Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2-V_2O_5复合材料制备及电化学性能研究

采用分步共沉淀反应并通过控温煅烧制备得到了均匀的具有微纳结构的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2微米棒,借助Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2微米棒表面多孔结构吸附偏钒酸铵溶液并通过后期煅烧制备了Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2-V_2O_5复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征了产物成分、形貌和结构。通过计算得到的晶胞参数表明,与10%(质量分数)偏钒酸铵复合得到的产物具有更好的层状结构。通过恒流充放电等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与质量分数为10%五氧化二钒复合的富锂材料首次库伦效率从86%提高到111%,放电容量也有很大程度的提高。这种方法是解决富锂首次效率低问题的一种有效途径。     

FeF_3表面包覆Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2正极材料的制备和电化学性能

采用典型的湿化学法制备了2%(wt)FeF_3包覆的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2材料,并且通过XRD,SEM及TEM等技术来分析材料的微观结构和形貌。结果显示,在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2材料表面包覆着一层5~20 nm厚的FeF_3薄膜。通过电化学性能测试发现,2%(wt)FeF_3@Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2样品的首次库伦效率更高,高倍率性能更佳,循环性能更加稳定。在0.5C倍率下循环100次后,其容量保持率仍有94.2%,放电比容量为190.6 m Ah×g~(-1)。同时电化学阻抗结果表明,FeF_3包覆层能够抑制Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2和电解液之间的副反应,稳定材料的层状结构。     

Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2/V_2O_5复合材料的制备及电化学性能

实验采用NH_4VO_3对富锂锰基材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2(Lirich)进行表面修饰。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及电化学方法等手段进行了表征。TEM显示在材料表面形成10 nm左右的包覆层。XRD结果发现,包覆后的Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2(Lirich-V_2O_5)晶体中出现Li_3VO_4。Lirich-V_2O_5的首次充放电效率为103.1%,说明V_2O_5包覆层对Li Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2起到了预活化的作用。Lirich循环20圈之后的容量保持率为71.4%,而Lirich-V_2O_5的容量保持率则达到了90.4%,说明V_2O_5包覆层有效抑制材料与电解液的副反应。     

溶胶-凝胶法制备条件对Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2电化学性能的影响

以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法通过调节煅烧温度和陈化时间制备了不同粒径的富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2。结果表明材料的粒径随煅烧温度增加,逐渐增大;随着陈化时间的增加,呈现先增大后变小的趋势。当煅烧温度为850℃,陈化时间为10 d时,材料具有最优的电化学性能,尤其是倍率性能。在2.0~4.8 V的电压范围内以0.1 C充放电循环60周后放电比容量仍为206.7 m Ah·g-1,2.0 C时的放电比容量为125.6 m Ah·g-1。     

ZrO_2包覆富锂正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2

采用共沉淀-高温固相法制备了富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2,并使用Zr(OC3H7)4进行了Zr O2包覆改性。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试手段讨论了Zr O2包覆对材料的结构、形貌和电化学性能的影响。Zr O2能均匀覆盖在Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2颗粒表面,包覆后材料的电化学性能有一定的改善。包覆质量分数0.5%的Zr O2样品表现了提高的循环和倍率性能。首次放电容量(0.1 C,2.0~4.8 V)高达250.8 m Ah·g-1,循环45周(0.2C)容量保持为201.6 m Ah·g-1,2.0 C倍率放电容量可达123.2 m Ah·g-1。     

含铝化合物表面包覆对富锂材料(Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2)性能的影响

采用3种含铝化合物(AlPO_4、Al_2O_3和AlF_3)对富锂锰基材料Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2进行表面包覆改性,研究了表面包覆对富锂锰基材料的首圈库伦效率和循环性能的影响。结果表明与原始的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2的库伦效率(71.0%)相比经过AlPO_4表面包覆改性的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2库伦效率最高达到了86.3%。经过50圈循环后相比于原始的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2的容量保持率(58.9%),由Al_2O_3表面包覆改性的容量保持率提高最大,为96.1%。经过AlF_3表面包覆改性的Li_(1.2)[Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)] O_2综合性能最佳,其首圈库伦效率达到了81.1%,容量保持率达到了92.4%。     

铝掺杂对Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀法合成了球型前驱体Ni_(0.25)Mn_(0.75)(OH)_2,与锂源混合煅烧得到锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2,并对其进行铝掺杂改性,得到样品Li_(1.2)(Ni_(0.2)Mn_(0.6))_(1-x)Al_(0.8x)O_2(x=0~0.03)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对各个样品的结构、形貌和电化学性能进行了表征,结果表明:掺杂铝后,样品具有规则的球形形貌,层状结构保持完整,阳离子混排程度降低,铝掺杂量为2%的样品(x=0.02)阳离子混排程度最小,结构最稳定,具有较高的首次充放电效率和最优异的循环性能,其首次充放电效率为84.2%,1C倍率下循环50次的容量保持率为95.7%。     

