锰离子氧化沉淀法实现锂离子电池LiNi0.8Co0.05Mn0.15O2材料的回收和利用

以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH₄HCO₃为沉淀剂,利用Mn²⁺在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_0.8Co_0.05Mn_0.15O₂的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn²⁺被氧化为不溶于非还原性酸的MnO （OH）₂,并在酸性条件下回收。Ni、Co则在碱性条件下利用NaOH回收,而Li则利用NH₄HCO₃回收。该方法中Mn的回收率达到85.1%,产品纯度达到98.6%; Li的回收率达到95.0%,产品纯度达到99.3%。由回收材料重新合成的三元正极组装的软包电池的首圈放电比容量达到了175 mAh·g^-1,可以以超过99.5%的库仑效率稳定循环50圈。     

层状Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2正极材料的合成与电化学性能研究

采用共沉淀-喷雾造粒法制备前驱体, 于750 ℃在空气中煅烧20 h合成出层状Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂正极材料, 并用XRD, SEM, 粒度分析和电性能测试考察了所得材料结构、形貌及电化学性能. 本层状Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂正极材料具有α-NaFeO₂结构, 六方晶系, R3m空间群, 其晶胞参数为a＝0.2865 nm, c＝1.4238 nm. 当材料分别在2.8～4.2, 2.8～4.5 V间进行充放电时, 其首次放电容量分别为173.5和185.4 mAh•g^－1, 首次充放电效率分别为90%和83.8%, 40次循环后容量保持率分别为96%和84%.     

高密度非球形和球形LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的合成和性能比较

利用二次干燥法和共沉淀法分别制备出了非球形的Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3OOH前驱体和球形Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂前驱体, 并分别和LiNO₃混合烧结合成高密度非球形和球形的锂离子正极材料Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂. XPS分析表明, 二次干燥法制备的非球形Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3OOH前驱体其过渡金属Ni, Co和Mn的价态分别是＋2, ＋3和＋4, 而共沉淀法制备的球形Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂前驱体其各金属价态为＋2; X射线衍射分析表明, 非球形的Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3OOH前驱体比球形的前驱体具有较高的活性, 能够在低温下合成出Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂, 而且制备的产物结晶度高, 具有规整的层状α-NaFeO₂结构, 扫描电镜显示制备的非球形产物颗粒均匀, 颗粒间隙小, 振实密度高达2.95 g•cm^－3, 远高于球形的振实密度2.35 g•cm^－3; 充放电实验表明, 由非球形前驱体制备的Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂其充放电性能和循环性能以及体积比容量均高于球形正极材料.     

高密度非球形和球形LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的合成和性能比较

利用二次干燥法和共沉淀法分别制备出了非球形的Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3OOH前驱体和球形Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂前驱体, 并分别和LiNO₃混合烧结合成高密度非球形和球形的锂离子正极材料Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂. XPS分析表明, 二次干燥法制备的非球形Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3OOH前驱体其过渡金属Ni, Co和Mn的价态分别是＋2, ＋3和＋4, 而共沉淀法制备的球形Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂前驱体其各金属价态为＋2; X射线衍射分析表明, 非球形的Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3OOH前驱体比球形的前驱体具有较高的活性, 能够在低温下合成出Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂, 而且制备的产物结晶度高, 具有规整的层状α-NaFeO₂结构, 扫描电镜显示制备的非球形产物颗粒均匀, 颗粒间隙小, 振实密度高达2.95 g•cm^－3, 远高于球形的振实密度2.35 g•cm^－3; 充放电实验表明, 由非球形前驱体制备的Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂其充放电性能和循环性能以及体积比容量均高于球形正极材料.     

