F~-掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能研究

为改善LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的倍率性能和循环性能,采用二步固相法制备了F-掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.05,0.1,015,0.2)正极材料,讨论了不同F掺杂量对材料性能的影响。X射线衍射、扫描电镜结果表明,掺杂和未掺杂的正极材料都为单一的尖晶石结构,粒度分布均匀。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明:当F的掺杂量为x=0.1时(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(3.9)F_(0.1))正极材料的性能最好,0.1,0.5,1,2及5C倍率的首次放电比容量依次为129.07,123.59,118.49,114.49和92.57 mAh/g。1C倍率下循环30次,容量保持率仍为98.84%。     

循环性能改善的La改性锂离子电池材料LiNi_(0.8-x)Co_(0.1)Mn_(0.1)La_xO_2（英文）

结合共沉淀法和高温固相法合成了一系列La掺杂的层状氧化物正极材料LiNi_(0.8-x)Co_(0.1)Mn_(0.1)La_xO_2(x=0,0.01,0.03),研究La对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的影响。通过XRD数据观察到了La_2Li_(0.5)Co_(0.5)O_4 相的生成,通过Rietveld精修软件计算了第二相的含量。电化学性能测试结果表明La掺杂之后材料的循环稳定性从74.3%上升到95.2%,而首次比容量从202 mA·h/g降低到了192 mA·h/g,循环稳定性的提高可以归因于新相的产生一方面消耗了材料中的杂质,另一方面粘附在颗粒表面保护材料不受电解液的腐蚀。CV测试结果表明与未掺杂的材料相比,掺杂后的样品电化学可逆性更好。     

尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中掺杂Fe的作用机理

利用湿化学法结合固相反应法制备了尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4和掺杂Fe的LiNi_(0.45)Fe_(0.1)Mn_(1.45)O_4材料,从晶体结构、表面形貌、充放电曲线特点、倍率性能等方面比较了掺杂Fe以后对材料的影响,并结合热重实验,通过测试失重量,进而分析了材料中的氧缺陷含量,推导出掺杂Fe的作用机理:尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料中掺杂Fe元素,能够使材料晶体中保持一定的氧缺陷,从而使得材料含有一定量的Mn~(3+),提高了材料充放电倍率性能。     

锂离子电池LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4正极材料的合成及电化学性能EI北大核心CSCD

采用液相无焰燃烧法制备单晶多面体LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4材料,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等测试分析材料的电化学性能。结果表明:掺杂La^(3+)没有改变LiMn_(2)O_(4)的尖晶石结构。在25℃、1C和5C倍率条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4初始放电比容量分别为112.7和94.5mA·h/g,循环500次后,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4的容量保持率为64.42%和81.45%,而LiMn_(2)O_(4)样品的容量保持率分别为53.69%和56.9%;特别是在10C高倍率下,LiMn_(2)O_(4)样品的初始放电比容量仅有44.7mA·h/g,同样条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4首次放电比容量达73.5mA·h/g,循环500次后,容量保持率为81.09%。CV和EIS测试发现,掺杂后的材料有较好的循环可逆性,较大的锂离子扩散系数1.04×10^(-16)cm^(2)/s,对循环2000次后的极片进行分析,材料的晶体结构和颗粒形貌基本没有变化,适量的La掺杂能够稳定材料的晶体结构,有效抑制Jahn-Teller,提高材料的循环性能。     

高压实密度LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的制备及性能

将Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体、碳酸锂与H_3BO_3按一定配比高效混合,采用固相烧结法制备高压实密度LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2粉体正极材料,探讨H_3BO_3添加量对正极材料物理性能、极片压实密度及电化学性能的影响。使用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料的物理性能,将正极材料制作成软包装全电池,并对其电化学性能进行测试。结果表明:H_3BO_3具有助熔作用;能增加一次粉体正极材料颗粒的粒径,并提高颗粒致密度,对正极材料的晶体结构没有影响,但对正极材料粒径、pH、比表面积及振实密度等产生影响。将H_3BO_3添加量为0.6%(质量分数)时制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料制成正极片后,其极限压实密度最高达到3.9 g/cm~3;与采用常规LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料制成的正极片(压实密度≤3.5 g/cm~3)相比,其体积能量密度提高约11.4%;0.5C首次放电比容量为153.64(mA·h)/g,1C循环首次放电比容量为152.22(mA.h)/g,100次循环容量保持率为96.99%,其综合电化学性能优于常规LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的。     

