Li2ZrO3原位包覆提升LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2三元材料电化学性能研究

高镍三元LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM60)因其具有较高的放电比容量以及能量密度,是一种非常有发展潜力的锂离子电池正极材料。然而由于较为严重的结构/界面恶化现象(如微裂纹,界面副反应等),NCM60材料的电化学性能及循环寿命受到严重的限制。采用单晶化策略,成功合成出了微米级单晶NCM60正极材料;并以Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2(OH)₂前驱体为基体,采用预包覆和共锂化的方法,在单晶正极材料NCM60表面均匀包覆Li₂ZrO₃快离子导体层。一方面,表面均匀包覆Li₂ZrO₃层改善了材料充放电过程中锂离子的扩散动力学,有助于降低电极极化程度;另一方面,Li₂ZrO₃具有稳定的晶体结构,通过与NCM60材料紧密结合,提高材料机械稳定性,有效抑制微裂纹的产生并减轻界面副反...     

包覆-掺杂改性单晶材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2

镍钴锰三元材料在高电压下的循环稳定性有待提高。采用高温固相法制备Zr、Ti共掺杂和Al₂O₃包覆的单晶正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂。用XRD、SEM和恒流充放电测试,分析材料的结构、形貌及电化学性能。材料的层状结构较好。扣式电池以0.20 C在3.00～4.40 V循环,放电比容量可达185.8 mAh/g;软包装电池以1.00 C在3.00～4.35 V循环1 500次,容量保持率为93.2%。     

微量石墨烯包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能的影响

使用Hummers法得到氧化石墨烯,再通过还原氧化石墨烯制备石墨烯。使用高温固相法制备LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料,将石墨烯加入乙醇溶液中,与增稠分散剂羧甲基纤维素钠(CMC)混合得到石墨烯溶液。利用液相自聚集法将石墨烯溶液微量包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面。通过SEM、XRD以及电化学测试系统对石墨烯/LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料进行表征和测试。结果表明,0.8%-石墨烯/LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料性能最佳,首次充电比容量最大值达到222.85 mAh/g,首次充放电比容量最大值达到208.93 mAh/g,库仑效率为93.75%。     

Mg、F掺杂镍锰酸锂正极材料的制备及性能研究

采用固相烧结+高速气流雾化工艺制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料，采用液相离子掺杂方式制备Mg、F掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。利用SEM、XRD、DLS等对材料微观形貌、结构、粒度分布进行表征，利用恒流充放电测试研究电化学性能。结果表明，与未掺杂样品相比，Mg、F掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极具有优异的倍率性能(5 C放电比容量为114.12 mAh/g)和循环稳定性(1 C条件下150次充放电后，容量保持率在96.5%)。Mg、F掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料纳米化程度提高、结构稳定性增强、界面阻抗降低，从而材料的高倍率放电及循环性能得到了提升。文章提供了一种改善镍锰酸锂极材料电化学性能的有效途径，具有较高的市场推广价值。     

利用层状双氢氧化物涂层增强富镍正极材料的循环稳定性

富镍层状氧化物LiNi_xCo_yMn_zO₂(0.6≤x<1)是用于生产高能量密度和高工作电压电池的有前途的锂离子电池正极材料,但其较差的循环性能严重限制了其商业应用。将具有二维层状结构的Ni-Al层状双氢氧化物(NiAl-LDH)作为涂层材料,通过简单的液相包覆工艺将NiAl-LDH涂覆于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂上,以显著提高LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的结构稳定性和电化学性能。NiAl-LDH涂层的Al³⁺在高温烧结过程中向内扩散,在材料的二次粒子表面形成均匀的保护层,其可以抑制电解液对正极材料的侵蚀。Al³⁺迁移到过渡金属层,减少了锂/镍的混合,从而增强了材料的结构稳定性。改性材料在1 C电流密度下循环200次后容量保持率从原始材料的70.8%提高到8...     

