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。     

Cr~(3+)掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能

采用高温固相法合成了Cr~(3+)掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4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Cr~(3+)掺杂量对LiCrxNi_(0.5-0.5x)Mn_(1.5-0.5x)O_4(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Cr~(3+)的掺杂量为x=0.1时(LiCr_(0.1)Ni_(0.45)Mn_(1.45)O_4)正极材料的性能最好,0.1、0.5、1、2及5 C的首次放电比容量依次为131.54、126.84、121.28、116.49和96.82 mAh·g~(-1),1 C倍率下循环50次,容量保持率仍为96.5%。     

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%。     

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。     

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。     

循环性能改善的F-Mg共改性LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2-y)Mg_yO_(2-z)F_z锂离子电池材料（英文）

结合共沉淀法和球磨辅助下的高温固相法,合成层状氧化物正极材料Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2-y)Mg_y]O_(2-z)F_z(0≤y≤0.12,0≤z≤0.08),探究F-Mg掺杂对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2材料的影响。与以往的研究相比,这种掺杂处理在首次库仑效率和循环性能方面的电化学性能得到实质改善。在充放电倍率为0.2C和电压范围为2.8~4.4 V的条件下,Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.11)Mg_(0.09)]O_(1.96)F_(0.04)的首次放电比容量和库伦效率分别为189.7 m A·h/g和98.6%,100次循环后容量保持率为96.3%。电化学阻抗谱(EIS)结果表明,Mg-F掺杂降低了电荷转移电阻,从而提高了反应动力学,这是材料具有更高倍率性能的主要原因。由于Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.11)Mg_(0.09)]O_(1.96)F_(0.04)具有优异的电化学性能,被看作是很有前景的新型锂离子电池正极材料。     

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。     

高振实密度球形LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2粉末的合成及性能

以共沉淀法制备的球形Ni_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)CO_3粉末为前驱体,按一定的比例将碳酸锂与前驱体混合,然后采用高温固相法合成高振实密度球形LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2正极材料.该材料的振实密度达到2.60 g/cm~3,与商品化LiCoO_2的密度相当.SEM分析表明, LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2正极材料与前驱体形貌有良好的继承性,均为理想的球形.XRD物相分析表明,在不同合成温度下的Li Ni_(0.5)Co_(0.3) Mn_(0.2)O_2产物均为具有α-NaFeO_2层状结构的纯相物质,在较高合成温度下所得材料的结晶度较高.电化学性能研究表明,在2.7～4.3 V的电压范围内,电池的放电比容量在0.2C倍率下为168.1 mA-h/g,在1C倍率下为157.6 mA-h/g;经50次循环后,两种放电条件下的电池容量保持率分别为95.1%和97.2%,显示出良好的电化学性能.     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

CSTR系统制备高性能Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2及电化学性能

采用共沉淀法在连续搅拌反应器系统(CSTR)工艺体系中批量合成出镍钴锰三元氢氧化物前驱体Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2(622),掺加适量的Li_2CO_3高温焙烧后得到锂离子二次电池正极材料Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2。使用扫描电子显微镜(SEM)观察样品形貌,X射线衍射仪(XRD)及透射电子显微镜(TEM)分析合成样品的具体结构,利用充放电循环测试系统测试其电化学性能。结果表明,产物为二次粒子团聚而成近似球形颗粒;合成的样品具有典型的层状α-NaFeO_2结构。在电压范围为2.8～4.3 V,1 C倍率条件下,首次充放电容量分别为206和176 mAh·g~(-1),100次循环后库伦效率达到了85%。     

过渡金属对锂离子电池正极材料Li[Ni_xCo_yMn_z]O_2(0.6≤x≤0.8)结构和电化学性能的影响（英文）

利用共沉淀法制备具有典型六边形α-NaFeO_2结构的正极材料Li[Ni_xCo_yMn_z]O_2(0.6≤x≤0.8)。XRD结果表明:(003)峰与(104)峰的强度比随镍含量的减少而增加,随钴含量的增加而增加。SEM结果表明:材料是由微小的初级颗粒聚集而成的二次颗粒,并且随锰含量的增加,初级颗粒和二次颗粒变大,同时Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2颗粒分布比较均匀,颗粒大小为100~300 nm。尽管锂离子电池Li/Li[Ni_xCo_yMn_z]O_2的首次放电容量随镍含量的减少而减小,但是循环和倍率性能却随锰或钴含量的增加而得到改善。Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2具有良好的循环性能,在循环50次后还能保持97.1%的容量保持率。     

锂离子电池复合正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/C的制备及性能研究（英文）

通过共沉淀法合成了层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,并用柠檬酸包覆在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/C表面制备出一系列的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/C复合材料。利用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)对未包覆样品和复合材料进行表征,采用恒流充放电和交流阻抗技术对其电化学性能进行测试。XRD分析结果表明,碳包覆没有改变LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/C的晶形结构;C包覆量为5%(质量分数)的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2样品展现出优良的电化学性能,在2.8~4.6V电压范围内,0.1C倍率充放电条件下,其首次放电比容量为174.2mAh·g-1,远高于未包覆样品的156.7mAh·g-1。     

