不同预氧化方式合成LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料

以不同预氧化方式制备的前驱体合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(LNCAO)。采用扫描电子显微镜、X射线衍射和化学滴定对样品及其前驱体的形貌、晶相结构和Ni的平均氧化态进行表征,并采用恒电流充放电方法对样品进行充放电性能测试。结果表明:预氧化方式不影响前驱体或样品的形貌,但对晶相结构、Ni的平均氧化态及样品的电化学性能有很大的影响,且前驱体中Ni的平均氧化态越高,相应样品的电化学性能越好。其中,“液-液预氧化”方式制备的前驱体为Ni0.8Co0.15Al0.05OOH,Ni的平均氧化态为+3.000;该前驱体在氧气气氛下750℃焙烧10 h得到的LNCAO正极材料,阳离子混排程度最小,结构最有序,Ni的平均氧化态最高,电化学性能最好;在2.8~4.3 V(vs.Li/Li+)电压,0.2C倍率时的首次放电比容量达192.1 m A·h/g,循环50次后容量保持率为94.8%。     

高能量密度锂离子电池LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料改性的研究进展

镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2,NCA)因具有高能量密度、高性价比等优点,被视为最具发展潜力的动力锂电池正极材料.但NCA在使用过程中安全性、循环稳定性、高温性能较差,需要通过离子掺杂、表面包覆等方式改性,以改善材料的电化学性能.本工作对NCA的改性研究进行总结,并展望了未来的研究方向.     

细化颗粒固相法合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2及其结构和电化学性能研究

利用超细旋转盘式砂磨机细化颗粒固相烧结法,合成锂离子电池正极材料Li Ni0.80Co0.15Al0.05O2。原料经过砂磨后,混合均匀,粒径达到纳米级。根据塔曼定理,混合均匀的微小粒径可以在相同的烧结温度下,提高烧结的强度。SEM、XRD分别表征NCA材料的颗粒形貌和晶形结构。结果显示,通过细化颗粒烧结后的样品具有良好的形貌和层状结构。CV法测试样品的氧化还原性能,电池测试系统测试样品的电化学性能。测试结果显示,经过细化颗粒,在720℃合成的NCA材料具有良好的层状结构,018/110峰分裂明显。样品的电化学性能优良,0.2C下,首次放电容量达到182 m Ah?g?1,30次循环后容量保持率99.9%。1C下,首次放电容量153 m Ah?g?1,100次循环后容量保持率92.6%。     

锂离子正极材料LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2的制备及其性能研究

以尿素为沉淀剂,以乙二醇为溶剂,通过溶剂热法制备出多级前躯体Ni0.8Mn0.1Co0.1CO3,通过焙烧该前躯体和LiOH·H2O的混合物制备出高比容量的锂离子正极材料LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2。采用XRD、FESEM及恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学进行表征,结果表明,合成的产物形貌均一,有高结晶度。在0.1 C倍率下,放电比容量为194.6 mAh g-1;当放电倍率提高到2.0 C时,该材料仍然具有78.4mAhg-1的放电比容量,并且该材料在各个倍率下具有良好的稳定性。在1.0 C的放电倍率下,经过50次循环,放电容量保持率为92.5%。     

络合剂对溶胶-凝胶法制备LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料电化学性能影响

以马来酸、甘氨酸或柠檬酸作为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池Li Ni0.80Co0.15Al0.05O_2正极材料,对比了络合剂种类对样品电化学性能的影响。结果表明:采用不同络合剂制备的样品都具有层状结构,以柠檬酸为络合剂制备的样品存在较多的八面体单晶体。电化学分析显示,以马来酸为络合剂制备的样品具有最佳的充放电和循环性能:0.2C下首次放电容量为176 m A·h/g,30次循环后容量保持率为97.3%;1C下首次放电容量为162 m A·h/g,30次循环后容量保持率为92.3%。根据循环伏安曲线得到的锂离子的扩散系数表明,采用马来酸为络合剂制备的样品具有最大的扩散系数。     

晶粒大小对LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2电极材料性能的影响研究

以Li、Ni和Co等金属离子与柠檬酸和纤维素配位,制成柠檬酸-纤维素前导化合物,再合成不同粒径的LiNi0.8Co_(0.2)O_2材料粉末。通过BET、FTIR和SEM等方法对所制备的LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2材料进行表征分析,探讨了粒径大小对电极材料电化学性能的影响。结果表明:比表面积随粒径的增大而降低,放电电容量随着粒径的减小而增加,放电电容量可达到115.8mAh/g。     

正极材料LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2合成条件及电化学性能研究

采用溶胶凝胶法制备了LiNi0.7Co0.3O2。结果表明,煅烧温度为800℃、时间为12 h、Li/(Ni+Co)=1.05的正极材料LiNi0.7Co0.3O2具有α-NaFeO2型的六方晶体结构,在0.1 C下,首次充放电比容量分别为218.0 mAh/g和190.2 mAh/g,首次充放电效率为87.2%,经过20次循环仍有171.5 mAh/g,容量保持率为90.3%。     

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。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的产业化工艺研究

通过共沉淀法在体积为200 L的密闭反应釜内采用连续工艺合成具有类球形形貌的层状前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2,解决了间歇式生产工艺存在的效率低、批次稳定性差等问题。研究了合成过程中搅拌方式、反应温度、pH和络合剂用量对前驱体振实密度的影响,确定了最佳工艺条件。利用前驱体与Li OH·H2O通过高温固相反应合成LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的晶体结构和形貌进行表征,通过充放电测试研究材料的电化学性能。通过XRD分析可知该材料为典型的六方晶系a-Na FeO_2结构;SEM测试发现产物粒子是由300~800 nm的一次小晶粒堆积形成的二次类球形粒子。电化学测试表明,在2.5~4.3 V电压范围内,在0.2 C倍率下首次放电容量和库仑效率分别为184.1 m Ah/g和85.9%,20次循环后容量为166.3 m Ah/g,保持率达到90.3%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Al_(0.2)O_(2-x)F_x的制备及其性能的研究

