掺Al对LiNi0.85Co0.15O2结构、电化学性能和热稳定性的影响EI北大核心CSCD

采用高温固相法对正极材料LiNi（0.85）Co（0.15）O2进行Al掺杂,研究了Al及其含量对材料结构、电化学性能和热稳定性的影响。结果表明：Al可进入LiNi（0.85）Co（0.15）O2晶格,占据Ni原子位置。随着掺Al量增加：材料的晶胞参数a降低、c增大、阳离子混排程度先增加后减小,晶体密度减小;电极极化逐渐增强,放电比容量依次降低,循环性能明显改善,热稳定性提高。Al掺量为5%时,LiNi（0.85–x）Co（0.15）AlxO2综合性能达到最优。掺Al不能抑制LiNi（0.85–x）Co（0.15）AlxO2在电化学循环中由H1到H2相转变,但有利于稳定材料的H2相结构,从而提高材料的综合性能。     

掺混工艺对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 正极材料性能的影响

以碳酸锂及镍钴锰氢氧化物前驱体为原料,通过固相烧结法制备成D50为7.7、19.92 μm的两种规格的锂离子电池三元材料NCM-S和NCM-B。按NCM-B质量占比为20%~90%,将上述两种材料掺混获得系列化的样品。采用激光粒度分析仪、振实密度仪、扫描电子显微镜、充放电测试仪对材料的物理及电化学性能进行分析测试。结果表明：与大颗粒样品NCM-B相比,NCM-80%样品振实密度由2.90 g/cm3提高至2.96 g/cm3,放电比容量由 176.3 mA·h/g提升到178.6 mA·h/g,100周循环容量保持率由91.9%提升至92.7%。以上结果可以归因于小颗粒在紧密堆积的大颗粒中的填隙作用,改善了活性材料的导电网络,提高了电池的能量密度。     

前驱体对三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能影响的研究

以碳酸锂为锂源,将三种不同厂家的镍钴锰氢氧化物前驱体通过固相烧结法制备锂离子电池三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(简称NCM),并用纳米氧化铝溶液对其进行了包覆.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、恒电流充放电测试仪等对材料的物理和电化学性能进行分析测试.结果表明:在前驱体元素组成基本一致的情况下,包覆前后三种前驱体制备的正极材料半电池首次容量由166.7 mAh/g、166.0 mAh/g和166.1 mAh/g改变为169.8 mAh/g、167.4 mAh/g和165.9 mAh/g,而100周循环保持率由92.6％、92.3％和93.2％上升到96.2％、96.0％和96.3％.这种改善应源于包覆过程中形成的快离子导体抑制了循环过程中电池直流内阻(DCIR)的增加.但对于不同前驱体制备的正极材料,包覆后电子传导能力以及界面相容性会有所不同.     

层状锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及性能

采用共沉淀法得到前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2,利用前驱体与LiOH×H2O的高温固相反应得到高振实密度的锂离子电池层状正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (2.3~2.5 g/cm3). 初步探讨了合成条件对材料电化学性能的影响. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热分析(TG/DTG)以及恒电流充放电测试对合成的样品进行了测试和表征. 结果表明,在750℃、氧气气氛下合成的材料具有较好的电化学性能. 通过XRD分析可知该材料为典型的六方晶系a-NaFeO2结构;SEM测试发现产物粒子是由500~800 nm的一次小晶粒堆积形成的二次类球形粒子. 电化学测试表明,其首次放电容量和库仑效率分别为168.6 mA×h/g和90.5%, 20次循环后容量为161.7 mA×h/g,保持率达到95.9%,是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料.     

锂离子电池正极材料LiNi0.7Co0.25Al0.05O2的结构表征和电化学特性

用固相法制备球形LiNi0.7Co0.25Al0.05O2粉体,并综合研究该粉体的微观结构和电化学特性.用X射线衍射和透射电子选区衍射分析LiNi0.7Co0.25Al0.05O2的晶体结构.结果表明LiNi0.7Co0.25Al0.05O2为纯α-NaFeO2型六方晶结构.用扫描电镜观察二次颗粒的形状为球形.从循环伏安扫描实验中发现掺杂Al元素能够抑制LiNi0.7Co0.3O2在Li+插入-脱出过程中的结构相变,提高材料的循环稳定性.在电压为3.0～4.3 V,充放电倍率为C/5的条件下,LiNi0.7Co0.25Al0.05O2首次放电容量达到161.5 mA＠·h/g,30次循环后放电容量为156.1 mA·h/g,放电容量损失率仅为3.3%.     