固相燃烧法制备去顶角八面体LiZn0.08Al0.01Mn1.91O4正极材料及其电化学性能

通过固相燃烧法快速合成了包含{111}、{100}和{110}晶面的单晶去顶角八面体形貌LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄正极材料。结果表明,Zn-Al共掺促进了尖晶石型LiMn₂O₄材料的晶体发育和晶面择优生长,形成了单晶去顶角八面体形貌晶粒,有效抑制了Jahn-Teller效应,减缓了Mn溶解,增强了其晶体结构稳定性,显著提升了合成材料的电化学性能。LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄在5C和10C下的首次放电比容量分别为92.6和76.5 mAh·g^-1,经过2 000次循环后的容量保持率分别为70.4%和74.8%。即使在15C高倍率下,仍有64.2 mAh·g^-1的首次放电比容量,循环800次后容量保持率达到82.2%。与LiZn_0.08Mn_1.92O₄相比,LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄正极材料具有较大的Li+扩散系数(1.02×10^-11 cm²·s^-1)和较小的表观活化能(25.60 kJ·mol^-1),表明Zn-Al共掺和单晶形貌调控策略能够降低Li+在脱/嵌过程的能垒和增大Li+在电极材料中的扩散速率。     

层状正极材料LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2的结构及电化学行为

采用溶胶-凝胶方法制备了正极材料LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂。XRD、XPS测试结果表明：LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂中阳离子排列有序度较高，层状结构明显；Co、Mn分别以+3、+4价形式存在，Ni以+2、+3价形式存在，且Ni²⁺与Ni³⁺的含量之比约为1∶1。SEM测试结果表明：正极材料LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂结晶粒径较均匀。充放电测试结果表明：与LiCoO₂相比，尽管LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂的放电电压平台较低，但放电容量较高；在恒流充电模式下，当充电截止电压由4.35 V升高至4.75 V时，首次放电容量由179 mAh·g^-1增至201 mAh·g^-1，50次循环后，容量保持率由74.95%增至78.48%；在先恒流再恒压的充电模式下，电池首次放电容量为212 mAh·g^-1，50次循环后，容量保持率提高到87.71%。循环伏安测试表明：在2.80～4.80 V扫描范围内，该正极材料发生Ni²⁺/Ni³⁺，Co³⁺/Co⁴⁺两对电化学反应。EIS测试表明：随着充电截止电压的增大，该正极材料的传荷电阻变小。     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn⁴⁺掺杂的Co₃O₄复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn⁴⁺掺杂,Co₃O₄复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当n_Co∶n_Mn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m²·g^-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g^-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g^-1,这比纯Co₃O₄纳米纤维的416 F·g^-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co₃O₄纳米纤维则是76.4%。     

快离子导体LiTi2(PO4)3在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的原位反应包覆及其电化学性能

通过原位反应法,利用富镍层状金属氧化物LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（LNCM811）正极材料表面残余的氢氧化锂和碳酸锂,与C₈H₂₀O₄Ti和（NH₄）H₂PO₄反应,在LNCM811表面原位生成快离子导体LiTi₂（PO₄）₃（LTP）包覆层。这种原位反应的包覆方法有利于移除LNCM811表面有害的残留物氢氧化锂和碳酸锂。而且,获得的LTP均匀包覆层不仅可以有效地抑制LNCM811表面和电解液的直接接触及其副反应,还可以确保充放电循环过程中LNCM811正极材料的快速Li⁺传导。因此,在LTP包覆层的多重作用下,LTP包覆的LNCM811正极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能：在0.2C时,首次放电比容量高达200.6 mAh·g^-1,200圈后的可逆容量依然有155.7 mAh·g^-1;在2C和5C的高电流密度下,200圈后的可逆容量仍然有126.4和111.9 mAh·g^-1。     

