LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)三元正极材料氧化物包覆改性研究进展

高镍LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2因其具有理论比容量高、稳定性好,对环境友好等优势而成为一种非常有前景的三元正极材料。但较高的镍含量更容易造成阳离子混排、相变导致热稳定性降低、材料表面具有高的反应活性和容易在材料表面产生微裂纹,致使材料稳定性和循环性能随之降低,严重制约了其商业化应用,因而需要采取一定措施提高其稳定性。氧化物对其进行表面包覆改性可显著改善正极材料的电化学性能,减轻与电解液的副反应并提高充放电状态下的热稳定性。本文综述了氧化物对三元材料改性方面的最新研究进展,并对其应用前景进行了展望。     

Al、Mn共掺杂高镍正极材料电化学性能研究

高镍正极材料形貌受合成体系中Mn和Al的影响比较大.采用简单的共沉淀方法合成出正极材料前驱体[Ni0.8Co0.15](OH)1.9,在烧结过程中同时引入不同比例的Al、Mn离子,以其协同作用共同实现材料的稳定层状结构,提高材料循环稳定性,从而改善材料的电化学性能.结果显示:在800°C烧结条件下,当Mn和Al的掺杂量...     

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的电化学与热稳定性改善

锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)面临着成本和安全稳定性挑战,为了降低成本,提高NCA的电化学与热稳定性能,加入Li Mn_2O_4(LMO)和LiFePO_4(LFP)制备成混合正极材料LMO/LFP/NCA。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了材料的结构和形貌,采用恒流充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试电化学性能,使用差示扫描量热仪(DS C)测试了热稳定性。结果表明:简单物理混合后,NCA颗粒形貌保持完整,小颗粒的LMO和LFP材料均匀地分散在NCA二次颗粒表面和NCA颗粒之间的空隙中。所制备的混合正极材料LMO/LFP/NCA在45℃下循环50圈容量保持率为81.2%,明显优于单组分NCA材料(70.3%),热稳定性提高了16℃。说明LMO和LFP的加入,可以改善NCA正极材料的循环性能与热稳定性。     

球形LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用共沉淀-喷雾干燥法制备了锂离子电池球形Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,通过热重分析法(TG)、X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学测试对材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明材料具有良好的层状结构,球形颗粒粒径约10μm;在30℃下,2.5~4.3 V循环,以20 m A/g放电,首次比容量达186.3 m Ah/g,循环50次后容量保持率为84.1%。     

电解液对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2/石墨电池性能的影响

选用LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)/石墨体系,LiPF_6浓度分别为1.25 mol/L和1.30 mol/L的电解液,研制额定容量为4.5 Ah的功率型软包装锂离子电池。使用Li PF6浓度为1.25 mol/L、添加二氟苯酸硼酸锂电解液的电池,功率性能及循环性能较好,250 A(约55 C)放电容量为3.998 Ah,可达到5 A放电容量的85%,平均比功率为4 328 W/kg,500 A脉冲放电2 s实验的瞬时比功率达到8 700 W/kg。     

陶瓷隔膜对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C电池性能的影响

以聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/PP复合隔膜为基膜,研究单面涂覆陶瓷层(12 μm干法基膜+4μm单面陶瓷层)和双面涂覆陶瓷层(12 μm干法基膜+2 μm双面陶瓷层)制作的陶瓷隔膜对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C体系锂离子电池性能的影响.用SEM、电化学阻抗谱(EIS)测试分析隔膜的微孔形貌、透气度...     

LiTiO2包覆对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的影响

采用共沉淀法制备Ni0.8 Co0.15 Al0.05(OH)2三元前驱体,与LiOH·H2 O球磨混合后,通过高温固相法烧结制备LiNi0.8 Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料,探究LiTiO2包覆量(0、0.2％、0.5％、1.0％)对LiTiO2包覆的Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)1-xO2正极材料性能的影响.通过XRD、SEM、透射电子显微镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试等,分析材料的结构、形貌及电化学性能.LiTiO2包覆在NCA材料表面,当包覆量为0.5％时,电化学性能最佳.在2.8～4.2 V充放电,1.0 C倍率的首次放电比容量达182.3 mAh/g,循环200次的容量保持率为76.4％;10.0 C倍率的放电比容量为141.3 mAh/g.     

