正极材料磷酸铁锂研究进展

近年来,磷酸铁锂作为重要的锂离子电池正极材料得到显著的发展,相较于其他正极材料,磷酸铁锂材料在特定的使用环境下具有明显的优势,其中包括优良的循环性、热稳定性、安全性能。相比之下,磷酸铁锂正极材料存在的电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺陷,限制了其在高倍率动力电池等场景下的使用。文章主要从LiFePO_(4)基本概述、材料制备及改性方法等方面,对近年来LiFePO_(4)的发展进行综述,在此基础上对未来发展趋势及材料性能提出预期,并对LiFePO_(4)在产业化进程中的重点问题进行总结。     

锂电池LiFePO_4正极材料性能改善方法综述

LiFePO_4作为正极材料电化学性能优越,是发展潜力巨大的锂离子正极材料之一,但由于导电率和锂离子扩散速率问题,一直制约其发展。首先阐述了LiFePO_4的微观结构、充放电原理以及充放电反应模型,回顾了近年来国内外改善磷酸铁锂的电化学性能所进行的研究,重点介绍了离子掺杂、碳包覆和材料纳米化方法对LiFePO_4正极材料的影响以及目前仍然存在的问题,最后展望了该领域的发展趋势,并指出继续进行深入的理论研究和工艺改进是今后的重点研究方向。     

固相反应条件对磷酸铁锂电化学性能的影响

以碳酸锂(Li₂CO₃)为锂源, 磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄)为磷源, 草酸亚铁(FeC₂O₄·2H₂O)为铁源, 柠檬酸(C₆H₈O₇·H₂O)为碳源, 采用固相反应法制备橄榄石晶型磷酸铁锂。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜, 能谱仪, 比表面积分析仪和电化学测试等设备和方法对磷酸铁锂材料的物相组成、结构、形貌和电化学性能进行表征, 研究煅烧温度和保温时间对磷酸铁锂电化学性能的影响, 并通过添加碳对试样进行包覆改性。结果表明, 在煅烧温度为700℃, 保温时间为12 h条件下制备的磷酸铁锂正极材料的电化学性能良好, 碳包覆能有效改善电极材料的性能。包覆碳后的磷酸铁锂电极材料在0.2C充电电流密度下首次放电比容量可达319.2 mAh·g-1; 在1C充电电流密度下循环100次后, 放电比容量保持在168.1 mAh·g-1。     

烧结工艺对锂离子电池正极材料磷酸钒锂结构和电化学性能的影响

磷酸钒锂因其具有较高的能量密度、良好的结构稳定性、安全性能以及低温性能而成为潜在的、最具有前途的锂离子电池正极材料。以LiOH·H_2O作为Li源,以V_2O_5作为V源,以NH_4H_2PO_4提供磷酸根,以柠檬酸为还原剂进行配料并球磨后通过碳热还原法制备Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料。通过XRD、恒电流充放电等测试手段研究了烧结温度和烧结时间对Li_3V_2(PO_4)_3正极材料结构及电化学性能的影响,通过多次试验获得制备性能优良的单斜Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的最佳烧结工艺参数。结果表明850℃、10 h合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C样品的结晶度最好,晶型最完整,结构最稳定,极化最低,放电比容量最高,循环性能最好。在电压范围3.0～4.3 V和0.1 C倍率下,其首次放电比容量为119 mAh/g,经过15次循环后其放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为99.7%。     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展分析

从磷酸铁锂概述入手,分析了其充放电原理和电化学性能,探讨了锂离子电池正极材料磷酸铁锂制备技术和改性技术的研究进展,旨在为相关研究和实践提供参考。     

层状Ni-Mn基锂离子电池正极材料进展

层状Ni—Mn基锂离子电池正极材料具有层状结构镍酸锂(LiNiO2)的高比容量以及尖晶石型结构锰酸锂(LiMn2O4)的高安全性、低价格等特点，是最有可能代替或部分代替LiCoO2的新型正极材料用于小型锂离子电池，同时也可望用作低成本、高安全性和大容量动力型锂离子电池的正极材料。本文综述了层状Li—Ni—Mn—O系化合物和LiNi1/3Mn1／3Co1/3O2的合成工艺、结构特点和电化学性能，阐述了层状Ni—Mn基锂离子电池正极材料的发展、研究开发现状和应用前景。     

