高镍层状正极材料失效机理及改性的研究进展

高镍层状正极材料Li[Ni_(1-x)M_x]O_2 (其中M为Co、Mn或者Co、Al等组合,1-x≥0.6),具有高比容量、环境友好和低成本等优势,逐步成为最具应用前景的锂离子动力电池正极材料,然而,由于材料本身结构稳定性及热稳定性较差(阳离子混排、不可逆相变、界面反应、微裂纹)而引起的容量衰减等失效阻碍了其应用进程。为了应对以上高镍层状正极材料面临的挑战,综述了近年来该材料失效机理的研究进展,并从掺杂以及表面改性等方面总结了近年来国内外对该材料的研究进展。     

锂离子电池用层状高镍正极材料的研究进展

层状高镍正极材料(Ni≥80%)以其较高的比容量和良好的循环寿命,被认为是极具前景的高比能量动力电池正极材料。文章总结了高镍正极材料存在的问题,介绍了高镍正极材料的改性研究进展,展望了高镍正极材料的应用和发展方向。     

高电压三元正极材料研究现状

三元锂电池材料主要有以下优点:电池成本低廉,高克容量(150 mAh·g~(-1)),工作电压与国内现有的电解液完全匹配(4.1 V),安全性好,平台相对钴酸锂、锰酸锂低。随着高电压比率大容量三元负极材料的不断完善,镍钴锰三元正极材料被认为是当今最接近于能够实现250～300 Wh·kg~(-1)电池应用目标的一类三元正极材料。着重介绍高电压三元正极材料的改性反应过程和机理、目前面临的一些技术难题,分析总结三元正极材料的改性反应研究发展现状。     

锂离子电池高容量层状正极材料研究进展

具有层状结构的正极材料是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。但材料结构不稳定性,充放电过程中存在不可逆相变等缺陷是实际应用过程中亟待解决的问题。科学的认识层状正极材料的发展历程,系统的归纳其在发展过程中的主要科学问题是解决实际应用难题的关键。本文综述了当前层状正极材料两个研究热点——高镍层状正极材料及高电压层状钴酸锂的研究现状。对其改性策略和改性机制进行了系统归纳分析,对其未来发展进行展望。     

高镍三元正极材料表面碱性物质研究进展

高镍三元正极材料表面形成的碱性物质容易导致电池容量衰减加快、寿命缩短,因而调控三元材料表面碱性物质对于提高锂离子二次电池的功能和安全性至关重要。综述了高镍锂离子电池三元正极材料表面碱性物质的形成机理及处理手段,从不同角度阐述了环境中的水、二氧化碳对表面碱性物质形成的影响。探讨了表面碱性物质形成过程中,由于锂离子和过渡金属的迁移与固化引发的表面结构的相变现象,造成了三元正极材料的加工储存性能的恶化。还对降碱工艺中的洗涤、干燥、低温烧结等过程进行了重点说明,阐述了洗涤工艺对三元材料表面碱性物质降低及对材料性质的影响,指出需选择合适的洗涤、干燥条件,减小材料表面发生的变异。最后结合目前降碱工艺对后续研究方向提出了建议。     

高比能量富镍三元正极材料的研究进展

便携式电子设备在人类社会中发挥着越来越重要的作用,对高能量密度的电池的研发和性能研究更加迫切。层状富镍三元材料作为具有较高应用前景的高能量密度锂离子电池正极材料受到诸多关注。本文从富镍三元正极材料的结构和协同机理两方面介绍了电极材料的性质,从其失效机理着手介绍了其存在的相关问题,从材料的改性和结构调控等方面介绍富镍三元正极材料的研究进展。最后在此基础上对未来富镍三元正极材料的研究及其应用发展做出展望。     

富锂层状正极材料研究现状

富锂层状正极材料结构Mn基氧化物及三元(NCM)层状正极材料分别具有密度高、容量大的特点,并且成本低廉,工作电压与国内现有的电解液设备相匹配,安全性好,考虑到该材料的振实密度、相对密度和容量等多种综合的性能,其发展和应用的前景很好。介绍了富锂层状正极材料目前在应用中面临的技术难题以及富锂层状正极材料的制备技术和应用改性。     

三元锂电正极材料研究进展

介绍了近年来三元锂电正极材料从中低镍到高镍的发展过程,重点分析了高镍三元材料的优劣点及其改性方法,并对其工作电压、材料压实密度、安全性等角度进行展望.     

