的电化学性能,在1 C倍率循环时,LiMn 2O 4材料的首次放电比容量为102.4 mAh/g,循环50周后容量保持率为95.5%。600℃热处理对材料结构和性能具有明显的改善作用,1 C倍率循环时,首次放电比容量达到112.7 mAh/g,循环50周后容量保持率为94.2%。研究成果为低成本锰酸锂正极材料的制备提供了一条理想的工艺路线。