锂离子电池正极材料(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)的流变相法合成及其电化学性能

以Li2CO3,Ni(NO3)2,Co2O3和Mn O2为原料,经流变相法合成了锂离子电池正极材料Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2(1),其结构和形貌经XRD和SEM表征。考察了煅烧温度(T)和煅烧时间(t)对1Tt电化学性能的影响。采用乙炔黑作导电剂,制备了1Tt的锂离子正极材料(2Tt)。电化学性能测试结果表明:于800℃煅烧12 h制备的280012电化学性能最好。在充放电条件[2.5 V~4.5 V,0.2 C倍率]下,280012首次放电比容量为180 m Ah·g-1,循环性较好。     

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xZnxO2(x=0,0.02,0.05)正极材料.循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V,电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266Ω减小到102Ω. Li+嵌入扩散系数从1.20×10-11 cm2·s-1增大到2.54×10-11 cm2· s-1. Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定,其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g-1,室温下循环100周后容量几乎没衰减;高温(55°C)下充放电循环100周,其放电比容量平均每周仅衰减0.20%,远小于其他两种正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2平均每周衰减0.54%;Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Zn0.05O2平均每周衰减0.38%). Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g-1,高于其他两种正极材料.电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗,增大了锂离子扩散系数     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及其电化学性能

以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2(2)和Li2CO3为原料,在空气气氛中,经过高温热处理工艺制备了高结晶度的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(1)。正交试验确定最佳工艺条件为:2 0.3 mol,n(Li):n(2)=1.2,于950℃反应13 h。电化学性能研究结果表明,在2.7 V～4.6 V,电流密度16 mA.g-1时,1的首次放电比容量为203.4 mAh.g-1;经16 mA.g-1循环2次,32 mA.g-1循环9次,80 mA.g-1循环20次后放电比容量为164.1 mAh.g-1。     

Ag/C包覆对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响

运用共沉淀和元素化学沉积相结合的方法,制备出了具有Ag/C包覆层的层状富锂固溶体材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、恒流充放电、循环伏安(CV),电化学阻抗谱(EIS)和X射线能量散射谱(EDS)方法,研究了Ag/C包覆层对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响.结果表明,Ag/C包覆层的厚度约为25 nm,Ag/C包覆在保持了固溶体材料α-NaFeO2六方层状晶体结构的前提下,显著地改善了Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的电化学性能.在2.0-4.8 V(vs Li/Li+)的电压范围内,首次放电(0.05C)容量由242.6 mAh·g-1提高到272.4 mAh·g-1,库仑效率由67.6%升高到77.4%;在0.2C倍率下,30次循环后,Ag/C包覆的电极材料容量为222.6 mAh·g-1,比未包覆电极材料的容量高出14.45%;包覆后的电极材料在1C下的容量仍为0.05C下的81.3%.循环伏安及电化学交流阻抗谱研究表明,Ag/C包覆层抑制了材料在充放电过程中氧的损失,有效降低了Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2颗粒的界面膜电阻与电化学反应电阻.     

Ag/C包覆对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响

运用共沉淀和元素化学沉积相结合的方法,制备出了具有Ag/C包覆层的层状富锂固溶体材料Li [Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、恒流充放电、循环伏安(CV),电化学阻抗谱(EIS)和X射线能量散射谱(EDS)方法,研究了Ag/C包覆层对Li[Li0.2Mn0.54Ni03Co013]O2电化学性能的影响.结果表明,Ag/C包覆层的厚度约为25 nm,Ag/C包覆在保持了固溶体材料α-NaFeO2六方层状晶体结构的前提下,显著地改善了Li[Li0.0Mn054Ni0.13Co013]O2的电化学性能.在2.0-4.8 V (vs Li/Li+)的电压范围内,首次放电(0.05C)容量由242.6 mAh·g-1提高到272.4 mAh·g-1,库仑效率由67.6％升高到77.4％;在0.2C倍率下,30次循环后,Ag/C包覆的电极材料容量为222.6 mAh·g-1,比未包覆电极材料的容量高出14.45％;包覆后的电极材料在1C下的容量仍为0.05C下的81.3％.循环伏安及电化学交流阻抗谱研究表明,Ag/C包覆层抑制了材料在充放电过程中氧的损失,有效降低了Li[Li02Mn0.54Ni0.13Co013]O2颗粒的界面膜电阻与电化学反应电阻.     

xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.7Co0.3O2的低温燃烧合成及电化学性能研究

采用低温燃烧法合成了锂离子电池正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.7Co0.3O2,对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了系统的研究,通过单因素试验对合成条件和材料的组成进行了优化。结果表明:采用低温燃烧法合成的富锂层状正极材料具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌和良好的电化学性能;其最佳合成条件为:回火温度850℃,回火时间20 h;Li2MnO3的最佳配比为x=0.7。在此条件下合成的0.7Li2MnO3-0.3LiNi0.7Co0.3O2,最高放电比容量达到263.1 mAh.g-1,并具有良好的循环性能和倍率性能。     

锂离子电池富锂过渡金属氧化物xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(M=Ni,Co或Mn)正极材料

作为下一代高比能锂离子电池正极材料的有力竞争者,富锂过渡金属氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co或Mn)相对于传统的锂离子电池正极材料而言,具有比容量高的显著优势(可超过300mAh/g),因此近年来得到了广泛关注。本文对富锂过渡金属氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co或Mn)近几年的研究进展进行了总结,对该类材料的晶体结构特征以及首次充放电机理、不同合成方法的发展以及电化学性能的改善进行了评述,并对这类材料今后的发展方向提出了思考。     

Li[Mn1/3-x/3 Ni1/3-x/3 Co1/3-x/3 Crx ]O2系列正极材料的合成及性能研究

采用改进的固相法一步反应成功制备了掺杂Cr的系列正极材料Li[Mn1/3-x/3Ni1/3-x/3Co1/3-x/3Crx]O2(x=0, 0.015, 0.025, 0.050, 0.100),用XRD, SEM和充放电测试等考察了它们的物理性质和电化学性能.结果表明,所合成的正极材料具有O2层状结构,规则的形貌和均匀的粒径尺寸分布,其嵌锂脱锂均为一步机理.加入适量的Cr可提高该系列正极材料的电化学性能和循环稳定性.x=0.015时的正极材料电化学性能最佳,室温下其首次放电比容量为138.60 mAh·g-1,并且循环性能最好.     

柠檬酸(铵)处理对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能影响的研究

以共沉淀法制备的[Mn0.54Ni0.13Co0.13]1.25CO3为前驱体,配锂焙烧获得了富锂锰基固溶体Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2,然后分别用柠檬酸、柠檬酸三铵对该材料进行表面预处理。结果表明经柠檬酸(铵)处理后,Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2中分别有16.37wt%和13.14wt%的锂被化学脱出。充放电测试结果表明,表面处理后的样品首次效率有了较大的提高(由63.5%分别提高到了80.2%和80.7%),0.2C循环40次容量保持率分别由91.43%提高到97.42%和92.72%,1C容量由处理前的149.5 mAh.g-1提高到179.5mAh.g-1和181.5 mAh.g-1,表明处理后材料的循环性能和倍率性能都得到了改善。这主要是由于柠檬酸(铵)处理,预先脱出了Li2MnO3组分中的部分Li2O,并在材料表面生成了类尖晶石结构的材料。     

锂离子正极材料Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(1-x)Al_xO_2的制备及电化学性能

