锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的研究进展

锂离子电池三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2具有可逆比容量高、成本低等优点,应用前景广阔。阐述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的晶体结构特征及作为锂离子电池正极材料使用时的优、缺点;综述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备方法及离子掺杂、表面包覆等对其电化学性能的影响;评述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2当前面临的主要问题及解决途径。     

Al_2O_3包覆LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的结构和性能

用溶胶-凝胶法在前驱体表面包覆AlOOH,与LiOH·H2O烧结成Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,对产物进行XRD、SEM及电化学性能分析。AlOOH均匀地包覆在前驱体表面,烧结产物为典型的α-NaFeO2层状结构。Al2O3包覆可降低LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的表面活性,减少与电解液的副反应,提高稳定性并改善高电压、高温循环及高温贮存性能。包覆产物以0.2 C(35 mA/g)在2.7~4.5 V(25℃)、2.7~4.2 V(55℃)循环,首次放电比容量分别为203.2 mAh/g、182.0 mAh/g,第50次循环的容量保持率分别为88.10%、89.07%;高温贮存240 h后的容量保持率和恢复率分别为91.83%和97.74%。     

三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2铝壳锂离子动力电池的性能研究

选用三元材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2为正极材料,中间相炭微球为负极材料,制备了额定容量为10 Ah的铝壳锂离子动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。电性能包括充放电性能、倍率性能、循环性能和自放电,实验结果表明,电池表现出了良好的倍率性能,1 C、2 C的放电容量分别为0.5 C放电容量的97.49%、93.70%;在2.7~4.2V电压范围内,电池1 C循环400次后容量保持率为101.77%;电池满电常温搁置28天后容量保持率为97.06%。针刺、短路、过充电和自有跌落测试结果表明电池具有良好的安全性能。     

氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的机理

用共沉淀法制备前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,焙烧前驱体与Li2CO3制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM和DSCTGA分析焙烧中间产物的结构、形貌及变化,探索制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的机理。随着焙烧温度的升高,前驱体分解成(Ni0.5Co0.2Mn0.3)3O4,随后Li2CO3参与反应,形成Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的生成在650℃时结束,但层状结构在900℃时才趋于完美。     

电解液对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2/石墨电池性能的影响

选用LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)/石墨体系,LiPF_6浓度分别为1.25 mol/L和1.30 mol/L的电解液,研制额定容量为4.5 Ah的功率型软包装锂离子电池。使用Li PF6浓度为1.25 mol/L、添加二氟苯酸硼酸锂电解液的电池,功率性能及循环性能较好,250 A(约55 C)放电容量为3.998 Ah,可达到5 A放电容量的85%,平均比功率为4 328 W/kg,500 A脉冲放电2 s实验的瞬时比功率达到8 700 W/kg。     

高容量锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2的制备与性能

采用化学共沉淀法预先合成球形前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,再与锂源共混后高温煅烧合成高容量正极材料Li Ni0.5Co0.3Mn0.2O2。探讨了不同烧结制度对材料结构性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,产物结构为α-Na Fe O2型层状结构。扫描电子显微镜(SEM)显示材料具有良好的球形形貌。测试材料的电化学性能,在2.75~4.20 V和2.75~4.35 V充放电截止电压,0.5 C充放电电流下,首次放电比容量分别为162.2和172.6 m Ah/g,循环3周后容量保持率分别为96.73%和94.62%。材料还表现出良好的倍率性能。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的制备及Li_3PO_4的表面包覆改性研究

通过改进前驱体共沉淀工艺,促使Ni~(2+)、Co~(2+)和Al~(3+)的反应历程都包括络合和沉淀两种平衡,得到均质前驱体Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_(2.05);通过在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2表面包覆质量分数1%Li_3PO_4,材料的循环性能得到较大改善,尤其是60℃下的高温循环性能,1 C循环50次后依然有88.4%的容量保持率;同时材料的倍率性能也得到较大改善,5 C/1 C85%;制备与改性方法适合商业化生产。     

球形LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用共沉淀-喷雾干燥法制备了锂离子电池球形Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,通过热重分析法(TG)、X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学测试对材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明材料具有良好的层状结构,球形颗粒粒径约10μm;在30℃下,2.5~4.3 V循环,以20 m A/g放电,首次比容量达186.3 m Ah/g,循环50次后容量保持率为84.1%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2的合成及性能

以Na2CO3和NH4HCO3为混合沉淀剂的碳酸盐共沉淀法合成了LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,考察了煅烧温度、煅烧时间和冷却速度对合成材料电化学性能的影响。实验得出在800℃煅烧18 h,炉外冷却合成的材料电化学性能最好。合成的材料在不同截止电压2.8~4.3 V,2.8~4.4 V,2.8~4.5 V下的首次放电比容量分别为149.9、162.0、168.0 mAh/g,具有较好的电化学性能。     

