非晶硼磷玻璃包覆Li[Li_(0.2)Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2正极材料的研究

采用聚合物热解的方法合成了富锂正极材料Li[Li0.2Co0.13Ni0.13Mn0.54]O2(RLMO),并对其进行硼磷玻璃(BPG)表面包覆。经过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)实验表明,材料颗粒尺寸在100~200 nm范围,其表面明显具有非晶包覆层,且表面包覆不会改变材料的主体结构。在2.0~4.8 V范围内进行恒流充放电测试表明,非晶硼磷玻璃包覆材料(BPG-RLMO)具有更高的首次放电比容量(279.5 m Ah/g,30 m A/g)、高的首次库仑效率(91.3%)和优异的循环稳定性(100次循环后容量保持率为86.4%,30 m A/g)。这些结果表明非晶硼磷玻璃包覆可有效抑制电解液的表面分解和所引起的表面结构破坏,提高了材料的首次库仑效率和循环稳定性,为高性能富锂正极材料的发展提供一种可借鉴途径。     

LiFeO_2包覆锂离子正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2制备及性能表征

采用溶胶-凝胶工艺在Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2表面包覆LiFeO2,并用扫描电镜(SEM),X-射线衍射(XRD),EIS和恒电流充放电等方法研究了不同包覆量的LiFeO2包覆对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2结构和电化学性能的影响。XRD、SEM实验数据表明,该材料具有层状α-NaFeO2结构,包覆后材料结构没有变化,表面覆盖上一层纳米级别的颗粒。电化学性能测试结果表明,质量分数1%LiFeO2包覆能显著改善Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料在高截止电压(4.8 V)下的循环性能和倍率性能,EIS研究结果显示其界面阻抗明显减小,电子电导率得到提高,从而提高电化学性能。     

锂源添加方法对Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2性能的影响

通过共沉淀法制备花朵状前驱体[Mn_(0.675)Co_(0.1625)Ni_(0.1625)]CO_3,用XRD、SEM、X射线能谱(EDS)和电化学性能测试等研究锂源添加方法对材料的影响。在添加锂源过程中加入柠檬酸形成凝胶,没有改变材料的晶型结构,但改变了形貌,可提高容量和循环稳定性。制备的材料在2.0~4.8 V循环,0.1 C首次放电比容量为253.3 m Ah/g,以0.5 C循环100次的容量保持率为85.3%。     

Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的界面电化学行为

对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料首次充放电曲线的分析表明:充电4.5 V处的平台对应于材料结构的转变,活性组分Li2MnO3在4.5 V处释放出氧气的同时脱出Li+,生成较高的容量;在嵌锂过程时,由于氧空缺造成结构的重排,产生不可逆容量损失。循环伏安与电化学阻抗谱测试结果表明:材料结构在4.4 V后发生改变,进行重排;从SEM图可观察到电极材料的表面覆盖有一层厚厚的膜,原因是形成了一层固态钝化物膜;容量微分(dQ/dU)曲线分析结果与循环伏安曲线一致,说明富锂材料在首次循环时遵循氧脱出机理。     

富锂材料Li[Li_(0.17)Ni_(0.17)Co_(0.10)Mn_(0.56)]O_2包覆LiCoPO_4电化学性能研究

通过共沉淀法与高温固相法相结合的方法合成锂离子电池用富锂层状正极材料Li[Li0.17Ni0.17Co0.10Mn0.56]O2,利用液相沉淀法对材料进行Li Co PO4包覆,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料物性进行表征,利用恒电流充放电仪对材料电化学性能进行研究,结果表明包覆后材料电化学性能有较大改善,0.05 C首次放电比容量为245m Ah/g,经过50次循环后放电比容量为232 m Ah/g,且经过Li Co PO4包覆后材料首次效率明显提高,同时循环及倍率性能也得到改善,包覆层Li Co PO4不仅允许更多锂离子嵌入材料,而且隔绝富锂材料与电解液接触,有效阻止材料与电解液发生反应。     

Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料的制备及性能

采用共沉淀法合成了球形Ni0.13Co0.13Mn0.54(OH)1.6前驱体,与锂结合生成Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料。采用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)和充放电测试对Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料进行了表征。结果表明,所合成的材料具有球形形貌,粒度分布均匀,振实密度达2.1 g/cm3,材料0.2 C首次放电比容量280.9 mAh/g,1 C首次放电比容量237.1 mAh/g,循环50次后1 C容量保持率92.5%,表现出优异的电化学性能。     

富锂锰基Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料的制备及电化学性能研究

采用新颖的一步共沉淀法合成富锂锰基Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学测试对合成材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明,所制备Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料具有较好的多面体形貌,材料颗粒粒径小于500 nm。在2.0~4.8 V充放电区间内,在18 m A/g进行充放电,所制备材料的首次放电比容量达到209.0 m Ah/g,循环50次后容量保持率为87.7%。     