固相燃烧法制备去顶角八面体LiZn0.08Al0.01Mn1.91O4正极材料及其电化学性能

通过固相燃烧法快速合成了包含{111}、{100}和{110}晶面的单晶去顶角八面体形貌LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄正极材料。结果表明,Zn-Al共掺促进了尖晶石型LiMn₂O₄材料的晶体发育和晶面择优生长,形成了单晶去顶角八面体形貌晶粒,有效抑制了Jahn-Teller效应,减缓了Mn溶解,增强了其晶体结构稳定性,显著提升了合成材料的电化学性能。LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄在5C和10C下的首次放电比容量分别为92.6和76.5 mAh·g^-1,经过2 000次循环后的容量保持率分别为70.4%和74.8%。即使在15C高倍率下,仍有64.2 mAh·g^-1的首次放电比容量,循环800次后容量保持率达到82.2%。与LiZn_0.08Mn_1.92O₄相比,LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄正极材料具有较大的Li+扩散系数(1.02×10^-11 cm²·s^-1)和较小的表观活化能(25.60 kJ·mol^-1),表明Zn-Al共掺和单晶形貌调控策略能够降低Li+在脱/嵌过程的能垒和增大Li+在电极材料中的扩散速率。     

层状Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2正极材料的合成与电化学性能研究

采用共沉淀-喷雾造粒法制备前驱体, 于750 ℃在空气中煅烧20 h合成出层状Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂正极材料, 并用XRD, SEM, 粒度分析和电性能测试考察了所得材料结构、形貌及电化学性能. 本层状Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂正极材料具有α-NaFeO₂结构, 六方晶系, R3m空间群, 其晶胞参数为a＝0.2865 nm, c＝1.4238 nm. 当材料分别在2.8～4.2, 2.8～4.5 V间进行充放电时, 其首次放电容量分别为173.5和185.4 mAh•g^－1, 首次充放电效率分别为90%和83.8%, 40次循环后容量保持率分别为96%和84%.     

Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料

以金属硫酸盐为原料,NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,用共沉淀法合成了Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05(OH)前驱体,再进行配锂并通过高温固相法合成了Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料Li(Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05)O₂。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、 循环伏安(C-V)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明Ni-Mn共掺杂正极材料Li(Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05)O₂有优秀的电化学性能:在3.0~4.4 V和3.0~4.5 V区间,0.5C倍率下首次放电比容量分别为162 mAh·g^-1和187 mAh·g^-1,循环100次后容量保持率分别为94%和94%。     

Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料

以金属硫酸盐为原料,Na OH和NH3·H2O为沉淀剂,用共沉淀法合成了Co0.9Ni0.05Mn0.05(OH)前驱体,再进行配锂并通过高温固相法合成了Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料Li(Co0.9Ni0.05Mn0.05)O2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(C-V)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明Ni-Mn共掺杂正极材料Li(Co0.9Ni0.05Mn0.05)O2有优秀的电化学性能:在3.0~4.4 V和3.0~4.5 V区间,0.5C倍率下首次放电比容量分别为162.5 m Ah·g-1和185 m Ah·g-1,循环100次后容量保持率分别为94.4%和93.7%。     

正极材料Li(Ni0.5Mn0.5)1-xMxO2 (M=Ti，Al；x=0，0.02)电化学行为的比较研究

0IntroductionMany efforts have been made to develop newmaterials as an alternative to LiCoO2due to the rela-tively high cost and toxicity of Co.Much attention hasbeen paid to layered structure cathode materials suchas LiMnO2and LiNiO2due to their lower co…     

锰源对燃烧法制备5V级正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的影响

以硝酸锰和醋酸锰,采用蔗糖燃烧法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4通过XRD、SEM、粒径分布测试、循环伏安、恒流充放电测试以及交流阻抗等方法,研究了醋酸锰和硝酸锰对产物的结构、形貌、粒径及电化学性能的影响。XRD测试结果表明样品的结构都为立方尖晶石型,属于Fd3m空间群。不同的锰源对材料的粒径及粒径分布有很大的影响。以醋酸锰为原料制得的材料的粒径较小并且分布更均匀,有利于锂离子的脱出和嵌入从而提高电化学性能。以醋酸锰为锰源制得的LiNi0.5Mn1.5O4在3.6~5.2 V的充放电电压范围内的电化学性能更好,1C(1C=140.0 mA.g-1)倍率的首次放电容量为144.5 mAh.g-1,循环100周后容量保持率为96%,在3C,5C,10C以及20C的放电容量分别为136.3,132.0,124.7以及96.6 mAh.g-1。     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的酸浸改性研究

