富锂锰基Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料的制备及电化学性能研究

采用新颖的一步共沉淀法合成富锂锰基Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学测试对合成材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明,所制备Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料具有较好的多面体形貌,材料颗粒粒径小于500 nm。在2.0~4.8 V充放电区间内,在18 m A/g进行充放电,所制备材料的首次放电比容量达到209.0 m Ah/g,循环50次后容量保持率为87.7%。     

LiFeO_2包覆锂离子正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2制备及性能表征

采用溶胶-凝胶工艺在Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2表面包覆LiFeO2,并用扫描电镜(SEM),X-射线衍射(XRD),EIS和恒电流充放电等方法研究了不同包覆量的LiFeO2包覆对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2结构和电化学性能的影响。XRD、SEM实验数据表明,该材料具有层状α-NaFeO2结构,包覆后材料结构没有变化,表面覆盖上一层纳米级别的颗粒。电化学性能测试结果表明,质量分数1%LiFeO2包覆能显著改善Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料在高截止电压(4.8 V)下的循环性能和倍率性能,EIS研究结果显示其界面阻抗明显减小,电子电导率得到提高,从而提高电化学性能。     

锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的改性研究

采用高温固相合成法制备锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13-x/3)Co_(0.13-x/3)Mn_(0.54-x/3)Cr_xO_2(x=0,0.01,0.02,0.03),其中合成的锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13-x/3)Co_(0.13-x/3)Mn_(0.54-x/3)Cr_xO_2(x=0.02)的粒径分布均匀、结晶程度极高和结构稳定性很好,在不同倍率0.1C、0.2 C、0.5 C、1 C和2 C下的放电比容量分别达到332.11、308.36、271.06、191.56、113.92 m Ah/g,并在0.1 C下循环50次后的放电比容量维持率为97%,所以少量Cr3+的掺杂对正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的充放电比容量、倍率特性和循环稳定性等电化学性能更好。     

水热辅助法制备富锂材料Li_(1.2)Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)O_2及性能表征

以LiAc和Li2CO3为锂源,使用水热辅助草酸盐共沉淀法制备出富锂锰基正极材料Li_(1.2)Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)O_2。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗法(EIS)和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。研究表明,以LiAc为锂源制备的材料在20 mA/g、2.0~4.8 V电位区间内比容量最高达265 mAh/g,首圈效率达到79.3%,而使用Li2CO3为锂源制备的材料拥有较好的循环性能,在0.5C和1.0C下经过50圈循环后比容量仍有192和183 mAh/g。     

锂源添加方法对Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2性能的影响

通过共沉淀法制备花朵状前驱体[Mn_(0.675)Co_(0.1625)Ni_(0.1625)]CO_3,用XRD、SEM、X射线能谱(EDS)和电化学性能测试等研究锂源添加方法对材料的影响。在添加锂源过程中加入柠檬酸形成凝胶,没有改变材料的晶型结构,但改变了形貌,可提高容量和循环稳定性。制备的材料在2.0~4.8 V循环,0.1 C首次放电比容量为253.3 m Ah/g,以0.5 C循环100次的容量保持率为85.3%。     

Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的界面电化学行为

对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料首次充放电曲线的分析表明:充电4.5 V处的平台对应于材料结构的转变,活性组分Li2MnO3在4.5 V处释放出氧气的同时脱出Li+,生成较高的容量;在嵌锂过程时,由于氧空缺造成结构的重排,产生不可逆容量损失。循环伏安与电化学阻抗谱测试结果表明:材料结构在4.4 V后发生改变,进行重排;从SEM图可观察到电极材料的表面覆盖有一层厚厚的膜,原因是形成了一层固态钝化物膜;容量微分(dQ/dU)曲线分析结果与循环伏安曲线一致,说明富锂材料在首次循环时遵循氧脱出机理。     

Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2前驱体制备过程中共沉淀工艺参数的优化

在Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2的制备过程中,通过扫描电镜(SEM)对前驱体MCO_3(M=Mn,Ni,Co)颗粒大小及形貌进行了考察,对共沉淀体系的工艺参数优化结果如下:pH值为7.0~8.0,氨水浓度为0.27 mol/L,采用4 m L/min并流加料、磁力搅拌条件下,60℃下反应6 h。     