煅烧温度对锂电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的结构和电学性能影响

采用氢氧化物共沉淀法合成前驱体Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2,进一步用高温固相法与锂源共混煅烧得到LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。通过TGA、XRD、SEM、电化学测试等初步探讨了前驱体与锂源在高温煅烧过程中的反应机理及不同煅烧温度对材料结构和性能的影响。结果表明:前驱体与锂源的融合反应发生在750℃之前,继续升高温度是晶体的不断完善过程,材料质量几乎没有变化;对750~900℃煅烧的材料进行结构分析表明,所有材料均具有良好的α-NaFeO_2层状结构和较小的阳离子混排度,850℃煅烧的材料晶体生长和表面结构最完美,其在0.2 C,2.5~4.6 V的充放电测试条件下,具有最高的首次放电容量193.7mAh/g,循环30次后的容量保持率为94.2%,并且具有最好的倍率性能。     

锂离子电池复合正极材料Li_(1+x)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(1-x)O_2(0≤x≤0.3)中锂含量对电化学性能的影响（英文）

为了确定具有固定比例的富锂锰基(Mn:Ni:Co=0.6:0.2:0.2)正极材料中的最优锂含量,制备了Li_(1+x)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(1-x)O_2(x=0,0.1,0.2,0.3)复合物正极材料。XRD测试表明,富锂锰基复合材料具有典型的空间R3m和C2/m层状复合结构。SEM观察表明,颗粒粒度在0.4~1.1之间,并且粒度随锂含量的增加而增大。Li_(1.2)(Mn_(0.6)-Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.8)O_2具有较好的首次放电容量,在电流密度为20 mA/g,电压为2.0~4.8 V下,其首次放电容量为275.7 mA·h/g。然而Li_(1.1)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.9)O_2表现出较好的循环性能,在0.2C、50次循环后,容量保持率为93.8%,在反应动力学中具有较好的锂离子脱嵌能力。     

Synthesis and electrochemical performances of high-voltage LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 cathode materials prepared by hydroxide co-precipitation method

Spherical cathode material LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 for lithium-ion batteries was synthesized by hydroxide coprecipitation method. X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM) and electrochemical measurements were carried out to characterize prepared LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 cathode material. SEM images show that the LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 cathode material is constituted by micro-sized spherical particles(with a diameter of around 8 μm). XRD patterns reveal that the structure of prepared LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 cathode material belongs to Fd3m space group. Electrochemical tests at 25 °C show that the LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 cathode material prepared after annealing at 600 °C has the best electrochemical performances. The initial discharge capacity of prepared cathode material delivers 113.5 mAh·g~(-1) at 1C rate in the range of 3.50–4.95 V, and the sample retains 96.2%(1.0C) of the initial capacity after 50 cycles. Under different rates with a cutoff voltage range of 3.50–4.95 V at 25 °C, the discharge capacities of obtained cathode material can be kept at about 145.0(0.1C), 126.8(0.5C), 113.5(1.0C)and 112.4 mAh·g~(-1)(2.0C), the corresponding initial coulomb efficiencies retain above 95.2%(0.1C), 95.0%(0.5C), 92.5%(1.0C) and 94.8%(2.0C), respectively.     

定-转子反应器制备LiFe_(1-x)M_xPO_4(M=Mn,Ni)粉体及其电性能研究

采用具有高效传质和微观混合性能的定-转子反应器制备了Li Fe_(1-x )Mn_(x )PO_4(x=0.0,0.1,0.2,0.3)和Li Fe_(1-x )Ni_(x )PO_4(x=0.00,0.03,0.05,0.07)粉体,分别用作正极材料制成电池后,采用电池测试系统测定了电池的电化学性能随温度的变化规律。结果表明,粉体颗粒呈类球形,尺寸分布均匀,粒径范围为5~10μm,Mn和Ni的掺杂没有改变粉体的晶体结构。以Li Fe_(0.8)Mn_(0.2)PO_4和Li Fe_(0.95)Ni_(0.05)PO_4 2种组成的粉体性能最好,在倍率0.1 C下,所得电池的首次充放电比容量在室温和50℃时,分别为153.2和155.7 m Ah/g,及156.4和160.4 m Ah/g;100次充放电循环后电池的容量保持率分别为95.4%和96.5%,及93.8%和95.0%。借助具有过程强化作用的定-转子反应器制备的Mn和Ni掺杂Li Fe PO_4正极材料的电性能得到显著提高,原因是定-转子反应器一方面可以制备颗粒尺寸均匀的粉体,另一方面又可使掺杂的Mn和Ni在粉体颗粒中均匀分布,两者同时提高了电池中Li~+的扩散速率,进而提高了锂离子电池的电化学性能和高温电性能。