富锂正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.4)Fe_(0.4)]O_2的表面包覆改性

用共沉淀法合成了富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2,并对其表面进行AlPO4包覆。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、电化学测试等方法对样品进行表征。结果表明,与Li[Li0.2Mn0.4Fe0.4]O2相比,包覆改性后的Li[Li0.2Mn0.4Fe0.4]O2具有较好的电化学性能,其初始放电容量未明显降低,而循环寿命大大提高,经50次充放电循环后,容量衰减量在10%左右。     

煅烧温度对Li[Li_(0.2)Ni_(0.15)Mn_(0.55)Co_(0.1)]O_2的影响

用溶胶-凝胶法合成锂离子电池用富锂正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.15)Mn_(0.55)Co_(0.1)]O_2,通过XRD、SEM、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电化学性能测试考察煅烧温度对合成材料结构和性能的影响。900℃下制备的材料具有典型的α-Na Fe O2层状结构、较好的晶型结构及良好的电化学性能。在2.0~4.8 V充放电,20℃下的0.10 C首次放电比容量为235.4 m Ah/g,库仑效率为78.5%;依次以0.10 C、0.20 C、0.50 C、0.75 C和1.00 C循环10次,再以0.20 C放电,首次1.00 C放电比容量为149.7 m Ah/g,最后一次0.20 C放电比容量为首次0.10 C放电比容量的85.9%。     

FePO_4包覆尖晶石Li_(1.1)Mn_(1.9)O_4的高温循环性能

用化学沉积法,在尖晶石Li1.1Mn1.9O4表面包覆FePO4。用XRD、SEM和充放电测试,分析了包覆前后的材料。Fe-PO4包覆量为5%的Li1.1Mn1.9O4在高温(55℃)下以1 mA在3.0~4.3 V循环30次,容量损失率为6.75%,低于包覆前的26.52%,原因是FePO4薄膜隔离了电解液和正极材料。FePO4均匀包覆在表面,没有改变Li1.1Mn1.9O4的结构。     

Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的PVP凝胶燃烧法合成

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)凝胶燃烧法合成了高容量的Li[Li0.2Mn054Ni0.13Co0.13]O2正极材料,研究其结构、形貌和电化学性能.X射线衍射光谱法(XRD)分析表明材料为典型的α-NaFeO2结构,R-3m空间群,结晶良好.从扫描电子显微镜(SEM)图可见材料的晶型发育良好,粒径均匀,大部分晶粒的粒径在0.1～0.2 μ上m,平均粒径为0.16 μm.材料在0.1 C下的首次充电比容量为351.5 mAh/g,放电比容量为284.3 mAh/g,库仑效率为80.9％.0.5 C和1C的首次放电比容量分别为236.1和210.0 mAh/g,分别相当于0.1 C首次放电比容量的83.0％和73.9％.该材料在1C下经过30次循环,容量保持率为85.3％.第2～30次充放电平均库仑效率为98.9％,具有良好的充放电可逆性.     

正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的表面包覆改性研究

采用共沉淀结合固相反应方法合成了富锂的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料,并分别以CeO2和AlF3对这种材料进行了表面包覆改性。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜法(TEM)等方法表征材料的结构和形貌。所合成的球形Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料为层状晶体结构。AlF3可以均匀包覆在Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料表面,包覆层厚度约为2 nm。AlF3包覆后富锂材料的电化学性能提升效果优于CeO2。AlF3包覆量为1%时,该富锂三元氧化物正极材料的首次充放电效率、容量保持率及倍率性能得到了显著的提高。EIS分析表明,AlF3包覆可避免富锂三元氧化物正极材料与电解液的直接接触,降低了传荷阻抗,从而有效提高了材料的电化学性能。     

层状锰基材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的固相合成及电化学性能

采用液相共沉淀合成类球形锰镍钴氢氧化物前驱体,与锂结合生成Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2正极材料。用X射线衍射和扫描电镜对不同温度下合成的粉末样品进行了表征,并研究了材料的电化学性能。通过不同温度条件下烧结样品的晶胞参数及电化学性能研究发现:950℃下合成的样品阳离子排列有序度最好,同时电化学性能也最好。4.2 V首次放电比容量达到157.7 mAh/g,50次循环后仍保持在136.3 mAh/g以上。4.6 V首次放电比容量达到247.9 mAh/g。     

锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的改性研究

采用高温固相合成法制备锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13-x/3)Co_(0.13-x/3)Mn_(0.54-x/3)Cr_xO_2(x=0,0.01,0.02,0.03),其中合成的锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13-x/3)Co_(0.13-x/3)Mn_(0.54-x/3)Cr_xO_2(x=0.02)的粒径分布均匀、结晶程度极高和结构稳定性很好,在不同倍率0.1C、0.2 C、0.5 C、1 C和2 C下的放电比容量分别达到332.11、308.36、271.06、191.56、113.92 m Ah/g,并在0.1 C下循环50次后的放电比容量维持率为97%,所以少量Cr3+的掺杂对正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的充放电比容量、倍率特性和循环稳定性等电化学性能更好。