草酸对NCM622正极浆料性能的影响

为解决中高镍三元材料制浆易凝胶的问题,研究单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)正极材料制浆过程添加草酸对碱含量的影响,制作软包装锂离子电池,测试加工性能和电化学性能。NCM622正极材料加入草酸后,会降低氢氧化锂含量及浆料黏度。进行初始和保存24 h后浆料的对比,发现草酸含量对初始浆料加工性能和电化学性能无明显影响。保存24 h后,未加入草酸的浆料出现凝胶,并导致容量和循环性能异常;加入草酸,可保持浆料正常的加工性能和电化学性能。     

氧化铝作为处理剂在锂离子电池中的应用

为提高LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)材料的循环稳定性，以氧化铝(Al₂O₃)为电解液处理剂，用一种简单的方法制备功能性电解液，研究对NCM材料的性能影响。与原始NCM相比，在电解液中添加0.50%Al₂O₃的NCM以0.5 C在2.75～4.30 V循环200次的容量衰减更慢，容量保持率为80.33%,同时电荷转移电阻(R_ct)增加趋势较低。SEM分析表明，正极表面仍可看出清晰的颗粒轮廓与层状结构。     

氟化铝/硼酸复合包覆LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2的制备及性能

高镍三元材料(LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂,NCM,x+y≤0.4)能量密度高、成本低,但存在容量衰减快、存储过程中产气等问题。金属氟化物常用来包覆正极材料,以改善电化学性能,但存在处理过程繁琐、包覆层不均匀和易生成强腐蚀性气体等缺陷。通过简单高效的球磨法,在高镍三元正极材料LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂表面包覆薄且均匀的氟化铝（AlF₃）和硼酸（H₃BO₃）涂层。该复合涂层没有影响材料的层状结构,有利于Li⁺的嵌脱。均匀致密的涂层可充当保护层,阻挡电解液腐蚀,减轻电极与电解液之间的副反应。以0.2 C在2.50～4.25 V充放电,AlF₃和H₃BO₃复合包覆正极的比容量提高到205.3 mAh/g,未改性材料为198.0 mAh/g;组装...     

多组分协同优先提锂工艺

从废旧的锂离子电池中提取有价金属并进行利用，对于环保和资源循环方面具有重要的意义。针对退役动力锂离子电池正极材料(主要成分为LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂)进行多组分协同优先提锂工艺研究。在正极材料、NaHSO₄、C、Na₂SO₄的质量比1.0∶0.8∶0.1∶0.8,焙烧温度600℃,焙烧时间60 min,水浸液固比25 ml∶1 g,水浸温度25℃,水浸时间40 min的条件下，用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)及XRD对溶液及滤渣中的Li、Ni、Co和Mn元素含量进行分析，得到Li元素浸出率达到99.8%,Ni、Co和Mn元素的浸出率分别为3.6%、0.5%和1.5%,优先提锂效果显著。将富锂溶液进一步制备得成Li₂CO₃产品，沉锂率达到90%,产品经检测，满足电池级碳酸锂行业标准。     

从正极材料看锂离子电池在储能领域的应用

针对锂离子电池在电力储能中的应用,从电化学性能、安全性能以及价格等方面比较了岩盐结构LiCoO₂、尖晶石型LiMn₂O₄和橄榄石型LiFePO₄ 3类主要的锂离子电池正极材料,论述了它们各自的优点和不足之处。对不同正极材料的锂离子电池在储能领域存在的问题进行了分析,对各自的应用前景进行了展望,认为LiMn₂O₄和LiFePO₄分别适用于功率型应用和容量型应用。     

Li5FeO4的制备及其在硅碳负极电池体系中补锂性能的研究

以Fe₂O₃和Li₂O为原料,采用高温固相法制备了Li₅FeO₄材料,并将该材料用作补锂添加剂在三元-硅碳电池体系中进行了补锂性能测试。测试结果表明,合成的Li₅FeO₄首次脱锂比容量为667.6 mAh/g,可逆比容量仅为1.3 mAh/g,是一种理想的补锂材料。在NCM正极-硅碳负极(750 mAh/g)的全电池体系中分别添加质量分数分别为5%和10%的Li₅FeO₄时,正极材料的可逆比容量分别为164.8和170.2 mAh/g,相比之下正极中不添加补锂剂时正极可逆比容量仅为142.5 mAh/g。此外,Li₅FeO₄的加入还可以有效提升电池的循环性能,添加10%Li₅FeO₄的全电池在300次循环后电池的容量保持率为84.6%,较之未添加补锂剂的电池提升8.3%。     