尖晶石/层状异质结构xLiM_2O_4?(1-x)LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2锂离子电池正极材料的制备及电化学性能

采用原位诱导法制备得到了一系列x Li M_2O_4?(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2(M=Ni,Co,Mn;x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)尖晶石/层状异质结构复合材料。借助X射线衍射、扫描电镜、差示扫描量热仪、恒电流间歇滴定技术和恒电流充放电测试表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了研究。电化学性能结果表明:x=0.2材料的倍率性能和循环性能最佳,在2.7~4.3 V、1C下循环100次后,放电比容量为137 m A?h/g,容量保持率为93%;10C时的放电比容量为112 m A?h/g,相比于原始Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料在10C的放电比容量(95 m A?h/g)有较大提高。此外,快充慢放能力测试也证实了该材料的结构稳定,其在5C充、1C放的充放电机制下,循环100次后的放电比容量还能高达120 m A?h/g,容量保持率为87%。恒电流间歇滴定技术(GITT)的结果表明。x=0.2材料的D_(Li+)值比原始Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的要高出一个数量级,说明尖晶石相的引入从根本上改善了材料的电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2及其前驱体的制备和性能（英文）

通过共沉淀法在体积为1L的简易烧杯中合成具有球形形貌的层状前驱体Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_2。探讨合成过程中影响因素,包括络合剂用量、搅拌速度和反应温度对产物形貌和性能的影响。通过高温烧结前驱体合成LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料的形貌和晶体结构进行表征,通过充放电测试、交流阻抗和循环伏安法研究材料的电化学性能。在2.8-4.3V电压范围内,合成的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2在0.1C和1C倍率下的首次放电容量分别为199和170 mA·h/g。在1C下循环80次后,其容量保持率为92%,表明这是一种具有良好应用前景的锂离子电池正极材料。     

升温速率对高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4晶粒形貌及电化学性能的影响

采用低温固相法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,考察升温速率对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料结构、晶粒尺寸和形貌以及电化学性能的影响。结果表明:升温速率对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的晶粒形貌和电化学性能有重要的影响。当升温速率为10℃/min时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的晶粒尺寸较小,形貌不规则,电化学性能不理想;当提高升温速率到20℃/min时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的晶粒尺寸变大,同时大部分的晶粒形貌变成规则的八面体状,样品不仅容量高而且具有非常优异的倍率性能;当继续提高升温速率到30℃/min时,样品的晶粒尺寸基本不变,但表面出现破碎,破坏了晶粒八面体的完整性,样品的容量和倍率性能降低。因此,在低温固相合成时,升温速率控制是一种调控LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料晶粒形貌和电化学性能非常简单而有效的方法。     

V_2O_5包覆Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2正极材料的制备及性能（英文）

为了改善富锂正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2电化学性能,采用燃烧法制备出了在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2表面包覆一层不同含量的V2O5材料。利用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和充放电循环测试对材料的形貌结构及其电化学性能进行分析。结果表明,包覆后所有正极材料均具有α-NaFeO_2型层状结构;当包覆量为12%时(质量分数),在2.0~4.8V电压范围内,在0.1C倍率充放电条件下测试,首次放电比容量为301.7mAh.g-1,经过50次循环后容量保持率为78.6%,与未包覆材料相比,首次库伦效率由原来的69.7%提高到81.6%。     

掺Cr对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2电化学性能的影响(英文)

采用低温燃烧法合成了锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2(x=0,0.01,0.02,0.05,0.1),研究了Cr取代部分Mn对其结构和电化学性能的影响。充放电测试结果表明:Cr取代部分Mn对正极材料LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的电化学性能有重要的影响,用适量的Cr取代Mn(x=0.02)能够提高正极材料的放电比容量和循环稳定性。X射线衍射(XRD)分析和循环伏安(CV)测试显示,Cr对Mn的适量取代能抑制正极材料中的阳离子混排,降低电极材料的极化,改善其可逆性能。LiNi0.5Mn0.48Cr0.02O2在2.5~4.6 V之间以0.1 C速率充放电,首次放电容量为179.9 mAh/g,第50次循环放电容量仍保有171.0 mAh/g,容量保持率达到95.1%     

