特殊结构前驱体对锂电池三元正极材料性能的提升北大核心CSCD

前驱体制备过程中通过控制不同的反应条件可以得到形貌各异的材料,而其中氨值对于前驱体的微观形貌影响颇大。本文在不同氨值条件下制备得到形貌各异的高镍三元前驱体材料,发现低氨值条件下制备得到的前驱体表面晶须细致,内部结构密实且外部呈树杈状结构。这种条件下制备得到的前驱体材料经烧结后,一次颗粒仍呈放射状生长,且颗粒更为细长。该材料制成扣式电池后,0.2 C放电条件下比容量可达210.3 mA·h/g,首次充放电效率可达93.05%,且倍率及循环性能优异。与市面所售相同配比产品相比,放电容量提升3%。该形貌控制方法为高比容量三元正极材料的规模化制备提供了一种新思路。     

Research progress in blending modification cathode materials for lithium ion batteries

本文简述了国内外锂离子电池正极材料共混改性的研究进展。正极材料是锂离子电池重要组成部分，是决定锂离子电池能量密度和成本的关键因素。共混改性具有制备工艺简单、材料性能一致性容易控制、综合成本较低等优点，在钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料电池制造中得到应用。国内外通过对正极材料共混改性机理研究，发现共混改性是材料改善电化学性能、降低成本、提升安全性能的有效途径，并有望发展成为依据材料特性指导锂离子电池高性能电极设计的重要方法。同时在正极材料共混改性方面亟需加强共混材料物性匹配、充放电机制选取、共混工艺研究，该方法也为高镍、富锂锰基等新一代正极材料工业化应用提供了工艺参考。     

Applications of carbon nanotubes in the lithium-ion batteries

碳纳米管因具有优异的电导率、热导率、力学性能以及独特的结构形貌,被用于改进锂离子电池性能。该文总结了近年来碳纳米管作为锂离子电池的添加剂、电极材料复合基体以及集流体的最新研究进展,重点介绍了最新的碳纳米管作为电极材料添加剂的使用方法、碳纳米管与电极材料的不同复合方法及其对锂离子电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响。同时指出了碳纳米管在锂离子电池中大规模应用时需要克服的问题,如降低碳纳米管的制备成本、开发适用于工业生产的复合技术、改善碳纳米管的分散性能等。     

Research progress on cathode materials for high energy density lithium ion batteries

便携式电子设备的微型化、轻量化与电动汽车、电网储能设备的飞速发展,对高能量密度的锂离子电池的研发和性能表现提出了越来越高的要求。锂离子电池正极材料是锂离子电池的核心,其提供锂离子并参与电化学反应,因此改善正极材料性能是提高锂离子电池能量密度的关键。人们需要进一步研究开发成本较低、安全性更好的高能量密度新型锂离子电池正极材料。本文主要从提升正极材料的比容量和工作电压两方面介绍三元、富锂锰基材料和高电位镍锰酸锂等高比能量正极材料的介尺度结构设计、制备与性能调控研发进展。     

储能锂离子电池关键材料研究进展

在现有商品化二次电池中,锂离子电池的比能量最高、循环性能最好,而且因其电极材料选择的多样性,作为储能电池具有广阔的应用前景。锂离子电池发展面临一些问题：比能量、比功率和循环寿命有待提升,安全性还没有可靠保证,制造成本过高,等等。针对这些问题,人们从电池材料选择、电池结构设计、电池制备装配与工艺、电池管理系统等方面探索解决方案。本文结合作者所在研究团队开展的工作,介绍锂离子电池关键材料（正极、负极和电解质）的研究进展。     

全固态薄膜锂电池研究进展

同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池（TFB）的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传统的锂离子电池不同,TFB的主要制备方法是物理成膜形成致密正极、电解质和负极薄膜,各层薄膜采用原位叠加方式形成。本文总结了近十年来TFB的研究工作,力图囊括全固态薄膜电池的完整制备过程以及各制备环节的技术进展和存在的科学技术问题。本文首先分述了固态电解质薄膜、正极薄膜、负极薄膜等三个主要构成部分的研究进展和关键问题,在此基础上,归纳了电极/电解质界面的设计、制备以及TFB制备过程及其关键问题和技术的研究进展,最后还介绍了基底、集流体、封装三个辅助部分的制备过程以及最近报道的新型特殊结构TFB。     