三元材料锂离子电池的多阶段恒流恒压快充

锂离子电池多采取单阶段恒流恒压快速充电,容量衰减严重,并有析锂的风险。结合XRD、SEM、TEM、显微共焦拉曼(Raman)光谱等方法分析以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)为正极活性物质软包装锂离子电池在单阶段和多阶段恒流恒压策略下的循环行为。经过600次循环后(电压3.80～4.35 V、电流0.60～1.50 C),采用多阶段恒流恒压快充方法的电池的循环容量保持率为94.24%,较单阶段提升了4.91个百分点,欧姆阻抗及电荷转移阻抗的增长率为21.05%和2.86%,对比单阶段循环后分别降低了26.32及3.11个百分点;三元正极材料的层状结构比单阶段完整,多阶段负极的石墨化度为0.061 7,比单阶段低0.028 2,析锂现象更轻微。多阶段恒流恒压充电在快充工况中的性能优势更加明显。     

Zr和B共掺杂的LiNi0.88Co0.10Mn0.02O2单晶材料性能研究

采用Ni_0.88Co_0.10Mn_0.02(OH)₂前驱体，LiOH·H₂O为锂源，加入适量的硼酸和ZrO₂，分别在810、820和830℃条件下进行烧结，制备了Zr和B共掺杂型LiNi_0.88Co_0.10Mn_0.02O₂单晶材料。对其进行了X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电比容量、倍率性能、循环性能和差示扫描量热(DSC)等测试。结果显示，Zr和B共掺杂可改善LiNi_0.88Co_0.10Mn_0.02O₂单晶材料的倍率性能、循环性能以及材料的热稳定性。在820℃烧结得到样品NCM-820，其比容量为198.5 mAh/g,25℃循环50次的容量保持率为96.37%,45℃循环40次容量保持率为94.13%，材料热分解温度从231.8℃提升到了240.4℃。     

Na0.44MnO2包覆Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料的性能

采用溶胶-凝胶法在富锂Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料表面包覆Na_0.44MnO₂,制备Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂/Na_0.44MnO₂复合材料,以改善循环性能。XRD、X射线光电子能谱（XPS）、SEM和透射电子显微镜（TEM）分析结果表明：制备的复合材料为核壳结构,在高温固相反应形成Na_0.44MnO₂时,不影响Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的固有结构。循环伏安（CV）、恒流充放电（GCD）测试结果表明：包覆Na_0.44MnO₂     

软碳快充锂离子电池衰减机理研究

采用商业化LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3(NCM523)正极与软碳负极组装1 A软包全电池,测试5 C循环性能。全电池在2.5～4.2 V的电压范围内5 C循环3 000次后仍然呈现出84%的容量保持率。将循环250、1 000、3 000次的全电池进行拆解,详细研究了电池衰减过程中材料的变化。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱显示循环后正负极材料没有明显的结构形貌改变,尤其是3 000次循环后正极表面仍然具有层状结构特征,但是正极的晶体结构有序性下降。结合电化学阻抗谱(EIS)分析可得,负极表面固体电解质界面膜(SEI)的持续生长是电池衰减的主要原因,正极材料结构不断被破坏是电池衰减的次要原因。     