水杨酸钠和氨水作为络合剂合成LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料

同时采用水杨酸钠和氨水作为络合剂,通过共沉淀控制结晶法合成了Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2前驱体,然后在750℃下烧结,制备出锂离子电池正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2。通过对混合硫酸盐溶液及Ni-Co-Al-C_7H_5O_3Na-NH_3-H_2O平衡体系作热力学计算分析,结果表明:在混合盐溶液中,Al~(3+)几乎完全被水杨酸根离子络合,在混合盐溶液泵入底液后,又能缓慢释放出Al~(3+)参与共沉淀反应;在共沉淀反应的最佳范围pH=10~11.5,最佳氨水浓度c(NH3)=0.1~0.3 mol/L范围内获得球形Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2前驱体,以该前躯体合成LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料,0.2 C首次放电比容量达175.1 mAh/g,70次循环后容量保持率为86.7%,具有优异的循环性能。     

ZrO2掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的影响

采用共沉淀法制备前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂,与LiOH·H₂O球磨混合,通过高温固相法烧结,合成锂离子电池用高镍基三元正极材料Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_1-xZr_xO₂。通过XRD、SEM、X射线光电子能谱及充放电测试,分析ZrO₂掺杂量为1%、2%和3%时,材料的结构、形貌、表面过渡金属元素价态及电化学性能。当掺杂量为2%时,以0.5 C在2.5～4.3 V充放电,材料的放电比容量为193.5 mAh/g,50次循环的容量保持率为92.9%,优于未掺杂的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂。     

LiNi0.6Co0.1+xMn0.3-xO2(x=0,0.1)正极材料的合成与电化学性能研究

采用高温固相法在相同条件下合成了LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2与LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料,利用XRD、SEM表征了材料的结构与形貌,通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了其电化学性能。结果表明,室温条件下以0.2 C倍率在3.0～4.3 V电压范围内,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2的首次放电比容量为171.8 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为78.5%;LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的首次放电比容量为174.6 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为83.0%。CV与EIS测试表明,相比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2材料有更大的极化与电荷转移阻抗。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的制备及Li_3PO_4的表面包覆改性研究

通过改进前驱体共沉淀工艺,促使Ni~(2+)、Co~(2+)和Al~(3+)的反应历程都包括络合和沉淀两种平衡,得到均质前驱体Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_(2.05);通过在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2表面包覆质量分数1%Li_3PO_4,材料的循环性能得到较大改善,尤其是60℃下的高温循环性能,1 C循环50次后依然有88.4%的容量保持率;同时材料的倍率性能也得到较大改善,5 C/1 C85%;制备与改性方法适合商业化生产。     

利用层状双氢氧化物涂层增强富镍正极材料的循环稳定性

富镍层状氧化物LiNi_xCo_yMn_zO₂(0.6≤x<1)是用于生产高能量密度和高工作电压电池的有前途的锂离子电池正极材料,但其较差的循环性能严重限制了其商业应用。将具有二维层状结构的Ni-Al层状双氢氧化物(NiAl-LDH)作为涂层材料,通过简单的液相包覆工艺将NiAl-LDH涂覆于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂上,以显著提高LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的结构稳定性和电化学性能。NiAl-LDH涂层的Al³⁺在高温烧结过程中向内扩散,在材料的二次粒子表面形成均匀的保护层,其可以抑制电解液对正极材料的侵蚀。Al³⁺迁移到过渡金属层,减少了锂/镍的混合,从而增强了材料的结构稳定性。改性材料在1 C电流密度下循环200次后容量保持率从原始材料的70.8%提高到8...     