ZnF2包覆对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的性能影响

本文用溶胶凝胶法制备了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,然后用ZnF2对其进行表面包覆。XRD测试表明,包覆处理没有影响材料的晶体结构,EDS、SEM和TEM测试表明,2wt%ZnF2在LiNi0.5Mn1.5O4表面形成了约7 nm厚的均匀包覆层。对未包覆、1wt%、2wt%、3wt%包覆后的材料进行电化学性能测试对比,发现包覆后都能减弱电解液与基体间的相互作用,较大地稳定电极表面,提高了材料的电化学性能。其中,2wt%ZnF2包覆样品表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109 mAh/g,容量保持率为79.7%;在10 C时,放电比容量依然高达102.1 mAh/g;5 C高倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 mAh/g,容量保持率为85.6%。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2（x=0．1）的合成及性能

采用共沉淀法以化学计量比的Ni^2＋和Mn^4＋（1：1）代替LiCoO2中的Co^3＋合成锂离子电池正极材料LiNi0.5-xCo2xMn0.5-xO2（x=0．1）利用X射线衍射对其结构进行表征，结果表明材料的衍射峰与标准的α-NaFeO2层状结构完全对应，为层状嵌锂复合氧化物。LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2在电压2．5-4．3V范围内表现出较好的电化学性能，循环25次后仍保持大约136mAh／g，具有很好的发展前景。     

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的性能研究

富镍正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有高容量的优点,是锂离子电池正极材料最有潜力的材料之一。为确定最佳合成条件,本工作研究了合成温度对材料性能的影响,并详细分析了材料电化学性能衰减的原因以及循环过程中材料结构的变化。采用热重/差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的正极材料进行了物化表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,在低温段500℃保温4 h,高温段750℃保温14 h合成的正极材料NCM750在0.2 C首次放电比容量为186.2 mAh/g,首次充放电效率为82.5%,1 C放电比容量为185.1 mAh/g,100次循环后仍有175.2 mAh/g,容量保持率为95.2%。在此条件下合成的材料具有结构稳定,粒径均匀,电化学性能优异等优点,本工作对富镍正极材料的合成及结构变化进行研究,有助于加深对材料的了解。     

锂离子电池正极材料LiNi0.8M0.2O2的制备

在增加氧气压力的条件下，采用固相反应制得一系列掺杂不同元素M的锂离子电池正极材料LiNi0.8M0.2O2. 研究发现，掺杂Al, Mn, Ti可以改善材料的耐过充性和循环性能，在充电电压为4.2~4.8 V的范围内循环3次，材料的放电容量没有显著的改变. X射线衍射和扫描电镜分析表明，掺杂Al, Mn, Ti提高了镍酸锂材料的六方菱型结构的有序性，维持了在充放电过程中的层状结构的稳定性. 其它掺杂元素降低了材料结构的有序性，影响了其电化学性能. 说明形成完整的晶体结构是掺杂元素的选择依据.     

Li—Mn—O体系锂离子电池正极材料的结构与性能

总结了当前对Li-Mn-O体系各种锂离子电池正极材料LiMn2O4、LiMnO2、Li4Mn5O9和Li4Mn5O12,在全成和充放电过程中的结构特征和结构变化过程，以及材料的结构和结构的变化对电化学性能的影响。     

高密度LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的合成

以二次干燥化学共沉淀法制得高密度前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2,再与LiNO3混合,经600℃恒温6 h,800℃恒温24 h两个恒温阶段烧结,得到高密度LiNi0.8Co0.2O2,探讨了锂源、镍源、Li/(Ni+Co)摩尔比、合成温度等因素对产品的影响,优化了LiNi0.8Co0.2O2的合成工艺。所得非球形LiNi0.8Co0.2O2粉末振实密度高达3.15 g/cm3,大幅度地提高正极材料的体积比能量。X射线衍射分析表明,合成的LiNi0.8Co0.2O2具有规整的层状NaFeO2结构,充放电测试表明,材料具有良好的电化学性能。     

