混料工艺对固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO为原料,用固相法合成了5V尖晶石结构的LiNin5Mn1.5O4正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试,研究不同混料工艺对固相法合成的高电压正极材料LiNi0.Mn1.5O4电化学性能的影响.结果表明:采用高速球磨混料方式易获得具有优异电化学性能的样品;球磨时间一定,随着球磨转速增加,合成样品的比容量呈先增加后减小的趋势:转速为350r/min时合成的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能最佳,0.2C倍率下,首次放电比容量为125.3mAh/g,100次充放电循环后放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为94.7％.     

富锂型锂离子电池正极材料的合成及性能研究

以LiAc·2H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O为原料,采用水溶液法合成锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2和Li1.2Ni0.3Mn0.5O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的电化学性能。结果表明,样品LiNi0.5Mn0.5O2首次放电比容量能达到125.6mAh/g,经过30周循环以后,放电比容量为111.2mAh/g,容量保持率为96.2%;而富锂样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2首次放电比容量能达到187.2mAh/g,经过30周循环以后放电比容量为184.5mAh/g,容量保持率为98.6%,远高于富锂前样品。另外,富锂后的样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2倍率性能优于富锂前。     

水热法合成LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2及其性能研究

采用水热法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,研究了在合成过程中添加不同表面活性剂对锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能的影响。利用XRD和SEM对其结构和形貌进行表征,并采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试其电化学性能。结果表明,均合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,其中用十二烷基苯磺酸钠合成的样品电化学性能较好,在C/2倍率的放电条件下,首次比容量达到143.8mAh/g,经过100次循环后,比容量保持为106.8mAh/g,容量保持率为74.3%。     

以Ni-Mn水滑石为前驱体制备LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2及锂过量对其性能的影响

以共沉淀法制得的前驱体与LiOH混合,在空气中800℃烧结12h得层状结构正极材料LiNi0.5Mn0.5O2X射线衍射结果表明,前驱体为层状镍锰水滑石结构;各LiNi0.5Mn0.5O2样品结晶完整但均有少量Li2MnO3杂质,且锂过量25%还有不明杂质生成.扫描电镜分析表明:前驱体为多孔隙的蜂窝结构;随着掺锂量的增加,LiNi0.5Mn0.5O2样品团聚加剧.电化学测试结果表明:在2.5～4.5V范围内,锂过量10%所合成样品首次放电容量最高,达181.2mAh/g;锂过量20%所合成样品循环性能最好,首次放电容量为172.8mAh/g,循环30次容量保持率为97.7%.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及性能研究

以Li(CH3COO).2H2O、Ni(CH3COO)2.4H2O、Mn(CH3COO)2.4H2O和H2C2O4.2H2O为原料,聚乙二醇20000为分散剂,采用化学合成法制备了具有立方尖晶石结构的锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4。通过XRD、SEM和充放电测试对样品进行表征。850℃下焙烧制备的LiNi0.5Mn1.5O4样品电化学性能最佳,在3.5～4.9V电压范围内以0.2、0.5、1、2和5C充放电,其首次放电比容量分别为132.9、117.3、111.2、104.8和91mAh/g,20次循环后容量保持率分别为93.2%、98.9%、97.4%、97.3%和95.5%。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

以Ni(CH3COO)2·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,分别在400、500℃分解3、7h得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源Li2CO3混匀,在800℃煅烧12h,600℃退火24h得到LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。XRD、SEM、EIS和恒流充放电测试结果表明,在400℃、7h制备的前驱体与Li2CO3合成的LiNi0.5Mn1.5O4性能最佳。室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%;以1C倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。     

铝掺杂的富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2的合成及电化学性能研究

用共沉淀法合成了用铝掺杂的铁部分取代锰的富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2。采用XRD、SEM、电化学测试等方法对样品进行表征。结果表明,与Li[Li0.2Mn0.45Fe0.35]O2相比,Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2具有较好的电化学性能,其初始容量达到241mAh/g左右,经50次充放电循环后,容量衰减率在7%左右。     

5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx的高温固相法制备与表征

通过高温固相法合成了5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0、0.025、0.05、0.075和0.1),采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试探讨了煅烧温度与F掺杂量对产品结构与性能的影响。XRD与SEM分析结果表明,产品相纯度、晶粒发育、颗粒形貌大小主要受煅烧温度与F掺杂量的影响。掺杂量x为0.05～0.075,且煅烧温度为850℃时,所制产品为纯尖晶石相,晶粒发育完善,粒径大小适中且分布均匀。电化学测试结果显示,所有样品都表现出较好的循环稳定性,但F掺杂提高了LiNi0.5Mn1.5O4的容量与倍率特性。其中,F掺杂量x=0.05的样品具有最小的膜阻抗和电荷传递阻抗,表现出较高的容量与最佳的高倍率性能,其0.2C放电容量为128.5mAh.g-1,循环40周后其2C容量仍达0.2C容量的93.8%。未掺杂样2C容量只有0.2C容量的71.8%。     

