离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池

合成了功能化离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIMTFSI)作为高压锂离子电池电解液添加剂,用于抑制有机溶剂的氧化,以提高碳酸酯类电解液的耐高压性。分别采用充放电测试、电化学交流阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)和扫描电子显微镜(SEM)等研究了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li电池的电化学行为和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料表面形貌。结果表明,当在电解液中添加20%(体积分数) BMIMTFSI时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li电池在室温、0.2C下的最高放电比容量是126.81 mA·h·g~(-1),5C下的放电比容量为109.36 mA·h·g~(-1),比在1 mol·L~(-1)LiPF_6-EC/DMC电解液中的放电比容量提高了91.7%;且该电池在0.2C下循环50圈后的放电比容量保持率在95%左右,比用碳酸酯类电解液提高了近10%。SEM结果表明,在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI后,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面(SEI)膜。     

Li2ZrO3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的复合材料及其电化学性能

以Zr（NO₃）₄·5H₂O和CH₃COOLi·2H₂O为原料,采用湿化学法,将Li₂ZrO₃包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池正极材料的表面,研究Li₂ZrO₃不同包覆比例对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li₂ZrO₃层均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%（质量分数） Li₂ZrO₃包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g^-1、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g^-1,其容量保持率达到91.77%,表现出良好的循环稳定性。循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）测试结果表明,Li₂ZrO₃包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应,减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗,从而提高了材料的电化学性能。     

三氟甲磺酸镁电解液添加剂对高压锂离子电池的影响

以三氟甲磺酸镁(MFS)作为高电压双功能电解液添加剂，用于提高Li/LiNi_0.5Mn_1.5O₄(Li/LNMO)电池的性能。采用线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)、充放电和交流阻抗(EIS)进行电化学性能测试，通过SEM、XPS、FTIR对含不同电解液的Li/LNMO电池循环前后的电极表面进行了表征。结果表明，MFS在充放电过程中优先于电解液溶剂氧化分解，在两个电极上形成电解液界面膜，对电极提供保护，抑制了电解液的分解。在MFS添加量(以基础电解液质量为基准，下同)为0.3%的电解液中，Li/LNMO电池在1 C倍率下循环300次后，放电比容量从初始时的135.12 mA·h/g降至123.86 mA·h/g，容量保持率高达91.67%。与电解液中未添加MFS的电池相比，其循环后阻抗明显减小，表现出较好的循环性能。     

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2的制备与改性

采用La掺杂和固态电解质Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO4)₃包覆对LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂进行改性，研究掺杂和包覆对LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂结构与性能的影响。结果表明：适量的La掺杂可以降低LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂材料的离子迁移阻抗，提高Li⁺扩散系数，稳定材料的结构，从而提高材料的放电比容量及循环性能，当La掺杂量为0.1 wt%时，首次放电比容量为180.1 mAh·g^-1，经过100次循环后的容量保持率高达93.34%，远高于未掺杂样品的86.20%。Li_1.3Al_0.3Ti_1....     

硼高效掺杂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其性能提升机制

高键能异质原子的高效掺杂是稳定高电压LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）三元正极材料并提升其电化学性能的有效策略。借助含硼前体在二次颗粒表面富集及随后高温煅烧强化B³⁺体相扩散的策略,构建了硼离子高效掺杂NCM正极材料（NCM-B）。引入B—O键（键能：809 kJ·mol^-1）抑制了电化学反应过程中晶格氧析出,进而稳定材料的氧离子框架;此外,表面残余的高锂离子导体Li₂O-B₂O₃包覆层可以在一定程度上稳定电极-电解液界面。与改性前NCM相比,改性后的NCM-B正极材料在3.0~4.5 V电压区间的可逆比电容量可以达到193.7 mA·h·g^-1,在10 C大功率下,比电容量仍保持120 mA·h·g^-1（NCM仅为78.2 mA·h·g^-1）。1 C下连续循环100圈后,比电容量保持率从73%提升到90%。表面富集和扩散强化的思想也有望实现其他正极材料的高效掺杂。     

