锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

以Ni(CH3COO)2·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,分别在400、500℃分解3、7h得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源Li2CO3混匀,在800℃煅烧12h,600℃退火24h得到LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。XRD、SEM、EIS和恒流充放电测试结果表明,在400℃、7h制备的前驱体与Li2CO3合成的LiNi0.5Mn1.5O4性能最佳。室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%;以1C倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及性能研究

以Li(CH3COO).2H2O、Ni(CH3COO)2.4H2O、Mn(CH3COO)2.4H2O和H2C2O4.2H2O为原料,聚乙二醇20000为分散剂,采用化学合成法制备了具有立方尖晶石结构的锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4。通过XRD、SEM和充放电测试对样品进行表征。850℃下焙烧制备的LiNi0.5Mn1.5O4样品电化学性能最佳,在3.5～4.9V电压范围内以0.2、0.5、1、2和5C充放电,其首次放电比容量分别为132.9、117.3、111.2、104.8和91mAh/g,20次循环后容量保持率分别为93.2%、98.9%、97.4%、97.3%和95.5%。     

高电压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的研究进展

尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池正极材料具有高的放电电压,高的能量密度,优异的倍率性能和循环性能的优势,极有可能成为下一代的锂离子电池正极材料。阐述了锂离子电池正极材料5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的结构、主要制备方法,介绍了离子掺杂、表面包覆等提高材料结构稳定性,改善高温高倍率循环性能的改进手段,并简述了此材料的产业化现状,展望了发展前景。     

5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx的高温固相法制备与表征

通过高温固相法合成了5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0、0.025、0.05、0.075和0.1),采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试探讨了煅烧温度与F掺杂量对产品结构与性能的影响。XRD与SEM分析结果表明,产品相纯度、晶粒发育、颗粒形貌大小主要受煅烧温度与F掺杂量的影响。掺杂量x为0.05～0.075,且煅烧温度为850℃时,所制产品为纯尖晶石相,晶粒发育完善,粒径大小适中且分布均匀。电化学测试结果显示,所有样品都表现出较好的循环稳定性,但F掺杂提高了LiNi0.5Mn1.5O4的容量与倍率特性。其中,F掺杂量x=0.05的样品具有最小的膜阻抗和电荷传递阻抗,表现出较高的容量与最佳的高倍率性能,其0.2C放电容量为128.5mAh.g-1,循环40周后其2C容量仍达0.2C容量的93.8%。未掺杂样2C容量只有0.2C容量的71.8%。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

以Ni(CH3COO)2·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,分别在400、500℃分解3、7h得到镍锰复合氧化物前驱体,再与锂源Li2CO3混 匀,在800℃煅 烧12h,600℃退 火24h得 到LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。XRD、SEM、EIS和恒流充放电 测 试 结 果 表 明,在400℃、7h制 备 的 前 驱 体 与Li2CO3合成的LiNi0.5Mn1.5O4性能最佳。室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达到141.5mAh/g,循环30次后容量保持率为98.55%;以1C倍率充放电,首次放电比容量为120.34mAh/g,循环30次后放电比容量为112.09mAh/g。     

LiNi0.5Mn1.5O4高电压正极材料的制备及性能研究

采用液相共沉淀法制备镍锰复合碳酸盐前驱体,650℃煅烧后生成的镍锰复合氧化物与Li2CO3混合,在空气中于750～900℃下煅烧10h,600℃退火10h得到LiNi0.5Mn1.5O4.采用XRD、SEM和恒电流充放电测试等对样品进行了表征.SEM结果表明,合成温度对LiNi0.5Mn1.5O4的表面形貌及粒径有较大影响;XRD结果表明,合成的样品均为纯的立方尖晶石结构.电化学测试结果表明,800℃合成的样品在室温下具有较好的电化学性能:0.1、1、2、4C首次放电容量分别130.24、129.47、115.5、108.05mAh/g,且大倍率下具有较好的循环性能.     

还原剂水合肼对LiNi0.5Mn1.5O4结构及性能的影响

在用二次干燥共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入还原剂水合肼,对前驱体进行还原处理,进而对比还原处理与不加还原剂的样品在结构和电化学方面的区别。实验结果发现,还原处理的前驱体所制备的LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远高于不加还原剂的样品,而且还原处理的前驱体所制备的正极材料在高温条件下(55℃)电化学性能保持较好,50次充放电循环后容量保持率更高。X粉末衍射(XRD)和扫描电镜测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体所合成的样品具有较好的结晶度,晶粒呈规则的八面体形貌,杂质含量很少;而未处理的前驱体所合成的样品则含有少量的杂质,结晶度较差。研究结果表明,添加还原剂水合肼对所制备的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的结构和性能有较好的促进作用,对进一步的改性研究具有重要的指导意义。     