复合导电添加剂对磷酸铁锂电池性能的影响

磷酸铁锂基锂离子电池由于具有高的安全性能和优异的循环性能是新能源领域的研究热点。而磷酸铁锂材料本身导电性差,在实体电池制作过程中容易出现内阻较大和倍率性能不佳等问题,因此需要研究导电添加剂组成对电池性能的影响。本文用商业化的LiFePO4、石墨和电解液为主要原料,以碳纳米管(CNT)和导电碳黑(Super P)为导电添加剂,制作了20 Ah容量兼倍率型的磷酸铁锂软包电池。扫描电镜(SEM)分析测试表明导电碳黑Super P和CNT分散均匀,可与磷酸铁锂颗粒形成点和线的接触,进而可以提供更多的附加导电通路。应用该复合导电添加剂所制作的磷酸铁锂动力电池具有1.0 mΩ内阻,电池首次效率在91%以上,正极材料克容量0.5C发挥到146.32 mAh·g-1,9C/1C接近100%,倍率性能优异,电芯经过2165周循环电池容量保持率为91.78%,循环性能优秀;而使用常规导电碳SP+KS-6的分容比容量是139.06 mAh·g-1,电池内阻均值为3.25 mΩ,电芯经过2003次循环,容量保持率为87.63%。经过优化实验条件,正极中添加3%SP+1%KS-6+1%CNT复合导电剂的电芯整体性能最佳。     

锂离子动力电池正极材料的研究进展

介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂的性能,以及它们作为动力电池正极材料的可行性。磷酸铁锂和锰酸锂以其优异的性能成为最热的动力电池正极材料,并且锰酸锂的研究及应用进展表明锰酸锂已经成为锂离子动力电池正极材料的首选。     

锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展

介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钒的氧化物以及导电高聚合物正极材料的发展现状和研究进展.LiCoO2在今后正极材料发展中仍然有发展潜力,通过微掺杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高,循环性能大大改善.环保、高能的三元材料和磷酸铁锂为代表的新型正极材料必将成为下一代动力电池材料的首选.     

以废旧锌锰电池为锰源制备锂离子电池正极材料LiMn_2O_4

采用湿法回收技术从废旧锌锰干电池中回收锰,并以此为锰源制备锂离子电池正极材料锰酸锂。用XRD、SEM对产物的结构和微观形貌进行表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,该工艺合成的产物为尖晶石型LiMn2O4,纯度高,粒径分布均匀,初始比容量可达119mAh/g,适合用作锂离子电池正极材料。     

共沉淀法制备磷酸铁锂的热处理过程研究

以硫酸亚铁、磷酸、氢氧化锂为原料,通过共沉淀法合成磷酸铁锂前驱体,再经过焙烧得到高倍率性能磷酸铁锂复合材料(LiFePO_4/C)。研究了前驱体焙烧过程中温度对样品形貌及电化学性能的影响。结果表明:产出物相为磷酸铁锂,颗粒呈现较好的球形形貌,750℃煅烧得到的样品显示出最高的电化学性能,电导率为5.10S/m,振实密度为1.19g/cm~3,在0.1C倍率下首次放电比容量达到145.8mAh/g,内阻为139.64Ω,循环伏安曲线上下对称,有很好的循环可逆性。     

不同锰源对富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2性能的影响

采用MnCO3或MnO2为锰源,设计了两条工艺路线,并分析了这两种工艺对富锂正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2结构、形貌、振实密度及电化学性能的影响。研究结果表明,两种工艺制备的材料都具有层状结构,二次颗粒都呈球形,球形颗粒的直径都在2~15μm,一次颗粒0.2~1.0μm;但是在两种不同的工艺下,球形颗粒的聚集程度不一,其中以MnO2为锰源,制备的材料的颗粒接触最为紧密,而且其振实密度高,为1.5g·cm-3。以制备出的材料作为电池的正极材料,组装2032扣式电池,在0.1C(20mA·g-1),电压范围2.0~4.8V,测试材料的首次充放电,其中以MnCO3为锰源,制备的材料的首次放电比容量为最高,为262.1mAh·g-1,首次库伦效率为76.8%。在不同倍率(0.2C,0.5C,1.0C和3.0C)下测试电池性能,以MnO2为锰源,3.0C下的放电比容量为183.5mAh·g-1。因此,采用MnO2为锰源制备出的富锂正极材料具有较高的倍率性能。     

LiMnPO4/C复合正极材料的固相合成及性能

采用不同锰源合成LiMnPO4/C复合正极材料,对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。研究结果表明:以MnC2O4·2H2O为锰源合成的LiMnPO4/C样品颗粒细小均匀,且表现出最好的电化学性能。采用分步活化煅烧法进行了工艺改进,实验结果表明,分步活化煅烧工艺制备的材料颗粒分散,粒径为100 nm左右。材料表现出了良好的放电电压平台,0.05 C放电比容量达到105.3 mA·h/g,说明分步煅烧工艺具有明显的改进效果。     