NaH_(2)PO_(2)改性Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)富锂正极材料的电化学性能EI北大核心CSCD

采用不同物质的量的次亚磷酸钠对富锂正极材料进行改性处理,结果表明:采用4%(质量分数)的次亚磷酸钠改性处理的富锂正极材料表现出优异的循环稳定性,在0.5 C经过150圈循环后仍有85.3%的容量保持率,以及较高的首次Coulombic效率。材料优异的电化学性能一方面归因于次亚磷酸钠热解产生的还原性磷化氢气体与富锂正极材料表面活性氧反应产生氧空位,能够有效降低材料在首次充电过程中的不可逆容量损失;另一方面这一改性措施可以同时实现Na^(+)掺杂,起到稳定晶格结构,抑制相转变的作用,并且能够增大晶胞间距,加快锂离子扩散,降低电化学阻抗。此外,次亚磷酸钠热解所形成的焦磷酸钠包覆层可以保护正极材料,减少过渡金属溶解,从而改善材料循环性能。     

Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2溶胶-凝胶制备与电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成富锂锰基(Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2)正极材料,考察反应pH对材料结构、形貌及电化学性能的影响。X射线衍射(XRD)分析结果表明,制备的材料(Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2)结晶良好,均为理想层状结构的富锂锰基材料。扫描电子显微镜(SEM)分析结果显示,pH 7.0时制得的材料颗粒细小,分散均匀。充放电性能测试结果显示,pH 7的样品具有良好的电化学性能,在2.0~4.8 V以0.05 C充放电时,首次容量达到263 m Ah/g。同时具有良好的倍率性能,1.0 C放电容量达到200 m Ah/g。     

共沉淀法制备Li[Ni_(l/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2及电化学性能研究

采用NH3-NaOH共沉淀法合成了Li[Nil/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料,通过改变NH3·H2O浓度及加料方式研究材料的电化学性能。采用XRD、SEM对晶体的结构和形貌作表征。将正极材料Li[Nil/3Co1/3Mn1/3]O2制成电极极片,组装成电池进行测试。分析测试结果表明,合成的极材料Li[Nil/3Co1/3Mn1/3]O2具有典型的α-NaFeO2结构,粒径分布较好,呈类球形。     

氯掺杂富锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.5)4O_(2)调控晶格氧反应活性及电化学性能EI北大核心CSCD

富锂正极材料因具有能量密度高、电压窗口大等优点受到关注,然而首次Coulombic效率低、循环性能差等缺点阻碍了其商业化应用。采用共沉淀法并通过不同摩尔比的氯离子(Cl^(-))掺杂制备了Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2-x)Cl_(x)(x=0,0.025,0.050,0.100)富锂正极材料。通过X射线光电子能谱、原位X射线衍射和恒电流间歇滴定等技术系统研究了Cl^(-)掺杂对其电化学性能提升的调控机制。结果表明:Cl^(-)掺杂量为0.05时,该正极材料在0.2 C倍率下首次Coulombic效率由72.8%提升至81.5%,在1 C倍率下经200圈循环,容量保持率由57.9%提升至79.1%。材料优异的电化学性能归因于Cl^(-)掺杂能调控材料中O^(2-)的电化学行为,使其更多氧化为O^(n-)(n<2),抑制O_(2)的产生和逸出,减小结构的破坏。同时,由于Cl^(-)具有较大的离子半径,能扩大富锂材料的层间距,降低极化过电位,加快锂离子扩散速率,因此有效提升富锂正极材料的首次Coulombic效率和循环性能。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2(x=0,0.04,0.08,0.12)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱(EIS)对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明:制备出的Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%(即x=0.08)时,得到的正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Mn_(0.56)Cr_(0.08)O_2具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g~(-1)增加到246.6 mA·h·g~(-1),在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g~(-1)增加到104.2 mA·h·g~(-1)。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

锌掺杂对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料结构和电化学性能的影响

采用草酸盐共沉淀法制备出锌掺杂的锂离子电池正极材料,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱(EDS mapping)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)测试,研究Zn2+掺杂对材料晶体结构、形貌及电化学性能的影响。实验结果表明,Zn2+掺杂可抑制高镍材料中的离子混排,形成多孔结构,缩短Li+的扩散路径,从而改善材料的倍率和循环性能。在2.7~4.3 V电压范围内,10 C倍率下Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))0.99Zn0.01O2表现出87.8 m Ah·g-1的放电比容量,比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O2提高了37.0%,1 C倍率下循环100圈后,Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))0.99Zn0.01O2的容量保持率为84.7%,比未掺杂的材料提高了12%。EIS测试结果则进一步验证锌掺杂有效降低了材料的电荷传质阻抗。     

