磁控溅射制备免退火钴酸锂正极薄膜的研究

采用射频磁控溅射法制备钴酸锂正极薄膜,通过对溅射功率的研究,制备出不需要进行退火处理仍具有60μAh/(cm2·μm)的比容量的正极薄膜.采用×射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对钴酸锂薄膜的结构和形貌进行了研究,并分析了其对钴酸锂薄膜正极性能的影响.结果表明不同功率制备的钴酸锂薄膜具有不同的结晶取向和结晶度,其对正极薄膜的性能有具有决定性的影响,适合的功率下制备的钴酸锂薄膜在不退火处理的情况下仍具有较高的容量和较好的循环性能.同时研究了采用磁控溅射的铝薄膜作为集流体,代替铂或金等贵金属薄膜集流体,大幅减低了薄膜电池正极的制备成本.     

乙二醇双(丙腈)醚对高电压锂离子电池的影响

用线性扫描伏安(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)研究乙二醇双(丙腈)醚(DENE)作为锂离子电池电解液添加剂的电化学行为;对电极表面形貌和元素进行SEM和X射线能谱(EDS)分析;对钴酸锂(LiCoO_2)正极进行XRD分析;考察DENE对4.45 V高电压LiCoO_2锂离子电池的影响。DENE能在高温环境下抑制正极过渡金属溶出、保护负极固体电解质相界面膜,电池60℃存储30 d的厚度膨胀率从76.8%下降到12.3%,以0.50 C在55℃下循环(3.00~4.45 V)200次,容量保持率从58.5%提高到86.3%。     

铝掺杂正极材料Li(Ni0.5Mn0.5)1-xAlxO2的结构和性能

采用一步固相法制备了正极材料Li(Ni0.5Mn0.5)1-xAlxO2,研究了掺杂Al3 对材料结构和电化学性能的影响.X射线衍射分析(XRD)图表明当x≥0.1时样品中有杂质出现.扫描电子显微镜(SEM)分析表明,各样品粒径分布均匀,x=0.02时样品平均粒径小于150 nm.掺杂少量Al3 能有效提高材料的放电比容量.随着掺杂量的增大,材料的循环性能得到改善.     

废钴酸锂及磷酸铁锂正极材料联合浸出研究

针对废锂离子电池正极材料浸出方法试剂消耗量大的问题,利用废钴酸锂、磷酸铁锂正极材料在酸性条件下发生的氧化还原反应联合浸出钴、锂,从而大幅减少双氧水试剂的消耗。通过条件实验得到了优化的钴酸锂、磷酸铁锂联合浸出方案:反应温度为60℃,按铁钴摩尔比(Fe/Co)1.1:1进行混料,硫酸、双氧水用量分别为反应当量1.05和1.1倍。反应完成后,钴、锂的浸出率分别为96.21%、96.65%,浸出液中钴、锂的浓度分别为64.41、17.23 g/L,铁、磷杂质含量降至0.02 g/L以内;通过成分分析结果可知,浸出渣主要成分为FePO_4·2 H_2O与碳粉的混合物,其中钴、锂的残留量降至0.2%(质量分数)以内。采用磷酸铁锂与钴酸锂进行联合浸出的方案与采用双氧水分别浸出两种材料的方案相比,每处理1t混合料可节约815 kg双氧水(分析纯,质量分数30%),且可将钴、锂浸出率提升3%～5%。     

己二腈对高电压锂离子电池性能的影响

用线性扫描伏安(LSV)和交流阻抗谱研究己二腈(ADN)用作电解液添加剂的电化学行为,用X射线能谱(EDS)对电池正负极表面进行元素分析,考察己二腈作为电解液添加剂对以钴酸锂为正极的4.4 V锂离子电池性能的影响。含0.5%己二腈电解液能在正极表面形成腈键参与的吸附结构,并使4.4 V电池的高温存储厚度膨胀率从86.6%下降到13.1%。     

从废旧锂离子蓄电池中回收钴

对锂离子蓄电池正极材料钴酸锂的高需求及其高价格,推动了钴的湿法回收工艺的进步。优化了从废旧锂离子蓄电池中回收钴的湿法过程,根据铝钴膜废料的性质确定了回收流程:利用特殊有机溶剂溶解聚偏氟乙烯(PVDF),然后浸出滤渣,萃取浸出液并电解回收钴,得到完整、光亮、致密、表面形貌好的钴沉积物,含量为99.5%。     

