锂离子电池正极材料的研究现状

锂离子电池作为主要绿色电源之一,以高能量密度、高比容量、循环稳定性以及无污染等特点成为公认的比较有前景和市场的新世纪绿色能源,而正极材料严重制约着电池的能量密度的提升和循环稳定性以及安全性能等,文章介绍了各几种主要正极材料结构形态,比较了它们的性能优缺点及改性优化工艺,并阐明了正极材料发展方向。     

LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的合成与性能

采用共沉淀-高温固相法制备LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2锂离子正极材料,并使用X 射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）技术分别表征其结构和形貌.然后将所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料组装成扣式电池,并表征其电化学性能,探讨烧结温度和锂配量对其电化学性能的影响.结果表明：所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的放电比容量随烧结温度的升高而增大,且在900℃时表现出最佳的电化学性能.室温下,1C倍率下,锂配量(n(Li)/n(Ni+ Co+ Mn)=1.09)时,正极材料的首次放电容量为143.7 mAh/g,50次循环后,正极材料的放电比容量仍有141.3 mAh/g,容量保持率为98.3%.     

面密度和压实密度对锂离子电池快充性能的影响

以LiCoO₂为正极材料制备成软包电池,探究不同面密度及压实密度对其快速充电性能及循环性能的影响.采用扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）技术表征正极材料表面形貌和结构的变化.实验电池以高倍率6 C充电（1 C放电）并测试其电性能.结果表明:随着面密度增加,电池内阻明显增加,放电比容量降低且循环性能变差;面密度从150 g/m2提升到220 g/m2,电池循环1 000次后容量保持率由89.06 %下降到60.45 %.而随着压实密度的提高,循环性能先提升后下降,适当增大压实密度可有效地减小电池内阻并缩短Li+迁移路径,循环性能也有所提升.当压实密度为3.32 g/cm3时,电池循环500次后,容量保持率有91.50 %.      

电池材料LiNi_(0.7)Mn_(0.3)O_2在熔盐中的生长与电化学性能

以NaCl为熔剂,采用熔盐法制备了锂离子正极材料LiNi_(0.7)Mn_(0.3)O_2,通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)及充放电曲线测试对材料结构、形貌以及对应的电化学性能进行了表征。结果表明:在熔盐与产物摩尔比例为4,温度850℃下保温8 h时,可得到晶格发育较好、阳离子混排度低的正极材料,该材料在2.75~4.2 V电压范围内0.2 C充放电,首次放电比容量达180 m Ah/g左右,循环50次后,比容量约保持在160 m Ah/g。而850℃下保温6 h合成的材料晶粒较小但不均匀,具有最大的首次放电比容量,其放电平台较窄,应用受限。     

分散剂对石墨烯正极浆料的影响

以脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）为分散剂,添加到含少层石墨烯粉末的三元材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂正极浆料中,制备出分散性较好的含石墨烯三元正极浆料。通过扫描电子显微镜（SEM）、电池测试系统及电化学工作站对含不同质量的分散剂的正极极片的形貌、电性能和内阻进行表征。研究表明,加入0.4 %的分散剂制作出的正极极片导电率最高,有效抑制正极浆料中石墨烯颗粒的团聚现象,降低正极材料界面内阻,提高循环性能;在2.75~ 4.2 V电压范围内,以1 C充电6 C放电情况下,循环500次后,容量从126 mAh/g衰减至106.2 mAh/g,容量保持率为84.2 %,而未加分散剂含石墨烯的容量保持率为80%。      

云母氧化铁的合成及表征

采用熔盐法,合成片状ɑ-Fe₂O₃ 粉体,并考察了多个参数对样品的影响,通过TG-DTA曲线分析了试样在加热过程中的吸热、放热及失重变化,运用图像分析仪、SEM、XRD等测试对样品ɑ-Fe₂O₃ 粉体的形貌、晶体结构进行了分析,探究了各因素对样品ɑ-Fe₂O₃片形成性能和形貌的影响。结果表明:在相同工艺条件下熔盐选用硫酸复盐（Na₂SO₄ +K₂SO₄ ）钠、钾盐摩尔比为1:1.25 时较利于片状样品的合成;烧结至1 150℃保温3 h的合成工艺制得的样品成片较好;同时适量Al3+的加入可改变试样晶体结构、改善粉体形貌,且当Al3+含量为4%时,合成样品的晶粒大小适中且均匀性好,颜色鲜艳。