水杨酸钠和氨水作为络合剂合成LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料

同时采用水杨酸钠和氨水作为络合剂,通过共沉淀控制结晶法合成了Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2前驱体,然后在750℃下烧结,制备出锂离子电池正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2。通过对混合硫酸盐溶液及Ni-Co-Al-C_7H_5O_3Na-NH_3-H_2O平衡体系作热力学计算分析,结果表明:在混合盐溶液中,Al~(3+)几乎完全被水杨酸根离子络合,在混合盐溶液泵入底液后,又能缓慢释放出Al~(3+)参与共沉淀反应;在共沉淀反应的最佳范围pH=10~11.5,最佳氨水浓度c(NH3)=0.1~0.3 mol/L范围内获得球形Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2前驱体,以该前躯体合成LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料,0.2 C首次放电比容量达175.1 mAh/g,70次循环后容量保持率为86.7%,具有优异的循环性能。     

LiNi0.9Co0.1O2材料的制备及其电化学性能研究

成功采用掺杂和改变前驱体两种方式同时对传统LiNiO2正极材料合成进行改进,即用掺杂10％wtCo的β—NiOOH作为前驱体,和LiOH·H20在空气中进行固相烧结。通过正交方法优化出合成LiNin9Co0.1O2的最佳烧结温度为600℃,烧结时间为24h;此条件下材料首次充放电效率高达86％,20次循环后可逆放电比容量为167mAh／g,容量保持率高达94％。     

球形Li[Ni0.8Go0.1Mn0.1]O2的合成及性能研究

采用氨配合氢氧化物共沉淀法合成了前驱体[N.0.8Co0.1Mn0.1](OH)2,并对其合成工艺进行了研究.经过高温焙烧制备了锂离子电池正极材料Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2,研究了焙烧温度对其形貌及性能的影响.实验表明,水浴恒温50℃同时氮气保护下,控制溶液DH=11.0.氨水与金属盐浓度比为0.5:1...     

LiCoO2/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2混合正极材料过充电行为研究

采用质量比为50∶50的钴酸锂和镍钴铝锂制成混合正极材料,并对其充放电曲线特征和耐过充电性能进行了研究。结果表明：与单一钴酸锂材料相比,混合材料中的镍钴铝锂在充放电过程中先主要被充电,而放电过程中,钴酸锂先主要被放电;当电池过充电4.8 V后,混合材料表现出较优异的耐过充性能。     

层状的LiNi0.5Mn0.5O2合成及其电化学性能

采用超声波辅助溶胶-凝胶法合成层状的锂离子电池的正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,并用热重分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构与形貌进行了研究,电化学性能采用循环伏安法(CV)、交流阻抗和充放电测试进行表征.结果表明,在950℃灼烧12 h的材料结晶度比较好,其晶胞参数a=0,287 9 nm,c=1.431 nm,结构比较理想.当材料在2.8～4.2 V间进行充放电时,其首次放电容量为170 mAh/g,50次循环后容量的保持率为89%.     

三元材料在锂离子动力电池上的应用

锂离子电池被认为是电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的主要发展方向之一.选用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料制成了12 Ah能量型及8 Ah功率型动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试.结果表明由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料制备的大容量动力电池比能量高,在循环性能、倍率放电性能、低温放电性能、荷电保持能力以及安全性能方面均表现优异,能够满足EV及HEV动力电源的要求.     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料高温循环性能研究

采用溶胶-凝胶法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,对该材料的结构和电化学性能进行了测试。研究结果表明：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在20℃、45℃、65℃条件下首次放电容量分别为138.2mAh/g、129.7 mAh/g、97.75 mAh/g,20周循环后容量保持率分别为94.5%、92.2%、87.8%,表明该材料具有优越的循环性能和高温稳定性能。     

Mn_3O_4合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

以Mn3O4为原料,在氧气气氛中用固相反应法制备尖晶石结构正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,并用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试考察了反应温度、反应时间和锂用量等工艺条件对合成产物的结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明通过控制工艺条件可以优化材料的电化学性能,其中锂用量为1.02,在900℃反应2h所合成LiNi0.5Mn1.5O4具有Fd3m尖晶石结构,放电比容量为140mAh/g、40次循环后容量保持率为94.8%。     

正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备和性能

以Mn(CH3COO)2、Ni(CH3COO)2和CH3COOLi为原料,用流变相法制备了正极材料LiNi0.5Mn1.504.XRD测试表明:所得LiNi0.5Mn1.504具有尖晶石结构.电化学性能测试表明:在750 ℃下焙烧6 h制备的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能最佳.在3.5～4.9 V以0.2 C充放电,首次放比电容量为137.70 mAh/g,第30次循环的放电比容量为135.75 mAh/g.     

锂离子蓄电池材料LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2的制备与性能

采用共沉淀-高温固相合成工艺,将20%(质量分数)的Co和10%(质量分数)的Mn同时掺入,成功地在空气气氛中合成出了层状结构的多元正极材料LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2.循环伏安曲线的测试结果表明,Co和Mn的同时掺入抑制了LiNiO2充放电过程中的相变,提高了材料的循环性能.在0.2 C倍率下2.8～4.3 V电压区间内进行充放电测试,结果表明,850℃下处理得到的样品前10次容量几乎没有衰减,均在150 mAh/g左右,循环50次后容量仍然保持在140 mAh/g以上.将充电截止电位提高至4.4 V后,前10次的放电比容量可达170 mAh/g.