LiDFOB对LiCoO_2锂离子电池循环稳定性的影响

采用线性伏安扫描(LSV)、SEM、X射线光电子能谱(XPS)、恒流充放电等方法,研究二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)作为电解液添加剂对钴酸锂(LiCoO_2)正极锂离子电池循环稳定性的影响。在3.0~7.0 V,首次到第4次扫描时,添加LiDFOB的电解液,氧化电流逐渐减小;LiDFOB可在LiCoO_2电极表面形成含有LiF、O-B化合物的保护膜;含3%LiDFOB的电解液可抑制隔膜在常温及高温循环过程中的氧化;使用含1%、3%LiDFOB电解液的LiCoO_2/石墨全电池,循环500次的容量保持率分别为80.88%、86.62%,高于空白组的74.75%。LiDFOB提高电池循环稳定性的原因是:使铝集流体钝化,降低了电解液的氧化分解电流;在正极表面形成保护膜,抑制电解液/电极界面的副反应;对隔膜具有抗氧化保护作用。     

Li2MgSiO4包覆LiCoO2正极材料的高电压性能

采用溶胶-凝胶法制备快离子导体硅酸镁锂(Li2MgSiO4)包覆的钴酸锂(LiCoO2)正极材料,利用XRD、SEM和能量散射谱(EDS)等分析样品的晶体结构、形貌和元素组成.Li2MgSiO4包覆未破坏LiCoO2的层状结构,且包覆层分布均匀,使电化学性能得到提升.在2.75～4.55 V充放电,包覆材料的0.10 C比容量为206.3 mAh/g;0.50 C循环50次的容量保持率为82.8％,高于未包覆材料的34.8％;4.00 C放电比容量可达0.10 C时的64％.     

废旧锂离子蓄电池正极材料回收研究

从废旧锂离子蓄电池中回收钴酸锂有两种方法,即直接回收钴酸锂,以及先回收钴和锂然后再合成得到钴酸锂。比较了这两种方法所得产品的电化学性能。通过热重-差热分析曲线确定保温温度和时间,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、嵌入-脱嵌循环曲线、循环容量曲线和效率-循环次数曲线进行分析,发现后一方法回收的钴酸锂样品循环性能良好,在0.1C和0.5C放电条件下首次放电比容量分别为130.3mAh·g-1和113.9mAh·g-1;当循环10次以后充放电比容量基本稳定在123mAh·g-1和112mAh·g-1;循环20次之后,放电比容量仍有122.85mAh·g-1和111.80mAh·g-1。     

不同导电剂体系对LiFePO_4锂离子电池性能的影响

研究了不同导电剂体系(Super P、VGCF)的LiFePO_4锂离子电池的性能。利用SEM及充放电方法对极片表面形貌和电池的电化学性能进行了表征和测试。SEM测试表明,VGCF分散性能良好,在正极片中形成良好的三维导电网络结构。极片面电阻测试表明,添加VGCF后正极片面电阻明显降低。电性能测试表明,添加VGCF的电池性能明显优于SP作导电剂的电池,大倍率放电性能改善明显,常温1 C/2 C循环700次容量保持率分别为99.40%和94.86%。     

放电倍率对锂离子蓄电池循环性能的影响

通过对常温不同放电倍率的18650型锂离子蓄电池循环性能的测试表明,2C高倍率循环的锂离子蓄电池,300次容量衰减率为18.8%,而1C和0.5C放电倍率循环的电池容量衰减率分别为14.2%和10.5%。高倍率循环的Li-CoO2/石墨系锂离子蓄电池容量衰减严重。X射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)、扫描电子显微镜法(SEM)分析表明,循环后的正极材料结构有明显的改变,负极表面膜增厚,导致Li 数量的减少及扩散通道阻塞,是引起锂离子蓄电池容量衰减的基本原因。     

锂电池失效及材料界面能降低究因

通过参比电极检测钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))电池正负极充电时的电位变化,判定Li_4Ti_5O_(12)电池在55℃高温失效后的限容电极,并采用电子显微镜扫描(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman散射方法对限容电极失效原因进行分析。参比电极实验结果表明电池失效后的限容电极均为LiCoO_2正极。对比电池失效前后LiCoO_2正极的SEM图谱、XRD图谱和Raman图谱发现,化成LiCoO_2正极的晶粒出现裂纹和破裂,LiCoO_2表面已不具有层状结构,极片的嵌脱锂动力学受到影响。     

无人机用高电压钴酸锂的制备及性能

用机械球磨-高温煅烧法制备钴酸锂(LiCoO_2),然后进行磷酸铝(AlPO_4)包覆。XRD、SEM和电化学性能测试结果表明:制备的LiCoO_2为二次颗粒结构,表面有均匀的AlPO_4包覆层。在3.00~4.50 V以1.0 C充电、2.0 C放电,包覆AlPO_4材料第50次循环的放电比容量由未包覆材料的137.0 mAh/g上升到166.6 mAh/g。包覆处理可提升正极的热稳定性和高电压高温持续充电的时间,从而提高电池的高温安全性能。     

LiCoO2表面原位包覆AlPO4及性能研究

采用AlPO4对LiCoO2进行了表面原位包覆,并通过扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜法(TEM)、X射线衍射光谱法(XRD)及电化学性能测试等分析手段比较了未包覆和包覆后材料的性能.结果表明AlPO4包覆层均匀,厚度为20 nm左右;包覆后LiCoO2的循环性能得到显著改善.     

