锂电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2掺杂改性研究进展

层状结构的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料具有性能优异,环境污染小,毒性低以及高温稳定性好等优点,但其结构中阳离子混排现象以及结构的稳定性严重制约了其循环性能,其中一种很有效的方法就是在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶格中掺杂各种离子,促进Li+扩散以及提高该材料的循环性能。综述了Mg、Al、Cr、F等阴阳离子掺杂以及阴阳离子复合掺杂对于LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在结构、形貌、放电性能等方面的影响,重点突出了元素掺杂手段对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构中Ni2+/Li+阳离子混排、结构稳定性、充放电效率以及循环性能方面的改善,并对此类掺杂改性手段进行总结及展望。     

溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2的研究

综述了溶胶凝胶法制备锂离子电池三元正极材料Li Ni1/3Mn1/3Co1/3O2的研究,讨论了三元材料的结构特性,着重从添加有机络合剂、掺杂、包覆改性以及模板辅助等方面探讨对Li Ni1/3Mn1/3Co1/3O2材料电化学性能的影响,并分析三元材料目前存在的问题和未来应用的前景。     

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%。     

2% LiMn_2O_4对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响

将层状的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2锂离子电池正极材料与尖晶石型的LiMn2O4按质量比为2∶98混合烧结,采用X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)以及充放电测试研究LiMn2O4对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能的影响。研究表明混合LiMn2O4有利于提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的首次库仑效率、循环性能和倍率性能,在3.0~4.3 V以1 C循环,首次放电比容量和库仑效率分别为150.3 m Ah/g和85.5%,循环50次后容量保持率为88.9%;在5 C下充放电仍保持136.2 m Ah/g。循环伏安与交流阻抗测试表明混合2%(质量分数)LiMn2O4可以提升材料的可逆性和放电容量,降低电荷转移电阻。     

石墨烯/碳纳米管复合导电剂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的影响

研究球磨分散法制备的石墨烯和碳纳米管(CNT)(2∶3)复合导电剂对三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响。SEM分析表明:复合导电剂均匀地分散在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2表面,形成良好的"点-线-面"三维立体导电网络结构。电化学阻抗测试表明:复合导电剂可降低电池的内阻。充放电测试显示:在1%的低添加量下,使用复合导电剂的电池的首次放电(2.58~4.25 V,0.1 C)比容量比单独使用CNT的高7 mAh/g,比单独使用炭黑的高19 mAh/g;以10.0 C放电的比容量可达128 mAh/g,比单独使用CNT和炭黑的分别提高24 mAh/g和58 mAh/g。     

共沉淀法制备的Al掺杂LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的性能

在氢氧化物共沉淀法制备前驱体的过程中添加纳米Al2O3,进行Al掺杂,考察掺杂量x对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-x AlxO2形貌和电化学性能的影响。x=0.02的产物以0.2 C在2.7~4.2 V充放电,第50次循环的容量保持率为95.7%,高于未掺杂样品的81.5%,循环性能随着放电倍率的增大而提高。     

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。     

镁含量对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Mg_xO_2正极材料物理性能的影响

采用共沉淀法和固相烧结法制得锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMgxO2(x为0、0.05和0.1)。用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)研究了镁离子对材料结构和形貌的影响。SEM结果显示最终产物形貌随镁含量增加,晶粒尺寸变大,粒径分布变化小,类球形;研究发现LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的XRD图中在30°~40°有微量第二相,镁掺杂第二相消失,当掺杂5%(摩尔分数)镁离子时,有序性最好。随着Mg离子替代Mn离子量的增加,晶胞参数发生变化:a先减小后增大,c逐渐增大,c/a和I003/I104先增大后减小。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的研究进展

综述了Li Ni0.5Mn0.5O2的研究进展。对固相合成法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法和离子交换法等制备方法进行了介绍;提出了目前Li Ni0.5Mn0.5O2正极材料存在的一些问题,同时对Li Ni0.5Mn0.5O2正极材料发展前景进行了展望。     

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn(1/3)O_2正极材料脱嵌锂的动力学研究

采用交流阻抗法对层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料嵌/脱锂反应的动力学过程进行了研究,结果发现,该材料的交换电流密度和锂离子扩散系数均与嵌锂电位有关,交换电流密度在电位平台附近(3.9 V)出现了最大值(1.03 mA/cm2),而锂离子扩散系数却出现了最小值(1.23×10-12 cm2/s).     

正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及性能研究

以柠檬酸为络合剂,乙二醇为交联剂,通过Pechini法制备出锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、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.实验结果表明在850℃下保温6h合成出的LiNi1/3Co1/3Mn13O2具有最佳的层状结构和纳米级的一次均匀颗粒,且该条件下由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/碳纳米管(质量比为90∶5)作为正极复合材料制作的电池电化学性能最佳.在2.5～4.5V进行恒流充放电测试,0.2 C下首次放电比容量为219.6 mAh/g,倍率性能佳,在1C下充放电首次比容量为158.7 mAh/g,且循环性能优良,在60次循环以后,容量保持率为91.25％.     