5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4改性研究现状

近年来,研究人员发现过渡金属掺杂尖晶石材料LiMxMn2-xO4(M=Ni,Co,Cr,Cu,Fe,Al),放电平台可以达到5V左右.在这些材料中,由于LiNi0.5Mn1.5O4具有相对较高的容量,放电平台维持在4.7V,而备受关注.但是LiNi0.5 Mn1.5O4仍然存在结构不稳定、容量衰减比较严重等问题,研究人员通过掺杂金属离子或者取代部分氧来提高材料性能,以及通过包覆来减少材料与电解液的接触.综述了近年来为进一步提高LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能而对其进行改性的一些研究成果.     

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的改性研究进展

高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)具有平台电位高、能量密度大、成本低等优点,在动力锂离子电池市场具有广阔的应用前景。然而,该材料存在阳离子混排、表面不稳定、热稳定性差等缺点,导致电池在使用过程中出现容量衰减快、循环性能差、安全性能低等问题,严重阻碍了其大规模应用综述了NCM811材料的结构特征、存在问题及改性研究进展,重点介绍了离子掺杂、表面包覆、结构设计等改性方法对其电化学性能的影响,并展望了其未来发展趋势和应用前景。     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成及其电化学性能

以自制(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2为前驱体,采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2-Mn0.4O2,采用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料结构和形貌进行了表征,表明所得材料外观为球形,具有典型的α-NaFeO2层状结构,循环伏安、恒电流充放电测试表明,800℃下合成的材料具有最优的电化学性能,首次放电比容量达161.8mAh/g。     

碳酸盐溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4

以聚丙烯酸和碳酸盐(Li:Ni:Mn＝1.05:0.5:1.5)为主要原料,用溶胶-凝胶法合成了LiNi0.5Mn1.5O4.用X射线衍射、DSC-TGA、SEM和恒电流充放电技术研究了工艺条件对材料结构、微观形貌和电化学性能的影响.碳酸盐溶胶-凝胶法可以制备单相尖晶石结构LiNi0.5Mn1.5O4,其放电比容量高达134 mAh/g,经45次循环后仍然可保持初始放电容量的98%.     

高电压正极材料镍锰酸锂的制备及性能研究

以镍、锰氧化物和碳酸锂为原料,采用高温固相法直接合成高电压正极材料镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄。主要考察了烧结温度、烧结时间和Li/M等因素对工艺的影响。结果表明:在烧结温度为800℃,烧结时间为15h,Li/M为0.53时,合成的镍锰酸锂材料的综合性能达到了最佳。在此合成条件下合成的镍锰酸锂材料的1C放电比容量为129.53mAh/g,50次循环后1C放电比容量为122.60mAh/g,50次循环容量保持率94.56%,证明电池的循环性能良好。     

纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其电化学性能

为改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。     

无钴镍基正极材料LiNi_(0.7)Mn_(0.3)O_2制备及性能研究

采用共沉淀-高温固相法合成正极材料LiNi0.7Mn0.3O2,利用X射线衍射分析(XRD)表征其结构、扫描电子显微镜(SEM)表征其形貌、X射线光电子能谱(XPS)表征其价态,最终确定了该材料最佳烧成温度为820℃。研究表明,该温度下合成的Li Ni0.7Mn0.3O2具有典型的α-NaFeO2型层状结构,颗粒形貌呈类球形且分布均匀;XPS数据表明,LiNi0.7Mn0.3O2中的Ni主要以+3价形态存在,Mn主要以+4价形态存在。室温条件下以0.2 C倍率在2.75~4.35 V的电压范围内充放电,首次放电比容量高达188.9 m Ah/g,70次循环后容量保持率为95.2%。     

Spinel LiNi0.5Mn1.5O4 cathode ion batteries： Nano vs micro,disordered phase （F4332） for rechargeable lithium- ordered phase （P433m）

Since the high-voltage spinel LiNi0.5Mn1504 （LNMO） is one of the most attractive cathode materials for lithium-ion batteries, how to improve the cycling and rate performance simultaneously has become a critical question. Nanosizing is a typical strategy to achieve high rate capability due to drastically shortened Li- ion diffusion distances. However, the high surface area of nanosized particles increases the side reaction with the electrolyte, which leads to poor cycling performance. Spinels with disordered structures could also lead to improved rate capability, but the cyclability is low due to the presence of Mn3＋ ions. Herein, we systematically investigated the synergic interaction between particle size and cation ordering. Our results indicated that a microsized disordered phase and a nanosized ordered phase of LNMO materials exhibited the best combination of high rate capability and cycling performance.     

掺杂Fe3+对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。