过锂量对富锂锰基正极材料Li1.2xNi0.1Co0.2Mn0.5O2结构与电化学性能的影响

采用流变相法合成得到Li_(1.2+x)Ni_(0.1)Co_(0.2)Mn_(0.05)O_2(x=0, 0.036, 0.060, 0.096),探讨过锂量对结构和电化学性能的影响。X射线衍射(XRD)对样品进行结构分析证明所有样品具有典型的α-NaFeO_2结构和较小的阳离子混排度。扫描电镜(SEM)对样品进行表征证明不同过锂量的材料,颗粒相对均匀,表面光滑。电化学性能测试结果表明:最佳过锂量为x=0.036时,正极材料Li_(1.236)Ni_(0.1)Co_(0.2)Mn_(0.5)O_2在0.05C、2～4.8V测试条件下进行电化学性能测试,25和55℃下该材料初始放电容量分别为215.3和297.1 mAh·g-1,首次库伦效率分别为66.6%和84.6%,0.2 C下循环50次后容量保持率分别为89.0%和87.8%,且x=0.036时该材料具有最佳的倍率性能。     

Cr~(3+)掺杂的CaAl_(12)O_(19)红色荧光粉发光性能研究

采用高温固相法合成Cr~(3+)掺杂的CaAl_(12)O_(19)荧光粉,通过添加不同量的助溶剂H_3BO_3,研究了对该荧光粉的合成和发光性能的影响。XRD表明,在1 500℃下合成出了纯的相,助溶剂量在3mol%(占Al_2O_3摩尔量的比)最佳。通过CaAl_(12)O_(19)∶Cr~(3+)荧光粉激发光谱和发射光谱,激发光谱出现了410nm和580nm两处宽峰,分别属于Cr~(3+)的4A_2→4T_1和4A_2→4T_2的跃迁;发射光谱在685nm出现最强峰,属于Cr~(3+)的2E2→4A2的跃迁,不同浓度Cr~(3+)掺杂的发射光谱表明,最佳掺杂浓度在0.5mol%。通过CaAl_(12)O_(19)∶Cr~(3+)色度图(x=0.679 93,y=0.319 83)可以看出,该荧光粉的优良的深红色发光性。     

氧化钇包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的结构和电化学性能

以氧化钇溶胶为包覆前驱物,利用氧化钇和正极材料表面带电状态不同制备氧化钇包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学测试等手段对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2包覆前后的物相结构、表面形貌及电化学性能进行研究。结果表明:氧化钇包覆并未影响LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的晶体结构,氧化钇以颗粒状分布在正极材料表面,氧化钇包覆层厚度在15~25nm,氧化钇在正极材料表面分布比较均匀。与未包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2相比,氧化钇包覆后,材料在高电压下的循环稳定性有所提高,最佳包覆量为0.4%。氧化钇包覆有效降低材料在充放电过程中的极化和电荷转移电阻。     

Na~+掺杂对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4晶体结构和电化学性能的影响（英文）

采用简单固相法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4及Na~+掺杂的Li_(0.95)Na_(0.05)Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,研究Na~+掺杂对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料晶体结构和电化学性能的影响。分别采用XRD、SEM、FT-IR、CV、EIS和恒流充放电测试对样品进行表征。结果表明,未掺杂和Na~+掺杂样品均为由八面体一次颗粒组成的二次团聚体颗粒,Na~+掺杂在一定程度上减小了一次颗粒尺寸。Na~+掺杂可有效抑制Li_xNi_(1-x)O杂相的生成,提高Ni/Mn无序度,降低电荷转移阻抗,加快锂离子扩散,从而提高材料的倍率性能。但是,掺杂的Na~+倾向占据锂离子的8a位置,从而迫使相同数量的锂离子占据16d八面体位置,这使尖晶石结构变得不稳定,因此,Na~+掺杂并没有改善Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的循环稳定性。     

LiMgxNi0.5-xMn1.5O4的制备和电化学性能

为改善LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能,采用流变相法合成掺镁的锂离子电池正极材料LiMgxNi0.5-xMn1.5O4(x=0,0.05,0.1)。XRD测试结果表明所得材料仍为尖晶石结构。电化学性能测试结果显示:当x取值0.1,在3.5～4.9V电压范围内进行充放电循环时,材料LiMg0.1Ni0.4Mn1.5O4具有较好的循环性能,1C充放电时,初始放电比容量可达110.22mAh/g,30次循环后容量衰减率仅为7.7%。     