正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的研究进展

介绍了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶体结构和作为锂离子电池正极材料的电化学反应特征,总结了合成条件和制备方法对其物理性能和电化学性能的影响,以及不同掺杂元素(B,F,Mg,Fe,Al,Si等)对其的改性作用.     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及电化学性能

首次采用流变相反应法合成了锂镍钴锰复合氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.考察了Li/(Ni+Co+Mn)比值、焙烧温度和焙烧时间对其电化学性能的影响.在此基础上成功的合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2样品,X射线试验结果发现,预焙烧得到的前驱体具有和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2相似的结构.扫描电子显微镜法(SEM)显示,其粒径小于1μm.充放电结果显示,当电流密度为0.20 mA/cm2时,在3.0～4.4 V区间内,其首次放电比容量达到146.30 mAh/g,循环20次后,仍能保持在136.00 mAh/g.     

一种合成锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的新方法

以LiNO3、Ni(CH3COO)2·4 H2O、Co(CH3COO)2·4 H2O和Mn(CH3COO)2·4 H2O为原料,采用共沉淀-燃烧法在空气中合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.采用原子吸收光谱仪(AAS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和充放电测试仪对合成产物的成份、形貌、结构和性能进行了表征.实验结果表明,所合成的正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结晶良好,粒度适中,大小均匀,具有α-NaFeO2型层状有序结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35 V电压区间充放电,其首次放电比容量达到169.05 mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有152.83 mAh/g.在深度充电状态下具有良好的结构稳定性.     

正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及性能

以镍、钴、锰的硝酸盐与氢氧化锂为原料,采用共沉淀法制备锂离子蓄电池层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。探讨了以氨水作为络合剂时产物的形貌特征,扫描电子显微镜(SEM)显示此方法制备产物颗粒均匀,粒径大约5!m,振实密度为2.0g/cm3。X射线衍射(XRD)结果表明:产物具有标准的层状"-NaFeO2晶型,为层状嵌锂复合氧化物。电化学测试表明:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2可逆比容量达140～150mAh/g,体积比容量为313Ah/L。     

层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料合成及电化学性能

首次提出以碳酸盐为沉淀剂,采用共沉淀法制备Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3前驱体,再和锂源混合高温固相合成了锂离子蓄电池层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。采用X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)对Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3前驱体和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的结构及形貌进行了表征,SEM测试表明LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的形貌近似为球形,且颗粒分布均匀。并对其进行了充放电性能和循环伏安研究,实验结果表明:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在25℃、2.5"4.6V电压范围,0.1C倍率下,首次放电比容量达182.97mAh/g。     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的蔗糖改性研究

首次采用一种固相自引发基团置换反应法制备了蔗糖改性的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料.采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)技术对产物的结构和形貌进行了表征,同时对其电化学性能进行了检测.结果表明,在前驱体中加入少量的蔗糖可以有效改善LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的微观结构和电化学性能.在3～4.3 V的充放电电压区间内.添加质量分数3%蔗糖所制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料显示出最高的初始放电比容量0.1 C达到183 mAh/g.     

LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2-zFz正极材料的合成及电化学性能

以共沉淀碳酸盐为前驱体制备了层状LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、差分计时电位等方法研究了其结构与电化学性能,同时研究了F-掺杂对于材料电化学性能和结构的影响。SEM分析表明,LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2产物基本为球形颗粒。F-掺杂后,粉末形状变得不规则。LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料在2.5～4.4V电位区间内,首次放电比容量为162mAh·g-1,50次循环后容量保持率为93.2%。适量的F-掺杂能显著提高材料的循环性能,F-掺杂量z为0.1时,50次循环后容量保持率为98.1%。     

锂离子蓄电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的性能表征

采用共沉淀法制备了层状Li1.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料.以C为负极,在1 C、2.7～4.2 V下的初始放电比容量达145.5 mAh·g-1,循环100次后容量保持率为98.4%.并采用X光电子能谱(XPS)、循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对层状LiN1/3Co1/3Mn1/3O2材料中的各元素氧化态分布和嵌/脱锂动力学过程进行了系统研究.XPS实验结果表明LiN1/3Co1/3Mn1/3O2中Co,Ni,Mn的主要氧化态分别为 3. 2, 4价.还有少量的Ni3 和Mn3 ,并从晶体场理论解释了其氧化态分布机制.而LiN1/3Co1/3Mn1/3O2的循环伏安曲线上主要存在3.95 V氧化峰和3.69 V还原峰,分别对应于Ni3 /Ni4 的氧化还原反应.