草酸盐共沉淀法合成锂离子电池LiNixMn0.8-xCo0.2O2（x=0.4,0.5）正极材料及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法,结合高温固相反应法,合成了LiNix Mn0.8-x Co0.2O2(x=0.4,0.5)粉末材料,考察了焙烧时间和镍含量对LiNix Mn0.8-x Co0.2O2(x=0.4,0.5)结构与性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电测试方法等表征了材料的结构与性能。结果表明,800℃焙烧20h制备的LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2具有良好的层状结构和综合电化学性能,阳离子混排程度小、六角晶格有序性好。0.2C倍率首次入放电容量为151mAh/g,循环20次后放电容量为148.4mAh/g。SEM结果表明LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2是由0.5μm的一次颗粒组成,LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2材料由0.5μm的一次颗粒团聚而成约8μm的二次颗粒组成。     

高电压LiNi0.5-0.5xMn1.5-0.5xAlxO4正极材料制备及其性能

通过共沉淀控制结晶法制备前驱体Ni0.25Mn0.75(OH)2,再通过高温固相法制备Al3+掺杂的LiNi0.5-0.5xMn1.5-0.5xAlxO4材料。XRD和SEM结果表明Al3+被均匀掺杂到了材料的晶格中,替代了部分Ni和Mn,提升了材料的结晶度与结构稳定性。电化学测试结果表明掺杂Al3+能有效提升材料的倍率性能与循环性能,LiNi0.475Mn1.475Al0.05O4在0.5 C下常温循环100次后容量保持率为96.75%,在0.5 C下55 ℃循环100次后容量保持率也能达到93.24%;常温下10 C放电容量达到101.45 mA·h/g;相比于LiNi0.5Mn1.5O4,掺杂Al3+后的材料具有更好的可逆性与更高的锂离子导电率。     

Synthesis and electrochemical properties of modification LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode materials for Li-ion battery

The layered LiNi1/3CO1/3Mn1/3-xMg(x)O2 (x = 0, 0.01, 0.03, 0.05) cathode materials were prepared by solid state reaction, then copper oxide was coated on the product. The structures, morphologies and electrochemical properties of the LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 and CuO-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 were characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and electrochemical tests. The results showed that the electrochemistry properties and cycle performance of magnesium doped LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 and CuO-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 materials were improved. The optimal doping content of Mg was x = 0.03 in the LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMg(x)O2 samples to achieve high discharge capacity and good cyclic stability, and the first discharge special capacity was 158.5 mAh/g at 0.2 C in the voltage of 2.5-4.3 V, then CuO-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3-0.03Mg0.03O2 was investigated. The electrode reaction reversibility and electronic conductivity were enhanced through Mg-doped and CuO-coated.     

LiNi₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃O₂-graphene composite as a promising cathode for lithium-ion batteries

The use of graphene as a conductive additive to enhance the discharge capacity and rate capability of LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) electrode material has been demonstrated. LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) and its composite with graphene (90:10 wt %) were prepared by microemulsion and ball-milling techniques, respectively. The structural and morphological features of the prepared materials were investigated with powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. Characterization techniques depict single-phase LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) with particle sizes in the range of 220-280 nm. Electrochemical studies on LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) and LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2)-graphene were conducted using cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy methods by constructing a lithium half-cell. Cyclic voltammograms show the well-defined redox peaks corresponding to Ni(2+)/Ni(4+). Charge-discharge tests were performed at different C rates: 0.05, 1, and 5 between 2.5 and 4.4 V. The results indicate the better electrochemical performance of the LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2)-graphene composite in terms of high discharge capacity (188 mAh/g), good rate capability, and good cycling performance compared to LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O(2). The improved electrochemical performance of the LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2)-graphene composite is attributed to a decrease in the charge-transfer resistance.     