锂电池富锂材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zr_xO_2(x=0,0.02,0.05,0.10)的电特性研究

富锂材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zr_xO_2(x=0,0.02,0.05,0.1)是采用高温固相法合成,研究中采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)及电化学方法等手段进行了表征。实验结果表明,随着Zr含量增加,材料的晶胞参数发生较大变化,Zr的掺杂抑制了Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2高温合成时Mn3+的产生,有利于锂离子的可逆脱嵌,所合成富锂材料的粒径分布均匀,结晶性较佳。此外,电特性测试结果表明,Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.49Zr0.05O2富锂材料具有较佳的电性能,0.1 C下放电比容量达366 m Ah/g,循环100次后放电比容量保持率为96%。     

Pr掺杂LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及电化学性能

通过固相法制备了掺杂Pr的锂离子电池正极材料Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3](1-x)PrxO2(x=0、0.01、0.02、0.03和0.05)。用XRD、SEM、充放电测试、循环伏安测试等研究Pr掺杂对材料结构及电化学性能的影响。适量的掺杂不会改变材料的晶体类型,还能减轻阳离子混排,稳定层状结构。在0.1 C(20 m A/g)下,x=0.02样品的首次放电比容量为186.9 m Ah/g,在5.0 C下循环100次后,容量保持率高达94.9%。     

非晶硼磷玻璃包覆Li[Li_(0.2)Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2正极材料的研究

采用聚合物热解的方法合成了富锂正极材料Li[Li0.2Co0.13Ni0.13Mn0.54]O2(RLMO),并对其进行硼磷玻璃(BPG)表面包覆。经过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)实验表明,材料颗粒尺寸在100~200 nm范围,其表面明显具有非晶包覆层,且表面包覆不会改变材料的主体结构。在2.0~4.8 V范围内进行恒流充放电测试表明,非晶硼磷玻璃包覆材料(BPG-RLMO)具有更高的首次放电比容量(279.5 m Ah/g,30 m A/g)、高的首次库仑效率(91.3%)和优异的循环稳定性(100次循环后容量保持率为86.4%,30 m A/g)。这些结果表明非晶硼磷玻璃包覆可有效抑制电解液的表面分解和所引起的表面结构破坏,提高了材料的首次库仑效率和循环稳定性,为高性能富锂正极材料的发展提供一种可借鉴途径。     

Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2/BiPO_4的高循环性能

用固相法合成富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2,通过包覆磷酸铋(Bi PO4)对材料进行表面改性,以提高循环稳定性。XRD、SEM及TEM测试结果表明,包覆材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2/Bi PO4的结构与Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2相比没有发生变化,Bi PO4均匀地包覆在材料表面,包覆层厚度约为10 nm。在2.0~4.8 V充放电,当电流为0.1 C时,制备的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2/Bi PO4的首次库仑效率从Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的75%提高到83%,以0.2 C循环100次,放电比容量保持在249 m Ah/g。     

锂离子电池Li_(1.1)Ni_(0.35)Mn_(0.55)O_2正极材料的低温放电效率研究

通过共沉淀结合高温固相法合成Li1.1Ni0.35Mn0.55O2正极材料,在材料组分不变的情况下,通过改善合成条件,研究材料自身低温放电效率的变化,在此基础上,对其进行掺杂Co改性。采用X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)表征Li1.1Ni0.35Mn0.55O2正极材料的微观结构和颗粒形貌。通过电化学性能测试表征材料的低温放电效率。结果表明:在烧结温度900℃,保温时间12 h下的材料阳离子排列有序度最好,低温放电效率为52.67%;同时离子掺杂有利于低温性能的改善,掺杂少量Co有利于提高低温放电效率(64.56%)。     

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。     

富锂正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.4)Fe_(0.4)]O_2的表面包覆改性

用共沉淀法合成了富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2,并对其表面进行AlPO4包覆。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、电化学测试等方法对样品进行表征。结果表明,与Li[Li0.2Mn0.4Fe0.4]O2相比,包覆改性后的Li[Li0.2Mn0.4Fe0.4]O2具有较好的电化学性能,其初始放电容量未明显降低,而循环寿命大大提高,经50次充放电循环后,容量衰减量在10%左右。     

