锂电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备与性能

运用"溶胶-喷雾干燥-煅烧"新技术合成了正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了煅烧温度对所制材料结构和电性能的影响。结果表明,在750~850℃都可制备得到纯相LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。其中,800℃所合成样品具有适宜的晶粒大小、最佳的晶化程度和阳离子有序度,最小的电荷传递阻抗,最大的锂离子扩散系数和最佳的电化学表现。该样品0.2C首次放电容量达到189.1mAh·g-1,以5C循环的放电比容量仍可达到136mAh·g-1,第30周0.2C放电容量达初始容量的97.5%,显示出高容量、良好的倍率与循环性能。     

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的改性研究进展

高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)具有平台电位高、能量密度大、成本低等优点,在动力锂离子电池市场具有广阔的应用前景。然而,该材料存在阳离子混排、表面不稳定、热稳定性差等缺点,导致电池在使用过程中出现容量衰减快、循环性能差、安全性能低等问题,严重阻碍了其大规模应用综述了NCM811材料的结构特征、存在问题及改性研究进展,重点介绍了离子掺杂、表面包覆、结构设计等改性方法对其电化学性能的影响,并展望了其未来发展趋势和应用前景。     

不同沉淀剂对所制备的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料性能影响的研究

采用共沉淀-高温固相烧结法,控制合成条件,以不同的沉淀剂(Na2CO3、NaOH)制备出正极材料。通过XRD、SEM及电池测试系统对不同沉淀剂制备的正极材料进行结构、形貌和电化学性能的表征,对比两者存在的优缺点。研究结果表明,以NaOH为沉淀剂制备的正极材料有更好的层状结构,形貌也更好,充放电性能和倍率性能也较好。其首次放电比容量达到了187.9mAh/g,最高可达196.2mAh/g,50次充放电循环后,容量保持率为81.6%;以Na2CO3为沉淀剂制备的正极材料的放电比容量较低,但容量保持率较高,为85.3%。     

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%.     

Al2O3包覆锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的改性研究

采用氢氧化物共沉淀法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,对产物进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学性能分析,结果表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.5C下的循环性能和倍率性能较差,100次循环后,Li+的嵌入/脱嵌的界面阻抗(Rf)和电荷转移阻抗(Rct)迅速增加,极化增大。为改善其电化学性能,以尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法,在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面包覆不同比例Al2O3包覆层,研究其对LiNi0.8-Co0.1Mn0.1O2电化学性能的影响。在所有的样品中,1%Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有最优的六方晶型α-NaFeO2层状结构和最低的阳离子混排度。SEM和TEM图表明无定形透明多孔Al2O3包覆层均匀地包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。与纯相相比,1%Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有较好的电化学性能,包括相对较高的首次放电容量189.56mAh·g-1、最高的首次库伦效率87.95%、较好的循环性能和倍率性能。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能得到提高是由于Al2O3包覆层可以抑制电解液与正极副反应的发生,从而减小循环过程中界面阻抗值和电荷转移阻抗值的增大。     

草酸盐共沉淀法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法合成前驱体,然后经过氧化气氛高温焙烧制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电技术研究了pH值、焙烧温度、焙烧时间和锂用量对材料结构、微观形貌及电化学性能的影响.草酸盐共沉淀-氧化焙烧合成LiNi0.8 Co0.1Mn0.1O2的工艺条件为:pH值为5.5,焙烧温度为800℃,焙烧时间为12h,Li/M摩尔比为1.05.所制备的LiNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2在0.5C倍率下的首次充放电比容量达到174.5mAh·g-1,循环20周容量保持率为88.5％.     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成及其电化学性能

以自制(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2为前驱体,采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2-Mn0.4O2,采用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料结构和形貌进行了表征,表明所得材料外观为球形,具有典型的α-NaFeO2层状结构,循环伏安、恒电流充放电测试表明,800℃下合成的材料具有最优的电化学性能,首次放电比容量达161.8mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备与性能