通过掺杂合成锂离子电池正极材料LiNi0.8Al0.2O2-xFx,研究了掺杂离子氟对材料性能的影响。XRD分析表明,该种材料具有层状结构,从结构上保证了该材料具有较好的嵌锂性能。SEM观察显示,材料的颗粒比较均匀。     

富镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备及电化学性能

Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2是一种高比容量锂离子电池正极材料。本文研究通过活性炭中孔道吸附钴、锰、镍盐的混合溶液的途径来制备纳米LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料。XRD研究显示,600℃和800℃焙烧得到的材料相比,700℃下焙烧得到的材料具有低的阳离子混排程度,因而具有好的充放电性能,在0.2C电流下充放,该材料的首次比容量为188.3mAh g~(-1),50圈循环后,容量仍达140.9m Ah g~(-1),容量保持率为74.0%。     

高密度LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的合成

以二次干燥化学共沉淀法制得高密度前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2,再与LiNO3混合,经600℃恒温6 h,800℃恒温24 h两个恒温阶段烧结,得到高密度LiNi0.8Co0.2O2,探讨了锂源、镍源、Li/(Ni+Co)摩尔比、合成温度等因素对产品的影响,优化了LiNi0.8Co0.2O2的合成工艺。所得非球形LiNi0.8Co0.2O2粉末振实密度高达3.15 g/cm3,大幅度地提高正极材料的体积比能量。X射线衍射分析表明,合成的LiNi0.8Co0.2O2具有规整的层状NaFeO2结构,充放电测试表明,材料具有良好的电化学性能。     

Al_2O_3包覆锂电池正极材料LiMn_2O_4的合成及电化学性能研究

研究了在锂离子电池尖晶石Li Mn2O4正极材料上包覆Al2O3来改善材料在循环过程中的容量衰减问题。通过SEM和X射线衍射研究材料的表观形貌和晶体结构。在电化学性能测试中,发现包覆Al2O3可以减少材料与电解液的直接接触,阻止了电解液对尖晶石的侵蚀,最终有效地改进锂电池正极材料Li Mn2O4的电化学性能。     

Co_3O_4包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电性能的影响

采用湿化学法,对高镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2进行不同比例的Co_3O_4表面包覆改性研究。利用XRD、SEM、TEM等测试手段对包覆前后样品的晶体结构和表面形貌进行了表征,并对各样品的电化学性能进行了测试。其中0.5%(wt)Co_3O_4包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2样品表现出最佳的首次充放电性能、循环性能和高温稳定性能。在55℃下循环180圈后,仍具有142.9 mA·h·g~(-1)的放电比容量,容量保持率为63.7%。同时借助电化学阻抗(EIS)测试对改性的原因进行了分析。     

低共熔混合锂盐合成LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的研究

在空气气氛中,采用低共熔混合物L iNO3-L iOH为锂盐,制备出了锂离子电池正极材料L iN i0.8Co0.2O2。XRD分析表明:此工艺制得的正极材料具有完整的层状结构。电性能测试表明:在0.5 mA/cm2的充放电电流密度和2.7~4.2 V的电压范围内,L iN i0.8Co0.2O2首次放电比容量为145.2 mA.h/g,充放电库仑效率为83.8%;循环20次后,放电比容量为124.8 mA.h/g。该方法能制备出电化学性能良好的L iN i0.8Co0.2O2正极材料。     

Cu_(0.2)Co_(0.8)Al_2O_4蓝色色料的低温合成及性能研究

随着陶瓷喷墨打印技术的快速发展,钴蓝系陶瓷色料已经成为最重要的一种陶瓷色料。采用燃烧法合成Cu_(0.2)Co_(0.8)Al_2O_4蓝色色料,与传统的钴蓝色料(CoAl_2O_4)的合成温度需要超过1000℃不同,该色料的合成温度仅为700℃。通过研究煅烧温度对晶相组成,微观结构及色度值的影响,揭示了Cu_(0.2)Co_(0.8)Al_2O_4色料实现低温合成的根本原因是Cu~(2+)活化晶格的作用。为制备蓝色陶瓷色料提供了一种低成本,低能耗的研究途径。     

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。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

锂电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的充放电性能研究

采用高分子网络法制备锂离子电池LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,利用XRD,SEM及电化学测试对其进行表征,研究了煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的微观结构,形貌及其电化学性能的影响。研究结果表明,采用高分子网络法制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料颗粒小,粒度分布均匀,850度煅烧制得的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能最好,大倍率3C放电循环20次比容量保持率为97.8%。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Ru_(0.05)Mn_(1.5)O_4提高放电能力

我们用柠檬酸辅助的溶胶法、在800℃和1000℃的最终煅烧温度下,生产高压阴极Li Ni_(0.4)Ru_(0.05)Mn_(1.5)O_4。通过同步加速器辐射、等离子体-发射光谱以及扫描电子显微镜分析、高分辨率粉末衍射来描绘材料的结构、化学组成及形态特点。我们通过X射线吸收光谱研究确认尖晶石内是否有钌掺杂、并比较过渡金属的氧化态。Li Ni_(0.4)Ru_(0.05)Mn_(1.5)O_4粉末在1000℃条件下合成,其初始容量为-139 m Ah·g~(-1),在3.5~5.0伏、C/2充电-放电率条件下,经过300次循环后容量保持率为(初始容量的)84%,这表明其大电流放电能力及循环稳定性非常好。