聚焦离子束显微镜技术在锂离子电池领域的研究进展北大核心CSCD

电极材料作为锂离子电池的关键结构组成部分,其结构稳定性直接决定着锂离子电池的电化学性能。由于电极材料具有对空气、水分敏感,不耐电子束辐照等特性,且在充放电过程中,电极本身及其所处化学环境不断变化,表征其微观组织形貌和结构具有挑战性。聚焦离子束-扫描电子显微镜作为重要的微纳米尺度精细加工设备,是制备透射样品的重要手段,已广泛应用于半导体、生物等领域。本文通过对近年来相关文献的探讨,综述了聚焦离子束基于锂离子电池领域的解决方案,着重阐述了聚焦离子束在三维重构、冷冻加工、构建单颗粒电池方面的最新进展,采用三维重构技术可以获取电极材料中的孔隙网络、多相结构、体积变化等三维特征信息,进行定量评估,建立微观结构模型对电池性能进行预测。基于冷冻加工技术,将液态电解质、Li金属等束流敏感材料冷冻,保持其原始形貌和化学性质,可以有效表征Li金属阳极以及固液界面的本征信息。构建单颗粒微型电池可以实现原位观察单粒子循环过程中的微观结构演化,避免黏结剂、导电添加物等对材料本征性能的影响,确定电极材料的内在特性。本文详细介绍了聚焦离子束在这3个方面的加工过程,并分析加工过程中存在的不足,提出目前面临的主要挑战。本文从锂离子电池材料特性和聚焦离子束实验方法出发,为该领域科研人员提供便利。     

Fundamental scientific aspects of lithium batteries (VII)--Positive electrode materials

提高锂离子电池正极材料的综合性能以满足其对能量存储日益提高的要求,一直是锂离子电池领域最重要的研究方向.目前的正极材料主要基于层状结构,尖晶石结构以及橄榄石结构,采用这些材料的锂离子电池可以基本满足消费电子,电动车辆,规模储能等要求.本文小结了目前广泛使用的锂离子电池正极材料的性能特点,讨论了当前正极材料的研究和发展状况.     

高性能锂离子电池电极材料研究

锂离子电池具有电压高、比能量高、自放电率低、循环性能好等优点,正成为化学电源研究领域的热点。综述锂离子电池的原理和结构,分析高性能锂离子电池正极材料和负极材料的研究特点,并对锂离子电池的研究方向进行了展望。     

超临界水热结合固相煅烧法制备LiMn_2O_4正极材料

利用超临界水热结合后续煅烧处理的方法制备了锂离子电池正极材料LiMn2O4,并详细讨论了超临界水热反应过程中反应压力、反应温度和后续处理煅烧温度对LiMn2O4材料晶型、颗粒形貌和电化学性能的影响。实验结果表明,LiMn2O4材料在400℃、30 MPa下反应15 min,后续经过700℃煅烧3 h得到的样品具有结晶度良好、颗粒分布均匀等优点。LiMn2O4材料制备的扣式电池表现出优异的电化学性能,0.1 C倍率下初始放电比容量为125 m A·h/g;1 C下循环50周同样表现出良好的电化学性能。     

Research progress of high rate Li-ion battery materials

电动汽车行业迅速发展,高倍率的锂离子电池是其关键,因此需要不断开发适用高倍率充放电的电池材料。本文简要综述了高倍率锂离子电池正极材料、负极材料、隔膜和电解液方面的研究进展,并对高倍率锂离子电池材料发展进行了展望。     

Preparation of spinel LiMn2O4 by supercritical hydrothermal method with heat-treatment

利用超临界水热结合后续煅烧处理的方法制备了锂离子电池正极材料LiMn₂O₄,并详细讨论了超临界水热反应过程中反应压力、反应温度和后续处理煅烧温度对LiMn₂O₄材料晶型、颗粒形貌和电化学性能的影响。实验结果表明,LiMn₂O₄材料在400 ℃、30 MPa下反应15 min,后续经过700 ℃煅烧3 h得到的样品具有结晶度良好、颗粒分布均匀等优点。LiMn₂O₄材料制备的扣式电池表现出优异的电化学性能,0.1 C倍率下初始放电比容量为125 mA·h/g;1 C下循环50周同样表现出良好的电化学性能。     

钴铝双金属氧化物的制备及其储锂性能的研究

以水滑石为前驱体,采用微波辅助合成法,制备复合水滑石前驱体材料（CoAl-LDHs）,该前驱体是由超薄纳米片组成。经焙烧处理后,得到多孔纳米花球状Co₃O₄/Al₂O₃复合材料。研究结果表明,电极在0.2 A/g的电流密度下,经过100次循环之后仍能表现较好的稳定性且倍率性能良好,在为光伏电站配置锂离子电池储能系统的材料选择上提供可能。     

Review of doping and surface coating of cathode materials for lithium ion batteries

随着国家政策对电动汽车的支持力度不断加大,锂离子电池的电化学性能瓶颈愈发凸显。本文综述了锂离子电池正极材料钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及三元材料在掺杂和表面包覆两种工艺对电池电化学方面的影响,并展望了掺杂和表面包覆两种工艺未来的研究方向。     

