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%。     

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。     

不同正极材料及电池安全性能

采用差示扫描量热仪(DSC)分析了不同正极材料LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂和LiNi_0.55Co_0.1Mn_0.35O₂的热稳定性,结果表明,LiNi_0.55Co_0.1Mn_0.35O₂具有更好的热稳定性,说明镍含量越高,正极材料的热稳定性越差。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别表征了DSC测试后两种正极材料的形貌和结构变化。其中LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂材料经高温加热后其颗粒明显破碎,XRD结果表明正极材料在高温加热时发生了分解,产生了镍的氧化物。通过加速量热仪(ARC)测试电池热稳定性证明,正极材料的热稳定性差直接导致电池的热稳定性也较差。为了提高电池耐高温安全性能,必须选择热稳定性好的材料。     

洗涤和热处理对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料结构和电化学充放电性能的影响

用去离子水将原始的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料进行洗涤并分别在不同温度下处理相同的时间, 讨论了LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料结构、形貌以及电化学充放电性能的变化, 同时探讨了洗涤和热处理对材料结构、电化学充放电性能以及倍率性能影响的机理。XRD分析表明: 在洗涤和热处理之后, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料的I₍₀₀₃₎/I₍₁₀₄₎比值以及晶胞体积均有变小; 傅里叶红外光谱分析表明: 在洗涤和热处理之后, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料中形成了碳酸锂、镍化合物杂质及其相关变化。同时对洗涤和热处理前后LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料容量和倍率性能进行测试。容量测试结果表明: 原始样品以及处理后样品在30圈循环之后容量保持率分别为88.87%、 87.21%、85.43%和87.80%。     

钴钛共掺杂对LiNiO2正极材料电化学性能的影响

本文采用溶胶-凝胶法制备了钴和钛共掺杂的层状LiNi_0.82Co_0.15Ti_0.03O₂正极材料,研究了离子掺杂对LiNiO₂材料电化学性能的影响。XRD和XPS分析显示,钴和钛共掺杂可以抑制Li+和Ni2+离子在Li层的混排现象。电化学测试结果表明,钴单元素掺杂可以显著提高LiNiO₂材料的倍率性能,而钛单掺杂则提高了材料的循环稳定性。进一步地,通过钴钛共掺杂的协同作用,可以使LiNiO₂材料的倍率性能和循环稳定性同时得到极大的提高。在200 mA/g的电流密度下循环200次,LiNi_0.82Co_0.15Ti_0.03O₂材料的容量保持率高达94.4%,而未掺杂的LiNiO₂材料容量保持率仅为57.1%;且在1000 mA/g的电流密度下,放电比容量仍能维持在100 mAh/g左右。     

氟代线性碳酸酯对高电压LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨软包电池性能的影响

LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料因能量密度高、循环稳定性好及安全性高而被认为是最有前途的高能量密度锂离子电池正极材料之一。然而，传统的常规碳酸酯基电解液的耐氧化性较差，导致LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料在高电压条件下的容量快速衰减。在氟代碳酸乙烯酯(FEC)的基础上，研究了氟代线性碳酸酯(如二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(TFEC)及甲基(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(MTFEC))替代碳酸二乙酯(DEC)在高电压下的循环稳定性。电化学测试结果表明，TFEC、MTFEC替代DEC后，4.5 V LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂/人造石墨软包电池45℃循环700圈后容量保持率分别从45.5%提高到72.5%、81.6%。线性扫描伏安法(LSV)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线...     

钼掺杂提升无钴高镍LiNi0.9Mn0.1O2正极材料倍率性能和循环稳定性研究

由于钴价格的不稳定，无钴高镍LiNi_0.9Mn_0.1O₂被认为是未来有潜力的正极材料，但是倍率性能弱和循环寿命短的问题阻碍了其商业化。通过Mo元素对无钴高镍LiNi_0.9Mn_0.1O₂正极材料进行掺杂改性，延缓材料在充电阶段的有害相变，进而提升材料的倍率性能和循环稳定性。在1C倍率下，循环500圈后有着73.3%的容量保持率；即使在10C的高倍率下，依然有着152.05mAh/g的高放电容量。本研究为用于电动汽车的锂离子正极材料提供了新的选择。     

锂离子电池高镍LiNi0.8Mn0.2O2正极材料的微波合成及其Co、Al共改性

高镍正极材料由于较高的比容量和性价比而受到关注, 但在循环过程中稳定性较差且安全性能不佳, 限制了其更广泛的应用。本研究结合微波辅助共沉淀与高温固相法制备高镍正极LiNi_0.8Mn_0.2O₂二元材料, 再掺入不同比例的Co、Al对材料进行改性研究。结果表明, 改性后的材料性能明显改善, 特别是LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.08Al_0.02O₂在2.75~4.35 V、1C下循环100次后容量保持率达到91.39%, 在5C下放电比容量仍有160.03 mAh∙g^-1, 并且掺杂后的材料具有较高的热稳定性, 安全性得到提升。其优异的循环保持率归因于Co、Al较好地抑制了循环过程中H2→H3相变的不可逆性对材料结构稳定性的破坏, 以及较弱的电极反应极化, 使电荷转移电阻降低。     