Al_2O_3掺杂对Co-Ni-Mn正极材料性能的影响

采用XRD分析和充放电测试,研究氧化铝(Al_2O_3)掺杂量x对锂离子正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3-x)Mn_(1/3)Al_xO_2(x=0、1/40、1/20和1/10)性能的影响。当Al_2O_3掺杂量为1/20时,所得LiNi_(1/3)Co_(1/3-1/20)Mn_(1/3)Al_(1/20)O_2材料的结晶度较好且完整,混排度较低。以0.1 C在2.0~4.8 V充放电,正极材料的首次放电比容量为264.47 mAh/g,第20次循环的容量保持率为93.01%,库仑效率为98.37%。     

锂离子蓄电池正极材料LiNi0.85Co0.1M0.05O2的合成及性能

采用共沉淀前驱体法,对LiNiO2进行金属元素Co和M(M代表Mg、Mn、Al)的共掺杂,得到系列LiNi0.85Co0.1 M0.05O2材料。并对材料进行了SEM、XRD分析以及电性能测试。另外从离子半径的角度出发,对各掺杂元素在晶体结构中的占位以及对材料性能的影响做了合理解释。由于Mg2 的半径与Li 的半径最为接近,可优先占据锂位。加之Mg2 不参与电化学过程,在层间起到支撑稳定作用。所以Mg2 的共掺入在改善材料循环性能方面表现出特有的优势。     

烧结温度对LiNi0.8Co0.2O2电化学性能的影响

采用共沉淀法合成正极材料LiNi0.8Co0.2O2,通过TG、XRD、循环伏安和充放电测试考察烧结温度对材料的影响。LiNi0.8Co0.2O2的结构和性能对烧结温度敏感,在空气气氛下第一、二段焙烧温度分别为700℃、750℃的产物,具有良好的α-NaFeO2层状结构,以0.2C在2.7~4.3V循环,首次放电比容量为152.2 mAh/g,第20次循环的容量保持率为86.5%。     

导电剂和粘结剂对高镍正极性能影响分析

由活性物质、导电剂和粘结剂构成的微区是电极中电化学反应的场所,其离子和电子传递动力学决定了电化学反应的特性.通过改变导电剂和粘结剂的比例和充电截止电压,分析LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)颗粒表面离子和电子迁移环境变化对循环性能的影响;用循环过程中不可逆比容量之和评估了半电池的循环稳定性.结果表明,导电剂或粘结剂的增加有利于改善高镍正极在充电截止电压为4.7 V(vs.Li+/Li)时的循环稳定性,主要原因是导电剂或粘结剂的增加延缓了NCM811裂纹和粉化.     

锰掺杂LiNi0.8Co0.2O2的合成及电极性能研究

为了获得高性能锂离子电池的正极材料,采用共沉淀法,对LiNi0.8Co0.2O2进行Mn元素的掺杂改性,考察了不同Mn掺杂量对LiNi0.8Co0.2O2材料的结构和其电化学性能的影响,并对材料进行X射线衍射、扫描电镜、循环伏安分析和恒流充放电测试。实验表明,锰掺杂改善了LiNi0。8Co0.2O2材料循环性能,LiNi0.78Nn0.02Co0.2O2的首次放电比容量达到180.8mA·h/g,50循环后放电比容量还能保持在169.8mA·h/g,50循环比容量保持率达到94%。     

LiNi0.9Co0.1O2材料的制备及其电化学性能研究

成功采用掺杂和改变前驱体两种方式同时对传统LiNiO2正极材料合成进行改进,即用掺杂10％wtCo的β—NiOOH作为前驱体,和LiOH·H20在空气中进行固相烧结。通过正交方法优化出合成LiNin9Co0.1O2的最佳烧结温度为600℃,烧结时间为24h;此条件下材料首次充放电效率高达86％,20次循环后可逆放电比容量为167mAh／g,容量保持率高达94％。     

锂离子电池正极材料LiNi0.7Co0.3O2的研制

介绍了采用LiCH3COO·2H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O为原料,通过均匀沉淀法合成锂离子电池正极材料LiNi0.7Co0.3O2;X-射线衍射分析表明,所得材料为层状结构的单一固溶体相.电化学性能研究表明,在750℃烧结20小时所制得的试样,首次充放电容量分别达到197.26 mAh/g和148.02 mAh/g,且循环性能优良.