高镍三元正极材料容量衰减机理及改性方法EI北大核心CSCD

高镍三元正极材料因高容量、高功率等优势已成为大型动力锂离子电池的首选正极材料。然而,高镍三元正极材料存在循环稳定性差、容量衰减快等缺点。最新研究指出阳离子混排、过渡金属元素析出、氧空位等是造成材料相变的直接原因,而界面膜、过充、微裂纹等能进一步加速材料的容量衰减;元素掺杂、表面包覆和材料复合等作为当下最主流的改性技术,能显著抑制材料的容量衰减。本文综述了高镍三元材料容量衰减机理以及改性研究的现状,同时对其今后的发展方向做出了展望。     

锂离子电池高镍三元材料的包覆改性研究进展

锂离子电池高镍三元材料具有循环寿命长、绿色环保、成本低等优点,已成为电动汽车、便携式电子设备等领域的首选正极材料。但是,镍含量的增加容易使材料表面结构不稳定、界面副反应增加,导致材料的循环性能降低。主要从单层包覆和双层包覆两个方面综述了高镍三元材料的改性研究,介绍了不同包覆材料对其电化学性能的影响。双层包覆能更好地改进高镍三元材料的电化学性能,但是在清除氟化氢方面仍需进行研究。     

共沉淀法制备高镍氧化物正极材料前体研究进展

高镍氧化物正极材料（Ni质量分数≥0.8）具有高比容量、高压实密度、低成本等优势,能够满足下一代动力电池低钴和高能量密度的需求。其中,氢氧化物前体的尺寸、球形度、粒度分布以及纳米片堆积方式等直接影响最终产品的性能。共沉淀法是目前普遍采用的商业化制备氢氧化物前体的途径。在合成过程中,反应体系溶液的pH、氨水浓度、进料速度等影响产物沉淀速率和产品质量,而反应釜的结构优化有助于提高溶液的混合、热质传递等。本文结合共沉淀反应工艺参数的理论计算,介绍了制备高镍氧化物正极材料前体连续搅拌反应器系统（CSTR）的结构设计原理,总结了合成工艺参数对前体成核生长、微结构的影响规律,介绍了共沉淀法制备优质前体的关键因素。最后,通过分析我国高镍氧化物前体的市场现状,展望了共沉淀法制备前体的未来发展趋势。     

浓度梯度型锂离子电池富镍氧化物正极材料

富镍氧化物正极材料因其具有高比容量、低成本、环保和无需高电压电解质的优点而备受关注。虽然Ni含量的增加有助于提高放电比容量,但也产生了阳离子混排、表界面反应和导致结构不稳定的裂纹扩展等缺点,导致富镍正极材料的循环寿命较差、热稳定性有待提升和储存性能较差,妨碍了其商业化应用。为尽可能地发挥富镍锂离子电池高容量的优势,研究人员对材料进行了多种改性,历经了离子掺杂、表面包覆、单晶材料、核壳结构、浓度梯度结构等发展阶段。本文首先对掺杂、包覆、单晶、核壳结构等几种改性手段进行了简要概述,分析了这几种方法的优势及本身固有的缺点。然后重点对浓度梯度材料进行了分析,根据其发展阶段分为富镍核加浓度梯度壳、线性浓度梯度材料、渐进式浓度梯度材料三个部分,从合成方法、改性机理及电化学性能等方面做了详细介绍。综合来看,浓度梯度材料可以从根本上解决富镍正极材料的固有缺点,相信这一技术会在富镍正极材料的实用化进程中发挥重要作用。     