Cr3+掺杂LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备及性能研究

采用高温固相法合成了Cr₃₊掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料,研究了掺杂量对材料物理性能和电化学性能的影响。利用XRD、SEM对材料的结构和形貌进行了表征,结果显示样品具有棱边清晰的尖晶石形貌。讨论了不同Cr₃₊掺杂量对LiCr_xNi_0.5-0.5xMn_1.5-0.5xO₄(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)正极材料性能的影响。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明：当Cr₃₊的掺杂量为x=0.1时(LiCr_0.1Ni_0.45Mn_1.45O₄)正极材料的性能最好,0.1C、0.5C、1C、2C及5C的首次放电比容量依次为131.54mAh g_-1、126.84mAh g_-1、121.28mAh g_-1、116.49mAh g_-1和96.82mAh g_-1,1C倍率下循环50次,容量保持率仍为96.5%。     

废旧LiCoO_2材料再生LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料及性能

以废旧LiCoO_2电池为原料,通过预处理、酸浸、共沉淀步骤,实现了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料的再生。ICP-OES分析浸出液中的元素含量,SEM和XRD表征材料形貌和结构,扣式电池的电化学测试定量分析材料的电化学性能。研究表明,利用浸出液可以再生与空白形貌相似和层状结构良好的正极材料(R-NCM),(R-NCM)在0.2C、2.8～4.3V电压范围内进行充放电循环测试,首周放电比容量可达到210.8mAh/g,经过50周充放电循环后放电比容量仍有183 mAh/g,容量保持率为87%,表现出良好的循环稳定性,为废旧锂离子电池的再生提供支撑并指出发展方向。     

纳米CuO表面包覆对Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2正极材料电化学性能的影响

为了提高球形Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2正极材料的电化学性能,通过非均匀成核法在材料颗粒表面包覆一层纳米CuO;采用XRD、SEM、TEM和充放电测试仪对所包覆材料进行测试与表征。结果表明:适量的CuO包覆可有效地提高Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2正极材料的电化学性能;当CuO包覆量为2%(质量分数)时,材料的电化学性能最佳。在0.1C、2.0~4.6 V充放电条件下,其首次放电容量为213.7 m A·h/g,首次库仑效率可达86.9%。此外,该材料在0.5C倍率下循环100次后其放电比容量仍为169.5 mA·h/g,容量保持率为79.3%;而未经包覆的Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2在相同循环条件下,容量保持率仅为65.5%。     

Li_(0.97)Al_(0.01)FePO_4正极材料性能研究

选用廉价易得的Al(OH)_3为掺杂铝源,制备掺杂量为x=0.01(计量数)的Li_0.97Al_0.01FePO_4和纯LiFePO_4正极材料,并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试.经过与LiFePO_4标准谱图对照,Li_0.97Al_0.01FePO_4样品的主要晶相为橄榄石结构的磷酸亚铁锂.在室温,0.1 C倍率恒电流充放电条件下,Li_0.97Al_0.01FePO_4的首次放电比容量为134.0 mAh·g~(-1),且放电容量在前15次循环中非常平稳,后略有减少.第20次循环放电比容量达到129.21 mAh·g~(-1),与未掺杂LiFePO_4材料相比,表现出更高的比容量和优良的循环性能.     

固相燃烧法快速合成LiNi0.03Mg0.10Mn1.87O4正极材料及电性能研究

采用固相燃烧法在500℃反应1 h然后再650℃二次焙烧6 h,快速合成了Ni、Mg共掺杂的LiNi_(0.03)Mg_(0.10)Mn_(1.87)O_4正极材料。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和电化学测试等对材料的结构、形貌、物相和电化学性能进行测试。结果表明:LiNi_(0.03)Mg_(0.10)Mn_(1.87)O_4正极材料为立方尖晶石型结构,颗粒尺寸在100～200nm之间,为多面体形貌。合成的LiNi_(0.03)Mg_(0.10)Mn_(1.87)O_4材料有良好的电化学性能,在1C时首次放电比容量为107.6 mAh·g~(-1),10 C首次放电比容量有68.7 mAh·g~(-1),在55℃、1 C首次放电比容量有103.7 mAh·g~(-1),CV和EIS测试得出该材料有较大的锂离子扩散系数1.038×10~(-11) cm~2·s~(-1)和较小的活化能32.69 kJ·mol~(-1),对循环1000次后的极片进行剖面分析,该材料的晶体结构和颗粒形貌基本没有变化,适量Ni、Mg共掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn_2O_4在循环过程中的容量衰减和结构稳定性,抑制了Jahn-Teller效应。