采用共沉淀法制备粒径10 μm左右的前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05（CO₃）_x（OH）_y,然后采用该前驱体和LiOH·H₂O成功制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂（LiNCA）,并详细研究了煅烧氛围、煅烧温度和煅烧方式等条件对LiNCA电化学性能的影响。研究表明,在O₂中煅烧获得的LiNCA放电容量达到170 mAh·g^-1,50次循环后容量保持率达到95%,性能明显优于空气氛围中煅烧得到的LiNCA。在O₂氛围下,700~750℃温度范围煅烧得到的LiNCA性能最好,煅烧温度过高或过低,LiNCA性能均明显下降。将前驱体在O₂氛围中450℃条件预煅烧,然后与LiOH·H₂O在700~750℃混合煅烧的煅烧方式,得到的LiNCA放电容量明显提高,可达190 mAh·g^-1。     

锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Mo0.05O2的制备与性能

利用具有低共熔组成的LiOH-LiNO3混合锂盐体系,与高密度前驱体混合,经3阶段恒温烧结制备出高密度锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Mo0.05O2。X射线衍射分析表明合成的材料具有规整的层状α-NaFeO2结构。SEM显示材料的颗粒均匀。电性能测试表明,在0.2C放电倍率和3.0～4.3V的电压范围内,LiNi0.8Co0.15-Mo0.05O2首次放电比容量达175mAh/g,且具有良好的循环性能。     

固相法制备锂离子电池正极材料LiNi0.80Co0.15Al0.05O2及其性能研究

利用球型Ni(OH)2、纳米Co3O4和Al(NO3)3,低温预烧结,固相合成高性能LiNi0.80Co0.15Al0.05O2正极材料.通过XRD,SEM对样品进行结构和形貌研究,采用TG对样品进行热分析,结果显示在空气气氛下,该固相合成的LiNi0.80Co0.15Al0.05O2材料具有良好的层状结构,反映层状结构的006/012和018/110两组峰分裂明显.CV测试结果显示,样品具有良好的氧化还原性.将样品制备成扣式电池进行充放电测试,540℃预烧结12 h,720℃烧结26 h样品表现出最佳电化学性.0.2 C倍率下,首次放电容量达到184.5 mAh/g,首次库伦效率为86.6%,测试结果高于传统固相法;1 C倍率充放电,首次放电容量为159.9 mAh/g,50次循环后容量保持率达到96%,样品具有良好的循环性能.     

高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的锂离子导体Li3PO4的包覆改性及电化学性能研究

采用典型的溶胶-凝胶法,在高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极颗粒表面包覆不同含量的Li₃PO₄锂离子导体。利用X射线衍射仪,扫描电镜对Li₃PO₄包覆前后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品的晶体结构和微观形貌进行分析。结果表明,合成材料的层状结构明显,阳离子混排度低,并且Li₃PO₄成功包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂颗粒表面。另外,对4个样品进行了首次充放电,倍率放电和循环性能比较,结果表明经过Li₃PO₄包覆后的正极材料的综合电化学性能明显比未包覆样品优越。首次库伦效率从未包覆样品的84.2%提高到2%(质量分数)Li₃PO₄包覆样品的89.2%。而且在5C高倍率,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的放电比容量是129.7 mAh/g,远远高于未包覆样品的92.6 mAh/g。同时,在常温和高温环境下循环100次后,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的容量保持率比未包覆样品分别高出7.1%和9.9%。     

Synthesis of LiNi0.9Co0.1O2 cathode material for lithium secondary battery by a novel route

The cathode material, LiNi_0.9Co_0.1O₂ was prepared using a rheological phase reaction method with LiOH·H₂O, home-made Ni(OH)₂, and Co₂O₃ as starting materials. At first, the mixture of reactants and a proper amount of water reacted to form a rheological precursor. Then the dried precursor was heated at 730 °C in one step to yield the product. The effects of calcination time (between 0.5 and 10 h) on the structural, morphological and electrochemical properties were investigated. All obtained powders show a single phase with α-NaFeO₂ structure (R-3m space group). The sample prepared in 2.5 h delivers the largest initial discharge capacity of 218 mA h g^− 1 (3.0-4.35 V, 25 mA g^− 1) and still remains 192 mA h g^− 1 after 15 cycles. The method is simple, economical and effective and is promising for practical application.     