Al2O3包覆Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法制备了Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂锰基正极材料,用均匀沉淀法对其进行不同比例Al₂O₃的表面包覆改性,并对其进行XRD、TEM表征和电化学性能分析。结果表明,包覆后的材料保持了原来的层状结构,Al₂O₃均匀地包覆在材料颗粒表面形成纳米级包覆层。在0.1C、2.0~4.8 V条件下Al₂O₃包覆量(质量分数)为0.7%的正极材料首次放电容量为251.3 mAh/g,首次库仑效率达到76.1%,100次循环后容量保持率达92.9%。包覆Al₂O₃抑制了循环过程中的电压衰减,适量的Al₂O₃包覆使正极材料的电化学性能提高。     

LiNO3-LiOH熔盐法制备单晶LiNi0.75Co0.10Mn0.15O2正极材料

目前,新型正极材料的研究主要集中于提高材料的能量密度和安全性等。其中,单晶型镍钴锰三元材料具有耐高压、高热力学稳定性和高循环稳定性等优异的综合性能,是极具发展前景的正极材料之一。采用LiOH作为熔盐、添加LiNO₃助熔剂降低熔点,烧结制备单晶LiNi_0.75Co_0.10Mn_0.15O₂材料。结果表明,当烧结温度为860℃、前驱体与混合锂盐的物质的量比为1∶2时,所合成的单晶正极材料的Li⁺/Ni²⁺混排率较低,晶体颗粒粒径为1.5～2.5μm。该材料具有良好的循环稳定性,首圈放电容量为172.3 mAh/g,在常温、2.8～4.4 V内,以1C倍率循环100次后,其容量保持率可达86.3%。     

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。      

Electrospinning synthesis of novel lithium-rich 0.4Li2MnO3·0.6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 nanotube and its electrochemical performance as cathode of lithium-ion battery

In this study, a lithium-rich layered 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ nanotube cathode synthesized by novel electrospinning is reported, and the effects of temperature on the electrochemical performance and morphologies are investigated. The crystal structure is characterized by X-ray diffraction patterns, and refined by two sets of diffraction data (R-3m and C2/m). Refined crystal structure is 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ composite. The inductively coupled plasma optical emission spectrometer and thermogravimetric and differential scanning calorimetry analysis measurement supply reference to optimize the calcination temperature and heat-treatment time. The morphology is characterized by scanning and highresolution transmission electron microscope techniques, and the micro-nanostructured hollow tubes of Li-rich 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ composite with outer diameter of 200-400 nm and the wall thickness of 50-80 nm are synthesized successfully. The electrochemical evaluation shows that 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ sintered at 800 ℃ for 8 h delivers the highest capacity of the first discharge capacity of 267.7 mAh/g between 2.5 V and 4.8 V at 0.1C and remains 183.3 mAh/g after 50 cycles. The electrospinning method with heat-treatment to get micro-nanostructured lithium-rich cathode shows promising application in lithium-ion batteries with stable electrochemical performance and higher C-rate performance for its shorter Li ions transfer channels and stable designed structure.     

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。     

LiCoO2/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2混合正极的颗粒级配与电化学性能

通过机械球磨制备不同质量比的LCO/NCA混合正极材料,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征其相结构和微观形貌,研究了这种材料的电化学性能。结果表明,两种正极材料球磨混合后其晶体结构均未改变,但是初始的NCA球形二次颗粒被打散,形成的纳米粒子弥散填充在LCO微米颗粒的孔隙之间,提高了正极材料的涂膜密度和二者之间的接触紧密性。当LCO:NCA=6:4时混合正极材料具有最佳的颗粒级配效果,其首次充放电效率最高,为92.4%;在10 C (1 C=140 mA·g^-1)倍率下的比容量(136 mA·h·g^-1)是0.2 C时的78.0%,出现了明显的协同增强效果;在1 C倍率下循环100次其容量保持率为89.8%,表现出优异的电化学性能。     

Preparation and characterization of lithium nickel cobalt oxide powders via a wet chemistry processing

Nickel-rich phases of the solid solutions, LiNi_1−yCo_yO₂ (y=0.1, 0.2, 0.3), were synthesized by a sol–gel method with citric acid as a chelating agent. Various initial conditions were studied in order to find the optimal conditions for the synthesis of LiNi_0.8Co_0.2O₂. The discharge capacity for the compound synthesized under an optimal synthesis condition of 800 °C for 12 h was found to be 187 mAh g⁻¹ in the 1st cycle and it was 176 mAh g⁻¹ after 10 cycles. The other nickel-rich phases, namely, LiNi_0.9Co_0.1O₂ and LiNi_0.7Co_0.3O₂ showed 1st-cycle discharge capacities of 144 and 163 mAh g⁻¹, respectively. The corresponding capacity values were 140 and 159 mAh g⁻¹ in the 10th cycle. Excess lithium stoichiometric phases, Li_xNi_0.8Co_0.2O₂, where x=1.10, 1.15 and 1.20, resulted in decreased capacity. Structural and electrochemical properties of the synthesized compounds were compared with those of a commercial LiNi_0.8Co_0.2O₂ sample. The effect of calcination temperature and duration, excess lithium stoichiometry and divalent strontium doping in LiNi_0.8Co_0.2O₂ are described. Doping with strontium improved both the capacity and cycling performance of LiNi_0.8Co_0.2O₂.