NaH_(2)PO_(2)改性Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)富锂正极材料的电化学性能EI北大核心CSCD

采用不同物质的量的次亚磷酸钠对富锂正极材料进行改性处理,结果表明:采用4%(质量分数)的次亚磷酸钠改性处理的富锂正极材料表现出优异的循环稳定性,在0.5 C经过150圈循环后仍有85.3%的容量保持率,以及较高的首次Coulombic效率。材料优异的电化学性能一方面归因于次亚磷酸钠热解产生的还原性磷化氢气体与富锂正极材料表面活性氧反应产生氧空位,能够有效降低材料在首次充电过程中的不可逆容量损失;另一方面这一改性措施可以同时实现Na^(+)掺杂,起到稳定晶格结构,抑制相转变的作用,并且能够增大晶胞间距,加快锂离子扩散,降低电化学阻抗。此外,次亚磷酸钠热解所形成的焦磷酸钠包覆层可以保护正极材料,减少过渡金属溶解,从而改善材料循环性能。     

铝掺杂对Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀法合成了球型前驱体Ni_(0.25)Mn_(0.75)(OH)_2,与锂源混合煅烧得到锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2,并对其进行铝掺杂改性,得到样品Li_(1.2)(Ni_(0.2)Mn_(0.6))_(1-x)Al_(0.8x)O_2(x=0~0.03)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对各个样品的结构、形貌和电化学性能进行了表征,结果表明:掺杂铝后,样品具有规则的球形形貌,层状结构保持完整,阳离子混排程度降低,铝掺杂量为2%的样品(x=0.02)阳离子混排程度最小,结构最稳定,具有较高的首次充放电效率和最优异的循环性能,其首次充放电效率为84.2%,1C倍率下循环50次的容量保持率为95.7%。     

不同Ti~(4+)含量掺杂Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备和电化学性能

采用钛酸四丁酯[Ti(OC_4H_9)_4]水解和900℃高温烧结工艺制得不同Ti~(4+)含量掺杂下的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(1-x)Ti_xO_2正极材料。采用XRD、SEM等表征方法对Ti~(4+)掺杂前后的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构、表面形貌进行分析研究,发现掺杂前后材料的结构并未明显变化。电化学测试结果表明,虽然Ti~(4+)表现为非电化学活性,使得掺杂有Ti~(4+)的正极材料其首次充放电比容量有所降低,但是在高倍率性能及循环性能测试中,Ti~(4+)掺杂改性效果表现明显。其中当Ti~(4+)掺杂量为x=0.02时,其倍率性能及循环性能最佳。在5C高倍率下放电,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量要比未掺杂样品高出约20 m A·h/g。而且经过100次循环后,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量仍有187.9 m A·h/g,容量保持率高达96.8%。而未掺杂样品的100次循环后容量保持率仅有91.2%。     

Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2-V_2O_5复合材料制备及电化学性能研究

采用分步共沉淀反应并通过控温煅烧制备得到了均匀的具有微纳结构的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2微米棒,借助Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2微米棒表面多孔结构吸附偏钒酸铵溶液并通过后期煅烧制备了Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2-V_2O_5复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征了产物成分、形貌和结构。通过计算得到的晶胞参数表明,与10%(质量分数)偏钒酸铵复合得到的产物具有更好的层状结构。通过恒流充放电等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与质量分数为10%五氧化二钒复合的富锂材料首次库伦效率从86%提高到111%,放电容量也有很大程度的提高。这种方法是解决富锂首次效率低问题的一种有效途径。     

熔盐燃烧合成LiNi_(0.01)Cr_xMn_(1.99-x)O_4(x≤0.07)正极材料及电化学性能

采用熔盐燃烧法制备Ni和Cr共掺杂尖晶石LiNi_(0.01)Cr_xMn_(1.99-x)O_4(掺杂Cr的量x≤0.07)正极材料,以改善锂离子电池正极材料的电化学性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其晶体结构、微观形貌和物相组成进行表征,并利用恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对电化学性能进行研究。结果表明,样品均为单相尖晶石LiMn_2O_4结构,颗粒尺寸在50～100 nm。x=0.05样品具有高的Li~+扩散系数和低的电荷转移电阻,表现出优良的动力学性能和电化学性能。在1 C,x=0.05样品首次放电比容量为114.3m A×h×g~(-1),循环500次后的容量保持率为74.8%,即使在20和30 C的较高倍率,经过1 000次长循环后,仍分别保持51.9%和43.1%的容量保持率。适量的Ni-Cr共掺杂提高了LiMn2O4的晶体结构稳定性,改善了电化学性能。     

Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2/V_2O_5复合材料的制备及电化学性能

实验采用NH_4VO_3对富锂锰基材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2(Lirich)进行表面修饰。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及电化学方法等手段进行了表征。TEM显示在材料表面形成10 nm左右的包覆层。XRD结果发现,包覆后的Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2(Lirich-V_2O_5)晶体中出现Li_3VO_4。Lirich-V_2O_5的首次充放电效率为103.1%,说明V_2O_5包覆层对Li Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2起到了预活化的作用。Lirich循环20圈之后的容量保持率为71.4%,而Lirich-V_2O_5的容量保持率则达到了90.4%,说明V_2O_5包覆层有效抑制材料与电解液的副反应。     