尖晶石型三元高电压正极材料的合成及其性能

LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）是一种有前景的下一代高能密度锂离子电池正极材料,但其中的锰离子溶解严重、容量衰减严重,阻碍了其应用。本工作通过水热-煅烧合成了LiNi_0.4Co_0.1Mn_1.5O₄（LNCMO）三元尖晶石型高电压复合材料,探究了煅烧温度和升温速率等制备条件对样品形貌和结构的影响。本文合成的LNCMO样品微观形貌呈类菱形结构,物相纯净,比表面积为3.72m²/g,平均孔径为11.60nm,放电电压接近4.75V,在20mA/g下初始放电比容量达143.90mAh/g,和LNCMO的理论比容量（146.71mAh/g）的比值达98%。根据XRD和XPS等表征分析可知,复合材料中的Mn⁴⁺比例较大,Mn³⁺较少,且合适的煅烧温度和升温速率避免了Li _x Ni_1-x O杂质相的生成,因此本文制备的材料相比LNMO材料结构稳定性增强,电荷转移阻力低,电性能尤其是比容量大幅提升。本文还对比了循环前后的样品,发现其物相基本一致,但高电流密度下形貌结构坍塌严重,影响了循环稳定性。本研究提供了一种有效制备三元高电压材料的策略。     

界面化学对镍锰酸锂正极材料电化学性能影响的研究现状及分析

尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料因理论比容量和理论比能量高、工作电压高、资源丰富且价格低廉等优点而备受关注,但该材料因为高电压下电解液的分解及界面副反应导致循环性能和倍率性能不佳,制约着材料的推广应用。结合近几年的研究报道,介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的结构及脱嵌机制、表/界面化学、改性方法,着重介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的表面性质及不同组分之间的界面反应机制及对正极材料电化学性能的影响,指出LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的晶面取向、颗粒形貌、表面元素分布、包覆及离子掺杂是改善镍锰酸锂材料电化学性能的有效途径。同时,通过溶剂替代、成膜添加剂的添加、改变锂盐的种类及浓度等方式,开发与之匹配的耐高压电解液也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后,对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料表面改性和电解液界面构筑方面进行了总结和展望,旨在为提升该材料性能的相关研究提供参考。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂（x=0,0.04,0.08,0.12）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱（EIS）对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明：制备出的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%（即x=0.08）时,得到的正极材料Li_1.2Ni_0.16Mn_0.56Cr_0.08O₂具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^-1增加到246.6 mA·h·g^-1,在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^-1增加到104.2 mA·h·g^-1。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

K+掺杂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的制备及电化学性能研究

锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂具有放电比容量大、热稳定性好、成本低、安全性能好等优点,但其倍率性能有待进一步提升。本文采用水热法制备了K⁺掺杂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料LNCM-xK。通过X射线衍射谱、场发射扫描电镜和X射线光电子能谱表征LNCM-xK的形貌和结构,通过电化学工作站和蓝电测试系统测试其电化学性能。结果表明:K⁺掺杂能有效降低阳离子混排程度,改善LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的电化学性能,其中当x=0.125时K⁺掺杂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂样品(LNCM-0.125K)阳离子混排程度最低;LNCM-0.125K样品电化学性能最佳,0.2 C下50次循环后容量保持率为96.15%;在不同电流密度(0.2 C,0.5 C,1 C,2 C,5 C)下进行倍率性能测试,连续充放电30次后LNCM-0.125K样品容量保持率为97.00%。     

基于分级共沉淀法制备锂离子电池LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料

通过分级共沉淀（分级进料）方法,结合高温热处理合成了金属元素（Ni,Mn）浓度从中心到表面呈梯度分布（中心富Ni,表面富Mn）的球形三元正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂。利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、能谱仪（EDS）和电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）等表征了所制备材料的成分、形貌和元素分布。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与传统的一级共沉淀方法相比,分级共沉淀所制备材料展现出更高的倍率性能（20 C放电比容量为104.1 mAh·g^-1）、循环保持率（0.5 C循环200次容量保持率为95.8%）和快速充放电性能（20 C/20 C放电比容量为85.4 mAh·g^-1）。这种分级进料制备技术可以有效提高共沉淀法制备锂离子电池三元正极材料的电化学性能。     