以化学法合成Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xAlxO2系列正极材料(0≤x≤0.1);用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和充放电仪研究系列产物的晶体微观结构、表面形貌以及电化学性能,研究不同Al含量参杂对材料性能的影响。结果表明,合成的材料均属于六方晶系,R3m空间群,保持α-NaFeO2层状结构相;Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Al0.05O2的首次放电容量166.30 mA·h/g,在2.5~4.5 V区间60次循环后比容量衰竭率为4.43%。通过对比Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Al0.05O2和Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的电极阻抗,分析它们的电化学循环机理,可知掺杂Al后的正极材料适合大倍率放电。     

xLi2MnO3·(1-x)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(x=0.1、0.2、0.3和0.4)固溶体材料性能研究

通过LiNO3与Mn(NO3)2的混合溶液与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉体共混干燥后在900℃热处理12 h制备了xLi2MnO3.(1-x)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(x=0.1、0.2、0.3和0.4)固溶体。随着x的增加,固溶体的XRD峰强度减弱,峰形变宽,而在20°~30°间的结构特征峰(LiMn6)更加明显;尽管固溶体的外观形貌为团聚状,但组成其的单颗粒平均粒径随着x增大,由x=0.1时的250 nm增大到x=0.4时的350 nm。随着充放电截止电压的升高,固溶体的放电比容量增大;在2.5~4.6 V间充放电,当x=0.2时,充放电的极化最小,放电平台最高;不同倍率充放电循环21周后发现随着x的增大,容量保持率从91.2%增加大105.6%。研究结果表明,Li2MnO3可以改善LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的电化学性能。     

锂离子电池新型正极材料xLiF-(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4的制备及电化学性能研究

采用高能球磨法通过不同球磨时间合成 xLiF-(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4新型正极材料,并对材料进行石墨烯复合改性,提高其性能。结合X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学性能测试和X-射线电子能谱（XPS）对xLiF-(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4正极材料性能进行表征。研究表明,球磨24小时产物的放电容量最高,为157.3 mAh g-1。并且LiF与(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4比例为1.5:1(x=1.5)时放电容量最高。此外正极材料添加石墨烯能改善材料的电化学性能,石墨烯复合量为20%,在室温、0.05 C(1C=250 mAh g-1)、1.5 -4.8 V下,材料首圈的放电比容量为235 mA hg -1,相较于无石墨烯的材料,在1 C和5 C倍率下,放电比容量分别为151和114 mAh g-1。同时分析了正极材料放电容量随截止电压的变化,确定了复合正极材料在高电压下有获得更高放电容量的潜力。     

Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-2xTixNbxO2的合成及电化学性能

采用共沉淀-高温固相烧结法在900oC空气中煅烧,合成了层状复合掺杂型正极材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-2xTixNbxO2(x=0,0.002,0.005,0.01,0.02).通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和电化学测试等观察与研究掺杂元素对Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2的形貌结构和电化学性能的影响.结果表明,适量Ti、Nb掺入Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2,降低了材料的阳离子混排程度,且晶胞参数随着掺杂量的增加而增加.与未掺杂材料相比,Ti-Nb复合掺杂的样品具有更好的电性能和高温性能.当x=0.005时,材料的综合性能最好,方型铝壳电池3.0~4.2 V电位区间首次1C放电比容165.9 mAh.g-1,常温循环100周期容量保持率96.5%,55oC循环300周期容量保持率为92.6%,80oC/6 h高温存储后冷却2 h电池厚度膨胀率9.8%.     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)Zr_xO_2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06).通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安(CV)及电化学交流阻抗谱(EIS)技术对其电化学性能进行测试.结果表明,Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06)正极材料均具有α-NaFeO2型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C(充放电电流以1.0C=180 mA·g-1计算)倍率充放电进行测试,样品Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2的首次放电比容量分别为280.3和206.4 mAh·g-1.其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g-1.在50、25和-10°C,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在-10°C经过50次循环后正极材料Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2正极材料的性能

富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料颗粒尺寸在100～200 nm范围,YF3包覆不会改变材料结构和形貌.电化学恒流充放电测试表明,YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2电极的比容量,尤其倍率比容量明显提高.60 mA·g-1电流密度下包覆电极材料30周循环后其比容量保持在220 mAh·g-1以上,1500 mA·g-1电流密度下其比容量仍可达150 mAh·g-1.电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,YF3包覆电极电荷转移电阻和扩散阻抗均明显降低,有利于电化学性能改善.     