B掺杂制备Li_(1+2x)Mn_(0.8)Fe_(0.2)P_(1-x)B_xO_4锂电池正极材料

采用水热法制备富锂相正极材料Li_(1+2x)Mn_(0.8)Fe_(0.2)P_(1-x)B_xO_4(x≤0.10),通过X射线衍射、激光粒度仪、扫描电子显微镜对所得样品进行表征。将所得正极材料组装成电池,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试其电化学性能。结果表明:B原子进入晶格,取代P原子位置,形成固溶体。当B的取代量x=0.02时,富锂相正极材料Li_(1.04)Mn_(0.8)Fe_(0.2)P_(0.98)B_(0.02)O_4的电化学性能最好,0.1C时放电比容量为157.9 mA·h/g、5C时为102.7 mA·h/g,分别优于未经B掺杂的LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4的149.7和85.3 mA·h/g。     

表面活性剂对Li_7La_3Zr_2O_(12)包覆富锂锰基层状正极材料的影响

采用锂镧锆氧(Li_7La_3Zr_2O_(12))快离子导体包覆Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料,获得了核壳结构复合材料,并探讨表面活性剂在包覆过程的作用机制。利用热重分析、X射线粉末衍射、扫描电子显微镜和电化学性能测试等方法进行结构和性能分析。结果表明,以Tween 20为表面活性剂,600℃合成的Li_7La_3Zr_2O_(12)包覆的富锂正极复合材料的粒径均匀,首次放电比容量达273.2 m A·h/g,1C倍率下45次循环后的容量保持率为86.6%,显示出较好的电化学性能。Li_7La_3Zr_2O_(12)快离子导体壳层提高了电极/电解液界面Li~+的扩散速率,抑制了电解质与活性材料之间的副反应,进而提高了材料的首次Coulomb效率和循环稳定性。     

FeF_3表面包覆Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2正极材料的制备和电化学性能

采用典型的湿化学法制备了2%(wt)FeF_3包覆的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2材料,并且通过XRD,SEM及TEM等技术来分析材料的微观结构和形貌。结果显示,在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2材料表面包覆着一层5~20 nm厚的FeF_3薄膜。通过电化学性能测试发现,2%(wt)FeF_3@Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2样品的首次库伦效率更高,高倍率性能更佳,循环性能更加稳定。在0.5C倍率下循环100次后,其容量保持率仍有94.2%,放电比容量为190.6 m Ah×g~(-1)。同时电化学阻抗结果表明,FeF_3包覆层能够抑制Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2和电解液之间的副反应,稳定材料的层状结构。     

含铝化合物表面包覆对富锂材料(Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2)性能的影响

采用3种含铝化合物(AlPO_4、Al_2O_3和AlF_3)对富锂锰基材料Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2进行表面包覆改性,研究了表面包覆对富锂锰基材料的首圈库伦效率和循环性能的影响。结果表明与原始的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2的库伦效率(71.0%)相比经过AlPO_4表面包覆改性的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2库伦效率最高达到了86.3%。经过50圈循环后相比于原始的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2的容量保持率(58.9%),由Al_2O_3表面包覆改性的容量保持率提高最大,为96.1%。经过AlF_3表面包覆改性的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2综合性能最佳,其首圈库伦效率达到了81.1%,容量保持率达到了92.4%。     

溶胶-凝胶法制备条件对Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2电化学性能的影响

以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法通过调节煅烧温度和陈化时间制备了不同粒径的富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2。结果表明材料的粒径随煅烧温度增加,逐渐增大;随着陈化时间的增加,呈现先增大后变小的趋势。当煅烧温度为850℃,陈化时间为10 d时,材料具有最优的电化学性能,尤其是倍率性能。在2.0~4.8 V的电压范围内以0.1 C充放电循环60周后放电比容量仍为206.7 m Ah·g-1,2.0 C时的放电比容量为125.6 m Ah·g-1。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2(x=0,0.04,0.08,0.12)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱(EIS)对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明:制备出的Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%(即x=0.08)时,得到的正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Mn_(0.56)Cr_(0.08)O_2具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g~(-1)增加到246.6 mA·h·g~(-1),在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g~(-1)增加到104.2 mA·h·g~(-1)。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

Li_(1.02)Mn_(1.92)Al_(0.02)Cr_(0.02)Mg_(0.02)O_(4-x)F_x尖晶石正极材料的研究

采用溶胶-凝胶法合成了复合离子掺杂的尖晶石型锰酸锂Li1.02Mn1.92Al0.02Cr0.02Mg0.02O4-xFx(x=0,0.06)正极材料,并用XRD、CV、EIS和充放电测试等研究了其结构和电化学性能。结果表明,F与金属离子(Li、Al、Cr、Mg)的复合掺杂不仅提高了材料的比容量,还增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的循环性能和可逆性能;充放电测试结果表明,Li1.02Mn1.92Al0.02Cr0.02Mg0.02O3.94F0.06具有优越的循环性能,常温下,以1/3C充放电的首次放电容量及50个循环后的容量保持率分别为117.9 mAh/g,96.9%。     