Facile synthesis of spinel LiNi0.5Mn1.5O4 as 5.0 V-class high-voltage cathode materials for Li-ion batteries

LiNi_0.5Mn_1.5O₄ and LiMn₂O₄ with novel spinel morphology were synthesized by a hydrothermal and post-calcination process. The synthesized LiMn₂O₄ particles (5-10 μm) are uniform hexahedron, while the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ has spindle-like morphology with the long axis 10-15 μm, short axis 5-8 μm. Both LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ show high capacity when used as cathode materials for Li-ion batteries. In the voltage range of 2.5-5.5 V at room temperature, the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ has a high discharge capacity of 135.04 mA·h·g^-1 at 20 mA·g^-1, which is close to 147 mA·h·g^-1 (theoretical capacity of LiNi_0.5Mn_1.5O₄). The discharge capacity of LiMn₂O₄ is 131.08 mA·h·g^-1 at 20 mA·g^-1. Moreover, the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ shows a higher capacity retention (76%) compared to that of LiMn₂O₄ (61%) after 50 cycles. The morphology and structure of LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ are well kept even after cycling as demonstrated by SEM and XRD on cycled LiMn₂O₄ and LiNi_0.5Mn_1.5O₄ electrodes.     

镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,对高能量密度动力电池的需求日益迫切。开发高电压正极材料及其适配性电解液,成为下一代高能量密度动力电池的主要研究方向。镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）材料以其高电压（4.7 V,vs.Li/Li ⁺）、高能量密度（达650 W·h/kg）、资源丰富且价格低廉而受到广泛关注。然而,镍锰酸锂材料在长期的充放电循环过程中,锰从电极材料中溶解,破坏了电极材料的结构,导致电池性能恶化。介绍了镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展。指出离子掺杂、表面包覆、复合方法是改善镍锰酸锂电化学性能的有效途径。同时,通过引入成膜添加剂、改变锂盐的种类及浓度、调整主溶剂的种类及比例等方法,可以提高电解液的耐高压性能,提高镍锰酸锂电极与电解液的界面稳定性,也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后提出,适用于锂离子电池的5 V高电压电解液的研发相对滞后,其是制约高电压电池体系应用的主要问题。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

Li2MnO3复合LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料制备及电化学性能研究

通过采用共沉淀法制备了Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,利用固相法研磨混合碳酸锰和碳酸锂,在氧气氛围下煅烧制备得到了Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料,通过利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）表征了所制备材料的结构、成分和形貌等。通过恒流充放电、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与未改性材料进行对比,3%（质量分数）Li₂MnO₃复合改性材料0.5C下首次放电容量为183 mA·h/g,经过120次充放电循环,容量保持率为93.9%;同时,在高倍率下复合改性材料放电容量也得到提高。因此,采用固相法煅烧复合Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,可以制备出电化学性能优异的正极材料。     

Li3PO4掺杂的Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2锂离子电池正极材料的流变相法合成及电化学性能表征

采用氢氧化物共沉淀法制备了锂离子电池正极材料前驱体(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)(OH)₂,并用流变相反应法合成了Li₃PO₄掺杂的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂锂离子电池正极材料。运用X射线粉末衍射和恒电流充放电对产物进行了结构和电化学性能的表征,结果表明Li₃PO₄掺杂的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂具有标准的层状α-NaFeO₂结构,样品为1 μm左右的片状一次颗粒聚集而成的类球形二次颗粒。掺杂1%(质量分数)Li₃PO₄的Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂锂离子电池在0.1C的倍率下首次放电比容量达到188.6 mA·h·g^-1(2.2～4.6 V vs Li⁺/Li),30次循环后容量保持率为 92.9%。循环伏安、交流阻抗测试表明Li₃PO₄的掺杂可减少充放电过程中电解液和电极之间的电荷传递电阻和锂离子扩散电阻,减小极化作用,从而提升了Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂材料的电化学性能。