微量CNTs包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的表面。CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料通过SEM、XRD以及电化学测试系统进行表征和测试。结果表明CNTs包覆量为0.5%(质量分数)的CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料性能最佳。在0.1,5C下的首次放电比容量分别为215.59,175.78mAh·g^-1。在0.1C下充电、大倍率5C下放电,CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料仍能保持首次放电容量的81.54%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提高了10.48%。在1C倍率下循环100次其容量保持率可达93.02%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提升了15.42%。     

正极材料zLi2MnO3·（1-z）LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2的合成与性能

富锂锰过渡金属层状正极材料以其成本低、安全、容量高受到广泛关注,X射线衍射（XRD）和电化学性能测试显示以共沉淀结合煅烧成功合成富锂层状正极材料zLi2MnO3.（1-z）LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2（z=0.2,0.4,0.6）。其中z=0.4组分的放电容量达到210mAh/g（2-4.8V,0.05C）,远高于z=0.6组分,而经20个充放电循环的稳定性也优于z=0.2组分。微分容量分析表明z=0.2组分中因Ni/（Co＋Mn）比值较大和Li2MnO3含量较少可能导致其容量逐渐衰减。z=0.6则因所含LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2量较少,造成其放电容量较低;z=0.4拥有最佳Li2MnO3及LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2组合使其容量和循环性能最好。     

前驱体热处理温度对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的影响

以NaCO3为沉淀剂,NH3·H2O为缓冲溶液,将NiSO4、CoSO4和MnSO4混合溶液共沉淀制备（Ni1/3Co1/3Mn1/3）CO3前驱体,将其在400-900℃热处理5h制备得（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox氧化物。EDTA络合滴定、BET、XRD及SEM研究表明,随着热处理温度的升高,（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox中过渡金属含量及结晶度随着增加,而比表面积却减小。（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox与LiOH混合后在850℃热处理24h制备出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,其结构、形貌及电性能的测试结果表明,前驱体在600℃条件下热处理制备的正极材料电化学性能最佳,其首次放电比容量为189.7mAh·g^-1,不同倍率循环60周后,循环保持率为92.4%。     

锂离子电池正极梯度材料的制备及电性能研究

采用金属离子混合硫酸盐溶液分次共沉淀法制备前躯体,混锂后通过高温固相反应得到具有镍、钴和锰浓度梯度的层状LiNi0.56Co0.22Mn0.22O2锂离子电池正极材料。通过x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及恒电流充放电测试对合成的材料进行了表征。结果表明,750～900℃焙烧15h下合成的产物均具有典型的α-NaFeO2型层状结构特征,晶型结构完整,粒度均匀。800℃合成的正极材料具有较好的电化学性能。在充放电倍率0.4C、2.75-4.2V电压范围内,材料的首次充放电比容量分别为170.0mAh/g和131.8mAh/g,放电效率为77.5%;第51次循环的充放电比容量分别为131.3mAh/g和130.5mAh/g,放电效率为99.4%,容量保持率达到99.0%。     

纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其电化学性能

为改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,150.4,138.5 mAh·g~(-1).由0.1到1C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAh·g~(-1)降为29.1 mAh·g~(-1),容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5FexMn1.5-xO4的电化学性能

以醋酸锂、醋酸锰、醋酸镍、草酸铁为原料,采用溶胶凝胶法制备出了4.6 V高电位材料LiNi0.5-FexMn1.5-xO4。合成化学计量比为n(Li)∶n(Mn)∶n(Ni)∶n(Fe)=1.3∶1.5-x∶0.5∶x(x=0,0.02,0.03,0.04)。在空气条件下于450℃下煅烧6h,再于800℃下烧结18h。对合成的材料用X射线衍射仪分析晶体结构和用扫描电镜(SEM)观察微观形貌,对电池进行首次充放电测试和循环效率测试。实验结果表明,LiNi0.5FexMn1.5-xO4三元正极材料为立方晶系,Fd3m空间群。以其为正极材料组装的锂离子电池在x=0.03时,充放电比容量为126mA·h·g-1。     

高致密球形LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2颗粒的合成及性能研究

以氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,通过共沉淀制备了高致密、粒度均匀的球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2.通过焙烧该前驱体和LiOH.H2O的混合物制备出球形锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.采用XRD、SEM、TEM、TGA/DSC以及恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,球形前驱体是由纳米级一次颗粒团聚形成,而不是晶粒的长大,且反应时间对前驱体的形貌、粒径分布及振实密度有显著影响.750℃焙烧16 h后的正极材料,保持了完好的球形形貌,具有最佳的层状结构和电化学性能,振实密度最大(2.98 g/cm3),首次放电容量为202.4 mAh/g,倍率性能佳,在3C的放电电流下容量为174.1 mAh/g,且循环性能优良,在40次循环以后,放电容量保持率为92.3%.