PVP辅助LiMn_2O_4包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用湿法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助尖晶石型LiMn204包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2复合正极材料(LMO@NCM)。以X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术对正极材料的晶体结构、形貌进行表征。采用充放电测试、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)研究正极材料的电化学性能。结果表明,乙酸锰添加量为1.0%(质量分数)的LMO@NCM正极材料具有高容量、良好的倍率与循环性能。该样品0.2C首次放电容量达182.7 mAh/g,在0.5C倍率下循环50次后其容量保持率为83.7%。PVP辅助的尖晶石型LiMn_2O_4包覆层提高材料的电子导电率,抑制了电极界面的副反应,进而提高了材料的电化学性能。     

不同镍钴锰比对xLi_2MnO_3-(1-x)LiMO_2正极材料的结构和电化学性能的影响

以Na OH和NH3·H2O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 m A·h·g-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 m A·h·g-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 m A·h·g-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2溶胶-凝胶制备与电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成富锂锰基(Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2)正极材料,考察反应pH对材料结构、形貌及电化学性能的影响。X射线衍射(XRD)分析结果表明,制备的材料(Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2)结晶良好,均为理想层状结构的富锂锰基材料。扫描电子显微镜(SEM)分析结果显示,pH 7.0时制得的材料颗粒细小,分散均匀。充放电性能测试结果显示,pH 7的样品具有良好的电化学性能,在2.0~4.8 V以0.05 C充放电时,首次容量达到263 m Ah/g。同时具有良好的倍率性能,1.0 C放电容量达到200 m Ah/g。     

正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的合成工艺优化及电化学性能

采用高温固相法合成锂离子电池富镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,对其工艺条件进行优化,对产物进行X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及电化学性能分析。结果表明:在氧气气氛下,锂与金属元素摩尔比为1.05:1、烧结时间15 h、烧结温度750℃为最佳合成工艺条件。按最佳工艺合成的样品在1C首次放电容量高达174.9mA·h·g~(-1),50次循环后比容量为158.5 mA·h·g~(-1),容量保持率为90.62%,表现出良好的循环稳定性。XRD和SEM表征表明,在氧气气氛下烧结的样品有良好的层状结构,阳离子混排程度小,具有较好的类球形,粒径均匀分布在10~20μm。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,工艺条件的优化有助于提高正极材料的电化学性能。     

基于分级共沉淀法制备锂离子电池LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料

通过分级共沉淀(分级进料)方法,结合高温热处理合成了金属元素(Ni,Mn)浓度从中心到表面呈梯度分布(中心富Ni,表面富Mn)的球形三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)等表征了所制备材料的成分、形貌和元素分布。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与传统的一级共沉淀方法相比,分级共沉淀所制备材料展现出更高的倍率性能(20 C放电比容量为104.1 m Ah·g~(-1))、循环保持率(0.5 C循环200次容量保持率为95.8%)和快速充放电性能(20 C/20 C放电比容量为85.4 m Ah·g~(-1))。这种分级进料制备技术可以有效提高共沉淀法制备锂离子电池三元正极材料的电化学性能。     

复合掺杂改性LiMn_(2-x)Cr_xO_(4-3x)F_(3x)正极材料的制备及性能

以CrF3为掺杂原料,采用高温固相法合成阴阳离子共掺杂LiMn2–xCrxO4–3xF3x锂离子电池正极材料。用X射线衍射、扫描电镜、充放电实验、循环伏安及交流阻抗等表征材料的结构、形貌和电化学性能,分析阴阳离子复合掺杂对材料结构和性能的影响。结果表明:掺杂材料LiMn2–xCrxO4–3xF3x具有完整的尖晶石结构。阴阳离子复合掺杂能改善尖晶石LiMn2O4的循环性能,当摩尔掺量x=0.10,电压为3.0～4.35V、充放电倍率为0.1C时,首次放电容量为120.1mA·h/g,室温、高温循环20次容量保持率分别为97.5%和94.1%。循环伏安实验发现:复合掺杂改性材料具有两对更完整、对称性更好的氧化还原峰。     

燃烧法合成LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的石墨烯改性研究

本文以燃烧法制备LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2基体,通过机械球磨得到石墨烯修饰的正极材料。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电池测试和电化学工作站表征了材料的晶体结构和电化学性能。结果表明,石墨烯的修饰显著提高了Li Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的容量和循环稳定性:经200℃热处理、1%石墨烯修饰后的样品在3.0~4.3 V、0.1C倍率下首次放电比容量达到170.8 mA·h·g~(-1),比基体材料提高了12 mA·h·g~(-1);1C下循环100周后容量保持率分别为91.1%,比基体提高了6.9%。