锂离子正极材料LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_2的制备及其性能研究

以尿素为沉淀剂,以乙二醇为溶剂,通过溶剂热法制备出多级前躯体Ni0.8Mn0.1Co0.1CO3,通过焙烧该前躯体和LiOH·H2O的混合物制备出高比容量的锂离子正极材料LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2。采用XRD、FESEM及恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学进行表征,结果表明,合成的产物形貌均一,有高结晶度。在0.1 C倍率下,放电比容量为194.6 mAh g-1;当放电倍率提高到2.0 C时,该材料仍然具有78.4mAhg-1的放电比容量,并且该材料在各个倍率下具有良好的稳定性。在1.0 C的放电倍率下,经过50次循环,放电容量保持率为92.5%。     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2研究进展

层状结构材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有高比容量、高循环性能、低成本和环保等优点,有望取代LiCoO2成为新一代锂离子电池正极材料。在介绍LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构特点和电化学反应特性的基础上,对其主要合成方法进行了详细评述,总结了该正极材料的阴阳离子掺杂、复合离子掺杂以及表面包覆改性等技术,指出国内外目前锂离子电池材料研究中存在的问题和未来的发展方向。     

烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2物理及其电化学性能的影响

以共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2为前驱体,以碳酸锂为锂源,通过高温固相法合成了球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料。通过热重分析(TGA/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分布、以及电化学性能的测试考查了不同烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的物理性能及电化学性能的影响。结果表明,900℃下烧结得到的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2晶体结构完整、球形形貌规则、粒度分布均匀,并表现出了优异的电化学性能,0.2 C首次放电容量达到了166.7 mA.h/g;1 C首次放电容量为151.6 mA.h/g,20次循环后,容量保持率高达97.9%。     

Direct regeneration of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode material from spent lithium-ion batteries

At present, metal ions from spent lithium-ion batteries are mostly recovered by the acid leaching procedure, which unavoidably introduces potential pollutants to the environment. Therefore, it is necessary to develop more direct and effective green recycling methods. In this research, a method for the direct regeneration of anode materials is reported, which includes the particles size reduction of recovered raw materials by jet milling and ball milling, followed by calcination at high temperature after lithium supplementation. The regenerated LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂ single-crystal cathode material possessed a relatively ideal layered structure and a complete surface morphology when the lithium content was n(Ni + Co + Mn):n(Li) = 1:1.10 at a sintering temperature of 920 ℃, and a sintering time of 12 h. The first discharge specific capacity was 154.87 mA·h·g^-1 between 2.75 V and 4.2 V, with a capacity retention rate of 90% after 100 cycles.     

金属离子浓度对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料结构及电化学性能影响研究

采用液相共沉淀+高温煅烧法制备正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,利用XRD、SEM及恒电流充放电等等分析手段,研究不同金属离子浓度合成镍钴锰酸锂前驱体对最终产品晶体结构、形貌及其电化学性能的影响。结果表明:金属离子浓度为2.0 mol/L时,所制备材料晶型层状结构发育完整,粒径分布均匀,球形度高且表面光滑,材料首次放电比容量达172.5 mAh/g,首次库伦效率为90.84%。     

柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法制备LiNi0.5Co0.5O2

用柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法制备了锂离子电池正极材料L iN i0.5Co0.5O2,并对材料进行了热分析、红外分析及X射线衍射分析。研究结果表明,L iN i0.5Co0.5O2干凝胶在空气中自蔓延燃烧,燃烧产物再于800℃烧结10 h,可避免因缺氧而导致杂相L i2CO3、L i2N i8O10的产生,产物晶型完整。     

正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的合成工艺优化及电化学性能

采用高温固相法合成锂离子电池富镍三元材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂,对其工艺条件进行优化,对产物进行X射线衍射（XRD（,扫描电镜（SEM（以及电化学性能分析。结果表明：在氧气气氛下,锂与金属元素摩尔比为1.05:1、烧结时间15 h、烧结温度750℃为最佳合成工艺条件。按最佳工艺合成的样品在1C首次放电容量高达174.9 mA·h·g^-1,50次循环后比容量为158.5 mA·h·g^-1,容量保持率为90.62%,表现出良好的循环稳定性。XRD和SEM表征表明,在氧气气氛下烧结的样品有良好的层状结构,阳离子混排程度小,具有较好的类球形,粒径均匀分布在10~20 μm。循环伏安（CV（和电化学阻抗（EIS（结果表明,工艺条件的优化有助于提高正极材料的电化学性能。     

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。     

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。