Ultrathin 3 V Spinel Clothed Layered Lithium-Rich Oxides as Heterostructured Cathode for High-Energy and High-Power Li-ion Batteries

In an attempt to overcome the drawbacks of high-capacity layered lithium-rich cathodes xLi2MnO3·(1–x)LiMO2(0-1 and maintains 259.8 mAh g^-1 after 80 cycles at 0.1 C rate.Meanwhile,it delivers outstanding rate discharge capacities of 229.4 mAh g^-1 at 1 C,216.8 mAh g^-1 at 2 C and 184.4 mAh g^-1 at 5 C as well as alleviated voltage fade.It is believed the ultrathin clothing spinel layer plays a vital role in the modification of the materials kinetics,and structural and electrochemical stability of the heterostructured cathode.     

AlF3包覆对Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2正极材料电化学性能的影响

通过共沉淀法制备锂离子电池富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2,并对其进行AlF3包覆。实验结果表明,通过AlF3包覆,材料的电化学性能得到明显提高。在0.2C下,包覆前材料的首次放电比容量为253 mAh.g-1,首次充放电效率仅为88.8%。经过AlF3包覆,材料的首次放电比容量提高到294 mAh.g-1,首次充放电效率高达96.4%。同样,在1.0C下循环50次,未包覆材料的放电比容量由225 mAh.g-1降到185 mAh.g-1,容量保持率仅为82.2%。经过AlF3包覆,材料的放电比容量由230mAh.g-1仅降为222 mAh.g-1,容量保持率高达96.5%。     

纳米片LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的制备与研究

采用氢氧化物共沉淀-高温煅烧方法成功制备出具有较低阳离子混排的纳米片LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)正极材料。这种纳米片有利于锂离子的扩散。所以纳米片LNCM正极材料表现出了比商业化LNCM材料更加优异的倍率性能:在3.0~4.6 V下,10 C首次放电容量可达85.5 mAh·g-1,能量密度可达310.2 Wh·kg-1。     

废旧锂电池中镍钴锰的回收及正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的制备

本文以废旧锂电池为原料,经过解体分选、硫酸浸出、除杂净化等一系列工序,回收得到含镍钴锰的混合溶液,采用氢氧化物共沉淀法制备LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料。分别采用XRD,TG/DSC,SEM对其进行表征,并通过恒电流充放电测试和循环性能测试对材料的电化学性能进行分析。结果表明,合成得到的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料具有典型的层状结构,并呈现球形或类球形的形貌。在0.1C,电压范围为2.75～4.3 V的条件下,经恒流充放电测试,它的首次放电容量为136.5 mAh.g-1,经过30个循环后,放电容量为124.9 mAh.g-1,容量保持率高达91.5%,表现出较优异的电化学性能。     

富锂锰基层状正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2·0.4LiNi_xMn_yCo_(1-x-y)O_2(x<0.6,y>0)的制备及性能研究

采用碳酸盐共沉淀法合成出前驱体,然后通过高温固相法制备了富锂锰基材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4Li NixMnyCo1-x-yO2(x0.6,y0).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.高温原位XRD测试结果表明,随着温度和Ni含量增加,材料的晶胞参数发生较大变化,温度达800 o C时,高Ni组成的材料阳离子混排现象严重,并伴有尖晶石相生成.电性能测试结果表明,在充放电电压为2.0~4.6 V、电流密度20m A·g-1条件下,低Ni含量材料表现出较好的电化学性能,首周放电容量达260.1 m Ah·g-1,首次效率为83.2%,经过50次循环后放电容量保持率高达99.7%,且在电池循环过程中,放电电压平台下降较少.