高电压正极材料镍锰酸锂的制备及性能研究

以镍、锰氧化物和碳酸锂为原料,采用高温固相法直接合成高电压正极材料镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄。主要考察了烧结温度、烧结时间和Li/M等因素对工艺的影响。结果表明:在烧结温度为800℃,烧结时间为15h,Li/M为0.53时,合成的镍锰酸锂材料的综合性能达到了最佳。在此合成条件下合成的镍锰酸锂材料的1C放电比容量为129.53mAh/g,50次循环后1C放电比容量为122.60mAh/g,50次循环容量保持率94.56%,证明电池的循环性能良好。     

高镍正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的研究进展

高镍正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)由于比容量高、价格低等优点,被认为是最有前景的正极材料之一。在介绍NCM622存在的问题的基础上,分别从合成方法、改进措施等方面进行总结,并对NCM622的未来发展进行展望。     

LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2@WO3复合正极材料的制备与性能

为改善LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）锂离子电池三元正极材料的电化学性能,采用液相蒸发法将WO₃包覆于NCM表面,得到NCM@WO₃复合正极材料。通过XRD、SEM和TEM对NCM@WO₃复合材料的结构和形貌进行表征,利用充放电测试、循环伏安及交流阻抗测试对其电化学性能进行表征。结果表明,当WO₃包覆量为3wt%时,NCM@WO₃复合材料性能最佳,在0.5 C下的首次放电比容量为179.9 mA·hg-1,不可逆容量损失降低至42.4 mA·hg-1,循环50圈后容量保持率为98.3%。WO₃的包覆提高了锂离子扩散速率,减少了电极材料与电解液的副反应,NCM@WO₃复合材料的电化学性能得到提升。      

Microwave-mediated hydrothermal synthesis and electrochemical properties of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 powders

LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ powders have been successfully prepared via a newly developed microwave-hydrothermal method. Monophasic powders with an α-NaFeO₂ structure were obtained. The particle sizes of the microwave-derived powders were in submicron order (0.2-0.3 μm) and were much smaller than those of the powders synthesized via coprecipitation reaction (1-3 μm). The microwave-hydrothermal route not only shortened the required reaction time but also improved the electrochemical performance of the product. Electrochemical analysis indicated that the microwave-derived LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ powders exhibited a higher capacity than those derived from coprecipitation method. The capacity fading ratio of the microwave-derived powders was lower than that of the powders obtained via coprecipitation route, according to the results of high C-rate tests.     

Rapid synthetic routes to prepare LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 as a high voltage, high-capacity Li-ion battery cathode material

LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂, a high voltage and high-capacity cathode material for Li-ion batteries, has been synthesized by three different rapid synthetic methods, viz. nitrate-melt decomposition, combustion and sol–gel methods. The first two methods are ultra rapid and a time period as small as 15 min is sufficient to prepare nano-crystalline LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂. The processing parameters in obtaining the best performing materials are optimized for each process and their electrochemical performance is evaluated in Li-ion cells. The combustion-derived LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ sample exhibits large extent of cation mixing (10%) while the other two methods yield LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ with cation mixing <5%. LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ prepared by nitrate-melt decomposition method exhibits superior performance as Li-ion battery cathode material.     

表面包覆法合成的LiN0.8Co0.2O2材料的结构表征

LiNi0.8Co0.2O2是锂离子电池界公认的最有希望取代商业化正极材料LiCoO2的新型正极材料之一.本文所研究的复合正极材料LiNi0.8Co0.2O2是由细小的晶粒构成的球形颗粒,单一相,属于R3m空间群.对复合材料LiNi0.8Co0.2O2的Co-K和Ni-K的XANES分析可知,在600～850℃范围温度对于钴元素的影响不明显,而对于镍元素的影响比较显著,随着Ni-K边位置向高能量移动LiNi0.8Co0.2O2正极材料的放电容量升高.复合材料LiNi0.8Co0.2O2和LiNiO2的Ni-K边XANES相似,表明少量钴的引入对晶体结构的改变不是太多,但是峰的强度较高和峰的位置向高能量移动,表明钴Co对Ni的局域结构进行了调制.