改进共沉淀法合成富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni_(0.2)O_2及性能表征

利用尿素的高温分解制备锰和镍的碳酸盐前驱体,然后通过高温固相法制备富锂Li1.2Mn0.6Ni0.2O2正极材料。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、能量散射光谱(EDS)、电化学交流阻抗频谱(EIS)和充放电测试对样品的物理及电化学性能进行表征和测试。研究结果表明,700℃下制备的样品结晶度较高,形貌规整,表现出良好的电化学性能,20 m A/g充放电电流条件下,首次放电比容量为184.07 m Ah/g。     

Li含量对Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_2性能的影响

采用高温固相法合成Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_2(x=0.35、0.40、0.45和0.50)富锂锰基正极材料,进行XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)分析和电化学性能测试。所得材料具有α-NaFeO_2层状结构,一次颗粒为类球形,平均粒径约为500 nm,最佳x值为0.45。x=0.45的材料于25℃时在2.0~4.8 V充放电,0.05 C首次放电比容量和首次循环的库仑效率分别为227.7 m Ah/g和71.7%,1.00 C最高放电比容量为182.6 m Ah/g。EIS测试表明:材料组装的电池的电荷转移阻抗较低。     

煅烧温度对Li[Li_(0.2)Ni_(0.15)Mn_(0.55)Co_(0.1)]O_2的影响

用溶胶-凝胶法合成锂离子电池用富锂正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.15)Mn_(0.55)Co_(0.1)]O_2,通过XRD、SEM、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电化学性能测试考察煅烧温度对合成材料结构和性能的影响。900℃下制备的材料具有典型的α-Na Fe O2层状结构、较好的晶型结构及良好的电化学性能。在2.0~4.8 V充放电,20℃下的0.10 C首次放电比容量为235.4 m Ah/g,库仑效率为78.5%;依次以0.10 C、0.20 C、0.50 C、0.75 C和1.00 C循环10次,再以0.20 C放电,首次1.00 C放电比容量为149.7 m Ah/g,最后一次0.20 C放电比容量为首次0.10 C放电比容量的85.9%。     

Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2富锂正极材料的制备及性能研究

通过液相法制得了球形Ni(OH)2,再与Mn(NO3)2、CH3COOLi通过固相法制备了富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、粒度分析仪、循环伏安、交流阻抗以及充放电测试对样品的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,合成温度为900℃时,材料结晶度高,阳离子混排程度低,颗粒表面光滑均一;在20 m A/g时,首次放电比容量为174.02 m Ah/g,在60 m A/g的高倍率放电条件下比容量仍可达到80.56m Ah/g。     

高振实密度富锂正极材料Li[Li_(0.133)Ni_(0.300)Mn_(0.567)]O_2的制备和表征

采用羟基共沉淀法与熔盐法相结合的方式制备了具有高振实密度、高容量的锂离子电池正极材料Li[Li0.133Ni0.300-Mn0.567]O2,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和振实密度仪分别对材料的结构、形貌和振实密度进行了分析。XRD结果表明材料属α-NaFeO2型层状结构;SEM结果显示材料平均颗粒尺寸为600 nm,且颗粒之间分散比较均匀,无明显的团聚现象;材料的振实密度为2.1 g/cm3,相对于传统方法所制备的材料有较大提高。电化学测试结果表明材料在2.0~4.6 V电压区间、20~100 mA/g的较大电流密度变化幅度下依然保持着良好的电化学性能,且经过30次循环后容量衰减较小。     

正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的表面包覆改性研究

采用共沉淀结合固相反应方法合成了富锂的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料,并分别以CeO2和AlF3对这种材料进行了表面包覆改性。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜法(TEM)等方法表征材料的结构和形貌。所合成的球形Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料为层状晶体结构。AlF3可以均匀包覆在Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料表面,包覆层厚度约为2 nm。AlF3包覆后富锂材料的电化学性能提升效果优于CeO2。AlF3包覆量为1%时,该富锂三元氧化物正极材料的首次充放电效率、容量保持率及倍率性能得到了显著的提高。EIS分析表明,AlF3包覆可避免富锂三元氧化物正极材料与电解液的直接接触,降低了传荷阻抗,从而有效提高了材料的电化学性能。