LiCoO2掺杂Na合成Li1-xNaxCoO2的研究

采用XRD、XPS、IR、ICP-AES、循环伏安、恒电流充放电等方法对LiCoO2掺杂Na高温固相化学反应合成的Li1-xNaxCoO2材料的结构及电化学性能进行了系统研究。结果表明,当掺杂Na的量x>0.05后,Li/Li1-xNaxCoO2电池的充、放电容量较Li/LiCoO2的明显下降。随x从0.0增至0.3时,Li/Li1-xNaxCoO2电池以0.5mA/cm2充电容量由146.3mAh/g下降至130.0mAh/g,放电容量则由110.6mAh/g下降至80.0mAh/g,但工作电压平台均为3.6V。XRD结果显示,随x的增大,Li1-xNaxCoO2的六方晶胞参数a没有统计学上的差异,而晶胞参数c则逐渐减小。但当x>0.25后,其中有NaCoO2产生。相同x的Li1-xNaxCoO2充电后的六方晶胞参数c比未充电的有所增大,而晶胞参数a则略微缩小。但是当x>0.25后,出现3个NaCoO2的特征衍射峰。然而,以0.5mA/cm2充电至4.4V后,Li1-xNaxCoO2的六方晶胞参数c均增大,a略减小。XPS结果表明,随x增大,Li1s的电子结合能有增大趋势,但O1s和Na1s及Co2p3/2和Co2p1/2电子结合能变化很小。与LiCoO2相比,Li1-xNaxCoO2的循环伏安并没有新的氧化还原峰产生。     

过充电对 MCMB-LiCoO2电池性能的影响

组装了以中间相炭微球（MCMB）为负极、LiCoO2为正极、金属锂为参比电极的从型三电极锂离子蓄电池,通过对三电极电池在过充电时、过充电前后的性能测试,及正负极对锂参比电极的电位测试,并结合XRD和SEM实验,研究了过充电对MCMB-LiCoO2锂离子蓄电池的性能影响。结果表明：当电池过充电至4,8V时,电池表现出较高的充放电容量,但容量衰减较快,循环稳定性较差,且电池在放电初期时的放电曲线呈凸弧形。过充电导致的正极材料LiCoO2相结构的变化、正负电极表面钝化膜的增长变厚,以及正极集流体铝箔的氧化腐蚀,是电池性能迅速恶化的主要原因。     

大颗粒钴酸锂分层现象研究

在大颗粒钴酸锂研发中试过程中发现,物料高温过程存在分层现象,表现在上、中、下层物料在微观形貌、粒度以及晶体结构方面不一致.SEM、XRD图谱和碳酸锂含量测试等研究显示:上层颗粒球形度高,但是出现Li、Co混排现象；中层是正常的颗粒；下层颗粒很小,残余碳酸锂含量几乎为零,并且出现少量的Co3O4.认为造成这种现象的原因是...     

锂离子蓄电池LiCoO2正极材料的过充电行为

研究了不同充电终止电压(分别为4.3、4.5、4.8、5.0 V)的充放电循环和不同倍率充电对钴酸锂电极性能的影响.结果表明:电池充电终止电压越高,电量转换效率越低,电极活性衰减越严重,用扫描电子显微镜法(SEM)与X射线衍射光谱法(XRD)分析说明电池性能衰退是由于LiCoO2结构变形,颗粒粉化团聚且形成惰性物质Co3O4造成的.同时,在充电终止电压为4.8 V的条件下,1.5 C充放电循环后,电池0.2 C的充放电性能下降严重.     

聚合物锂离子电池正极研究

采用高温固相合成法制备了LiCoO2 ,利用XRD和激光粒度分析仪进行了表征。以自制的LiCoO2 为正极活性物质 ,对聚合物锂离子电池正极的制备工艺进行研究 ,并装配了聚合物锂离子电池 ,其首次充放电的库仑效率在 80 %以上。     

LiCoO2改性LiMn2-xCrxO4的结构与性能

采用溶胶-凝胶法合成了LiCoO2包覆改性的尖晶石型LiMn2-xCrxO4(x=0,0.05,0.1)正极材料.XRD表征改性材料均具有良好的尖晶石型结构;扫描电子显微镜(SEM)显示改性样品具有更好的颗粒分散度和表面形貌;充放电表明改性样品的循环性能均具有不同程度的提高,其中样品5%LiCoO2-LiMn1.95Cr0.05O4与未改性或仅掺杂Cr的材料相比较,更好地抑制了可逆容量在循环充放电中的衰减,50次循环充放电容量(122.3～112.4 mAh/g)仍保持在91.9%以上.循环伏安和电化学阻抗测试也表明该材料具有良好的充放电可逆性和较小的阻抗.