复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响

为进一步优化锂离子电池的导电网络，研究炭黑、纳米碳纤维和碳纳米管(CNT)等3种导电剂复合对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极电化学性能的影响。二元导电剂的复合要好于单一导电剂，三元导电剂的复合要好于二元导电剂。当总导电剂质量分数为1.5%时，在3.0～4.2 V的充放电实验发现：炭黑、纳米碳纤维和CNT的质量分数分别为0.9%、0.4%和0.2%时，具有最佳的55℃高温循环性能，以1.0 C循环85次的容量保持率为56.81%;当质量分数分别为0.9%、0.3%和0.3%时，三元复合导电剂具有最小的电荷传递电阻2.97Ω,相较质量分数为1.5%的单一炭黑，0.5 C循环2次的比容量提升了5.26 mAh/g, 10.0 C高倍率放电性能提升了15.76%,1.0 C常温循环容量保持率提升了26.66%。     

掺锑二氧化锡包覆改善LiNi0.82Co0.11Mn0.07O2正极材料性能研究

采用固相法在LiNi_0.82Co_0.11Mn_0.07O₂(高镍NCM)正极材料表面包覆了纳米掺锑二氧化锡(ATO),并对比了不同包覆比例对正极材料性能的影响。扫描电子显微镜(SEM)检测表明,ATO在高镍NCM正极材料表面均匀分布。相比未包覆的高镍NCM正极材料(P-NCM),经过包覆的高镍NCM(ATO-NCM)表现出了更好的倍率性能与循环性能,0.25%(质量分数)ATO-NCM常温时3 C的放电比容量可达178.76 mAh/g,而P-NCM的放电比容量仅为166.02 mAh/g,1 C 50次循环后,0.25%的ATO-NCM材料的循环容量保持率为95.6%,远高于P-NCM的91.2%。ATO包覆可将高镍NCM的热分解温度提升10℃以上,且放热量更低。     

无钴Fe-Mn基富锂正极材料的研究现状

在层状固溶体富锂正极材料Li_1+δ(TM_xMn_1-x)_1-δO₂（TM为过渡金属）中,无钴Fe-Mn基富锂正极材料（1-x）Li₂MnO₃·xLiFeO₂成为潜在的高性能、低成本锂离子电池正极材料。从材料的设计、结构、电化学性能和合成改性工艺等方面,综述（1-x）Li₂MnO₃·xLiFeO₂的研究进展。重点讨论利用Fe^3+/4+的氧化还原设计Fe-Mn基固溶体正极材料,分析晶体结构;讨论不同合成方法和包覆改性对材料倍率性能、循环性能和安全性的影响。针对亟待解决的循环寿命和首次不可逆容量大的问题进行分析和展望。     

导电剂和粘结剂对高镍正极性能影响分析

由活性物质、导电剂和粘结剂构成的微区是电极中电化学反应的场所,其离子和电子传递动力学决定了电化学反应的特性。通过改变导电剂和粘结剂的比例和充电截止电压,分析LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)颗粒表面离子和电子迁移环境变化对循环性能的影响;用循环过程中不可逆比容量之和评估了半电池的循环稳定性。结果表明,导电剂或粘结剂的增加有利于改善高镍正极在充电截止电压为4.7 V (vs.Li⁺/Li)时的循环稳定性,主要原因是导电剂或粘结剂的增加延缓了NCM811裂纹和粉化。     

电解液添加剂对高镍锂离子电池性能的影响

研究碳酸亚乙烯酯（VC）、1,3-丙烷磺酸内酯（PS）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）和硫酸乙烯酯（DTD）等添加剂在高镍[n（Ni）≥80%]正极材料锂离子电池中的应用效果。对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）|SiO_x/石墨软包装电池和Li|SiO_x/石墨扣式电池进行电化学性能、化成产气及负极界面形貌等分析。除PS外的添加剂,均不影响SiO_x/石墨电极的初始容量;VC、PS会增大SiO_x/石墨界面阻抗。VC、PS和FEC可减少软包装电池的化成产气,而DTD化成产气明显偏多,且主要为烷烃。使用FEC的电池,常温和低温倍率性能最好,25℃和-20℃放电容量,在0.5 C时为标称容量的92.0%和68.2%,在2.0 C时为75.2%和21.5%。使用FEC的电池在高温60℃下存储14 d,容量恢复率和保持率分别为63.3%和48.5%,电压降为2.7%;使用DTD的分别为72.4%、63.6%和1....