PVP辅助LiMn_2O_4包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用湿法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助尖晶石型LiMn204包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2复合正极材料(LMO@NCM)。以X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术对正极材料的晶体结构、形貌进行表征。采用充放电测试、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)研究正极材料的电化学性能。结果表明,乙酸锰添加量为1.0%(质量分数)的LMO@NCM正极材料具有高容量、良好的倍率与循环性能。该样品0.2C首次放电容量达182.7 mAh/g,在0.5C倍率下循环50次后其容量保持率为83.7%。PVP辅助的尖晶石型LiMn_2O_4包覆层提高材料的电子导电率,抑制了电极界面的副反应,进而提高了材料的电化学性能。     

不同沉淀剂对Li_(1.1)Ni_(0.5)Mn_(0.5)O_2结构和电化学性能的影响

通过共沉淀-高温煅烧方法合成了层状结构的Li1.1Ni0.5Mn0.5O2正极材料,并通过XRD、SEM研究了不同沉淀剂对产物结构和形貌的影响。运用恒电流充放电测试、CV及EIS研究了其电化学性能。结果表明,不同沉淀剂合成的产物均具有良好的层状结构及形貌。碳酸盐为沉淀剂合成的产物锂镍混排度最小,颗粒更均匀,具有最低的极化及最小的电荷转移阻抗,具有最高的容量及最优的倍率性能。     

层状锂离子正极材料Li_(1+x)(Co_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(0.4))O_2的结构和电化学性能的研究

采用溶胶凝胶法,用柠檬酸作为鳌合剂,在不同的温度下合成制备均一的层状锂离子正极材料Li(Co0.2Ni0.4Mn0.4)O2。XRD、SEM实验数据表明,在较低温度700°C下便可制得层状Li1+x(Co0.2Ni0.4Mn0.4)O2,并具有均一的颗粒形貌,颗粒大小为300 nm左右。XPS显示其正极材料中的Co、Ni、Mn的化学价态分别为+3,+2,+4,均为它们的稳定价态。700°C下合成的材料在20mA/g,2.9~4.6 V电压范围内,首次放电比容量为210.2 mAh/g,50周后放电比容量仍高达185.3 mAh/g,容量损失为11.84%。     

钴、铝掺杂对Li_(1.1)Ni_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2结构和电化学性能的影响

采用草酸盐共沉淀法合成Li1.1Ni0.4Mn0.4Co0.15Al0.05O2正极材料,通过XRD分析,计算得出掺杂后晶胞体积收缩,层状结构更加稳定。恒电流充放电测试显示了其良好的充放电性能和循环稳定性。对于不同充电状态的EIS分析,显示其较小的电荷转移阻抗及较好的电荷转移动力学。     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Co_(0.12)Mn_(0.52)O_2的溶胶-凝胶制备与电化学性能研究

以柠檬酸作为螯合剂,通过简单的溶胶-凝胶法制备了富锂层状氧化物Li1.2Ni0.16Co0.12Mn0.52O2纳米颗粒。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果显示:尺寸在100~300 nm的产物具有良好的六方层状结构。作为锂离子电池正极活性物质,在0.1C电流密度和2.0~4.7 V电压区间,Li1.2Ni0.16Co0.12Mn0.52O2电极的初始放电比容量为245.9 mAh·g-1;在0.5C的电流密度下,经过60次循环容量保持率达到97.3%;同时在5C这样高的电流密度下,放电容量也能稳定在115.8 mAh·g-1。     

锰基富锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.59)Co_(0.01)O_2的首次充放电曲线分析

采用溶胶-凝胶法制备了锰基富锂正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.59Co0.01O2。在类似的实验条件下制备了3组样品。分别用3组共计13个样品作为正极、金属锂作为负极制备了扣式电池以研究其首次充放电曲线和Coulomb效率。发现首次充电时平台容量(CP)占总充电容量(CT)的比例为首次Coulomb效率的曲线函数。而首次放电时,在3.5 V两侧均有1个放电平台,其微分容量曲线(d Q/d U)中2个峰的峰值比(PB/PC)为首次Coulomb效率的线性函数。通过分析,提出一个模型来解释锰基富锂材料的首次充放电行为。     

Ti掺杂改性LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料及其电化学性能研究

高镍LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料已商业应用于锂离子动力电池。进一步提升结构稳定性和电化学性能是高镍材料大规模应用的关键。采用Ti~(4+)掺杂来调变材料结构,研究Ti4+掺杂对材料的晶体结构、形貌和电化学性能的影响及作用机制。实验结果表明Ti4+掺杂对颗粒形貌无明显影响,但可有效抑制Li~+/Ni~(2+)离子混排,拓宽过渡金属层间距,提高锂离子扩散速率,从而改善材料循环和高倍率性能。由于Ti~(4+)为电化学惰性离子,低倍率下材料的放电比容量略有下降,1%Ti4+掺杂的样品电化学性能最优。在3.0～4.3 V、5.0 C下的放电比容量为126.6 mA×h·g~(-1),较原材料的91.0 mA×h·g~(-1)提升明显;1.0 C下放电比容量为144.2 mA×h×g~(-1),循环100周后容量保持率高达95.0%。在3.0～4.6 V的电压区间内,1.0 C下循环100周的容量保持率仍有84.1%。