为提高锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的首次充放电效率,对固相法合成的该材料进行了酸浸的改性研究。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构、形貌进行了表征。结果表明,Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2经过酸处理后,首次放电效率得到了较大的提高,但是放电中值电压明显下降。其中,0.5 mol.L-1的硝酸浸泡5 h的效果最佳,首次放电效率达到了86.7%,同时放电容量达到最大值的循环次数大大减少。酸浸改性的原因被归结于材料表面出现了富锂尖晶石结构Li4Mn5O12相。     

Structural, spectroscopic and magnetic investigation of the LiFe1−xMnxPO4 (x=0-0.18) solid solution

Different solid state and sol-gel preparations of undoped and Mn substituted cathode material LiFePO₄ are investigated. Li₃PO₄, Fe₂P₂O₇ and Li₄P₂O₇ are detected and quantified by XRPD only in solid state synthesis. In addition, micro-Raman spectra reveal low amount of different iron oxides clusters. EPR data, combined with the results of magnetization measurements, evidence signals from Fe³⁺ ions in maghemite nanoclusters, and in Li₃Fe₂(PO₄)₃. The sol-gel synthesis, showing the lowest amount of impurity phases, seems the most suitable to obtain a promising cathode material. The structural refinement gives new insights into the cation distribution of the Mn doped triphylite structure: (i) about 85% of Mn²⁺ ions substitutes Fe²⁺, the remaining 15% being located on the Li site, thus suggesting a structural disorder also confirmed by EPR and micro-Raman results; (ii) Mn ions on the Li site are responsible for the observed slight cell volume expansion.     

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。     

表面活性剂辅助合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料

通过添加烷基季铵盐类表面活性剂来调控材料形貌和粒径的改性方法,在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体合成过程中添加表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),利用尿素作为配合剂和沉淀剂,采用溶剂热法合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体。最后,高温混锂煅烧合成椭球形的空心多孔材料。相比于不添加表面活性剂的样本,改性的材料有着更小的粒径和更加规整的形貌。电化学测试表明,添加DTAB和CTAB之后,首次充电容量分别达到223与251 mAh·g^-1(0.1C)。其中,添加CTAB的样品首次放电容量达到216 mAh·g^-1(0.1C),100次循环后容量保持率为85.1%,高于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的81.7%(0.1C)。表面活性剂的改性显著提高了材料的电化学性能,为高镍三元正极材料的改性提供了一种新的思路。     

Synthesis of layered cathode material Li[CoxMn1−x]O2 from layered double hydroxides precursors

Cathode materials Li[Co_xMn_1−x]O₂ for lithium secondary batteries have been prepared by a new route—precursor method of layered double hydroxides (LDHs). In situ high-temperature X-ray diffraction (HT-XRD) and thermogravimetric analysis coupled with mass spectrometry (TG-MS) were used to monitor the structural transformation during the reaction of CoMn LDHs and LiOH·H₂O: firstly the layered structure of LDHs transformed to an intermediate phase with spinel structure; then the distortion of the structure occurred with the intercalation of Li⁺ into the lattice, resulting in the formation of layered Li[Co_xMn_1−x]O₂ with α-NaFeO₂ structure. Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) data showed that the Co-O bonding length and the coordination number of Co were close to those of Mn in Li[Co_xMn_1−x]O₂, which indicates that the local environments of the transitional metals are rather similar. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to measure the oxidation state of Co and Mn. The influences of Co/Mn ratio on both the structure and electrochemical property of Li[Co_xMn_1−x]O₂ have been investigated by XRD and electrochemical tests. It has been found that the products synthesized by the precursor method demonstrated a rather stable cycling behavior, with a reversible capacity of 122.5 mAh g⁻¹ for the layered material Li[Co_0.80Mn_0.20]O₂.