聚并苯/氧化铝双层包覆对高镍三元正极材料电化学性能的影响

通过表面包覆对锂离子电池正极材料-镍钴锰三元材料进行改性,提高其结构稳定性和界面稳定性。采用导电聚合物聚并苯(PAS)和金属氧化物Al₂O₃对KCl掺杂改性的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)进行双层包覆改性,以进一步提高其综合性能。通过XRD、SEM、TEM分析及电化学性能测试表明,包覆没有改变材料结构,包覆层改善了材料界面的电导率,阻止了电极活性材料表面的副反应,有利于提高锂离子电池的大倍率性能。     

高镍正极材料微裂纹诱导容量衰减的应对策略研究进展

随着锂离子电池在电动汽车、储能等领域的广泛应用,其正极材料尤其是钴酸锂、镍钴锰酸锂及镍钴铝酸锂三元正极材料的需求量也随之剧增。然而由于钴资源稀缺,“高镍低钴化”成为近年来锂离子电池行业的重要关注点和发展方向。高镍正极材料(Ni的摩尔分数大于60%)凭借着容量高、成本低廉等优势获得了广泛的关注和研发,其产业化步伐逐渐加快。然而其仍然面临着诸多限制其大规模应用的问题,其中微裂纹的产生诱发的快速容量衰减问题被越来越多的研究证明是常规球状高镍正极材料容量衰减的首要因素。本文综述了近年来针对这一问题的几种典型应对策略的研究进展,包括填隙包覆处理、径向有序设计以及采用高镍单晶正极材料。本文对以上典型应对策略的技术手段、工艺参数和电化学性能进行了总结和归纳。最后对于进一步的研究方向进行了展望。     

高镍三元材料烧结温度研究

研究了不同烧结温度下对高镍正极材料Li(Ni_(0.90)Co_(0.05)Mn_(0.05))_(0.998)Zr_(0.002)O_2形貌、结构以及电化学性能的影响。XRD和SEM结果表明:不同烧结温度下合成的Li(Ni_(0.90)Co_(0.05)Mn_(0.05))_(0.998)Zr_(0.002)O_2材料均为α-Na Fe O_2型层状结构,且随着烧结温度的增加,一次颗粒尺寸逐渐增大。740℃烧结温度下合成材料性能最优,首次放电比容量为210.8mAh/g,首次效率为89.1%,45℃下50圈循环保持率为93.44%。     

锂离子电池层状正极材料的研究进展

文章主要综述当前锂离子电池层状正极材料—LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的研究进展。阐述了三种层状盐结构正极材料的优缺点,对LiCoO2和LiNiO2正极材料的改性方法:掺杂和包覆处理。通过改性,层状正极材料的结构和性能均有较大改善,为锂离子电池更为广泛的工业应用指明道路。对锂离子电池正极材料未来的应用前景做了一些展望。     

溶胶凝胶法制备高镍三元材料

高镍三元正极材料由于其较高的理论比容量,引起了人们的广泛关注和研究。采用溶胶凝胶法制备高镍三元材料,以乙酸盐为原料,柠檬酸为螯合剂,制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811)材料,然后在此基础上添加三羟甲基氨基甲烷(Tris)配置的缓冲溶液来制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811-T)材料,再以铝盐代替锰盐制备LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)材料。通过对材料性能的测试发现更换铝盐的NCA材料放电比容量由原来NCM811材料的116 mAh/g提高为139 mAh/g。1 C下充放电循环50次,加入缓冲溶液后的NCM811-T材料与原NCM811材料相比容量保持率由原来的41.7%提升到96.1%。表明加入Tris缓冲溶液之后,材料的循环性能更好。     

钠离子电池层状氧化物正极材料改性研究进展

由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点,钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一,而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料,具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势,是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题,严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题,研究人员对其进行改性优化。据此,本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O混合相等改性措施所取得的成效,为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础,并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。