Progress in magnetic resonance research of important cathode materials in lithium ion batteries

锂离子电池得到了快速发展，并改变了我们的生活。锂离子电池正极材料的研究是提高电池性能的关键；而理解正极材料的性能与结构之间的关系、阐释正极材料的电化学反应机理（尤其是性能衰减与失效机理）有助于提高材料的能量密度和功率密度。磁共振技术（含核磁共振和顺磁共振）在过去三十多年的研究中不断进步，逐渐成为研究正极材料构效关系的关键技术之一。本文总结了几个重要的已经商业化的正极材料（LiCoO₂、NCA、NMC和LiFePO₄）的磁共振研究进展，展示了核磁共振、顺磁共振在正极材料构效关系研究中的重要作用；尤其值得一提的是原位技术的发展在电化学反应机理中逐渐显示出其重要性。本文有助于了解磁共振技术在电池材料研究中的重要价值，并进一步推动磁共振技术的发展。     

Progress in the modification of lithium-rich manganese-based layered cathode material

纯电动汽车以及混合动力汽车的快速发展使得研发高能量密度的锂离子电池正极材料迫在眉睫。层状富锂锰基正极材料比容量可达250 mA·h/g,平均放电电压高于3.5 V,电化学特征明显优于钴酸锂和磷酸铁锂等传统的正极材料,是实现300 W·h/kg动力锂离子电池极具潜力的正极材料。不过,此类材料循环性能不佳,并伴随严重的电压衰退现象,主要原因是随着循环的进行材料表面结构重组,晶体结构发生了由层状结构向尖晶石结构的不可逆转化,导致锂离子迁移阻力增大,进而严重影响其电化学性能。为解决这些问题,近年来研究人员开展了大量工作,本文主要从体相掺杂、表面包覆、材料微观结构设计以及晶面调控4个方面详细评述了锂离子电池富锂锰基正极材料改性技术的研究进展。     

Synthesis of LiNi0.8Co0.2O2 cathode material through sintering in an air environment and electrochemical properties characterization

制备锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.2O₂通常需要在纯氧气气氛下进行烧结.本工作以硫酸镍,硫酸钴和氢氧化钠为原料,采用并流共沉淀法制备了高密度Ni_0.8Co_0.2(OH)₂前驱体,再采用高温固相反应法在空气中烧结制备了锂离子电池LiNi_0.8Co_0.2O₂正极材料.采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒流充放电测试(ECT),循环伏安(CV)与比表面积(BET)测试等方法对目标样品进行了表征,详细考察了烧结条件对材料结构,微观形貌及电化学性能的影响.结果表明,锂/(钴+镍)摩尔比为1.13∶1时,在管式炉中和空气气氛下于第一段烧结温度700 ℃保温9 h,于第二段烧结温度750 ℃保温12 h,合成的材料比表面积适中(0.78 m²/g),具有规则的六边形α-NaFeO₂层状结构,晶粒分布均匀,电化学性能最优.在0.5 C充放电倍率下和2.7~4.3 V电压范围内,其首次放电比容量达到153.0 mA·h/g,循环20次后放电比容量仍为150.7 mA·h/g,容量保持率达到98.5%,显示了优异的循环稳定性能,可用做高能量密度动力电池正极材料.     

快速充电锂离子电池研究进展

电池产业发展的重要方向之一是提高锂离子电池快速充电能力。然而,快速充电电池经常遭受容量和功率性能衰减。快充电池开发涉及多尺度问题,因此要从原子层面到电池水平进行充分考虑。从现有的文献资料出发,概括总结了开发具有快充性能电池的一些关键要素。这些要素包括提高正极材料锂离子迁移速度、加快锂离子嵌入负极材料的速度、提高电解液离子导电性、选择快充型隔膜、提高电极离子和电子导电性以及充电策略的选择。     

LiFePO4正极水性粘结剂的研究进展

磷酸铁锂（LiFePO4）具有安全性好、价格低廉以及环境友好等优点,是当前锂离子动力电池的主流正极材料。粘结剂是锂离子电池电极的重要非活性成分,其性能直接影响电池的电化学性能。本文综述了近年来不同水性粘结剂在LiFePO4正极材料中的研究进展,指出了现阶段存在的问题,并对水性粘结剂的应用前景进行了展望。     

Technology progress of cathode materials for lithium ion batteries

本文针对商业化锂离子电池正极材料,介绍了钴酸锂、镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂等正极材料的优缺点、市场现状,以及我国正极材料的技术和产业现状。对行业存在的共性问题,如产品品质差,技术实力不足进行了分析。展望了产业未来发展趋势,并提出了增加技术投入、加强产学研协同和高端装备应用等建议。