电池级球形磷酸铁的研究进展

磷酸铁锂是目前锂离子电池正极材料研究的热点,磷酸铁的形貌和性能与磷酸铁锂密切相关。介绍了磷酸铁制备方法研究现状和最新进展。     

锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展

随着新能源汽车及储能行业的快速发展,传统正极材料难以满足人们对电池高能量、高密度锂电池的要求。富含Li和Mn的层状氧化物xLi₂MnO₃·(1–x)LiMO₂ (M=Ni,Mn,Co),其高比容量可超过250 mA·h·g–1,有希望成为下一代锂离子电池最理想的正极材料。但是,富锂材料仍存在首次循环不可逆容量高、循环性能差和倍率容量低等问题,为解决这些问题,本文阐述了富锂正极材料的结构和电化学反应之间的构效关系,讨论了金属氧化物、金属氟化物、碳、导电聚合物和锂离子导体等涂层材料对富锂正极材料电化学性能的影响规律及作用机理,同时还对以上涂层在富锂正极材料中应用的优缺点进行了总结。最后,对锂离子电池富锂正极材料的包覆改性的未来发展发现作出展望。      

LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的合成与性能

采用共沉淀-高温固相法制备LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2锂离子正极材料,并使用X 射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）技术分别表征其结构和形貌.然后将所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料组装成扣式电池,并表征其电化学性能,探讨烧结温度和锂配量对其电化学性能的影响.结果表明：所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的放电比容量随烧结温度的升高而增大,且在900℃时表现出最佳的电化学性能.室温下,1C倍率下,锂配量(n(Li)/n(Ni+ Co+ Mn)=1.09)时,正极材料的首次放电容量为143.7 mAh/g,50次循环后,正极材料的放电比容量仍有141.3 mAh/g,容量保持率为98.3%.     

锂离子电池球形正极材料的制备研究进展

锂离子电池正极材料-LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4的粉末颗粒形貌直接影响到材料的电化学性能,由于球形粉体颗粒间的堆积空隙较少,粉体堆积密度较高,会使锂离子电池的电化学性能得到进一步的提高,因此球形化是锂离子电池正极材料的重要发展方向.本文主要介绍了锂离子电池球形LiCoO2、LiNiO2派生物、LiMn2O4正极材料的制备方法,并对这些球形正极材料的电化学性能同相应的非球形正极材料进行了比较,希望能够为锂离子电池材料的研究者提供借鉴.     

利用纤维型碳源制备高性能磷酸铁锂

介绍了一种利用新型纤维型碳源制备锂离子电池磷酸铁锂正极材料的方法,与常规碳源相比,纤维型碳源可以在较低的温度下、较短的时间内有效地对磷酸铁锂粉体进行碳包覆,提高电子电导率,从而提高整体电化学性能.该方法具有碳源来源广泛,成本较低;烧结温度较低及烧结时间缩短,节省能源;所制备正极材料性能优异,适用于大规模工业化生产.     

磷酸铁锂正极废料的热分离及其再循环利用

磷酸铁锂正极废料的传统回收过程存在资源消耗巨大、步骤繁琐、产生二次污染的问题。采用无水乙醇作为溶剂，对磷酸铁锂正极废料进行热溶，实现了活性物质与集流体的无损、有效分离，并对不同煅烧温度下LiFePO₄再生正极材料的物相结构及电化学性能进行了表征。结果表明，不同温度下煅烧所得再生LiFePO₄正极材料均为纯相，在450℃下预烧4 h,接着在650℃煅烧10 h的正极材料显示出最大的衍射峰强度。室温下，在2.5～4.3 V电压区间内，恒流充放电测试结果表明，经650℃煅烧10 h的正极材料呈现出137.8 mA·h/g的最大放电比容量，经100次循环后容量保持率为92.8%,库仑效率接近99%。该正极材料的电化学交流阻抗谱也表现出130Ω的最小电荷转移阻抗。这一无水乙醇热溶法也为同类材料的回收提供了一个新的分离思路。     

锂离子正极电池材料LiFePO4合成及改性的研究进展

橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFePO4）材料具有嵌入／脱出锂特性,对锂平台电压3．4V,理论比容量达170mA·h／g。该材料成本低廉,无毒性,对环境友好,充放电过程中能保持晶体结构的高度稳定,循环寿命长,耐高温性能好,可高倍率充放电,不会爆炸,是一种理想的锂离子二次电池正极材料。综述了LiFePO4电池正极材料的合成工艺与改性的研究进展。