石墨烯修饰改性制备锂离子电池LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2复合正极材料及其性能

采用两步干混-球磨方法制备了石墨烯掺杂改性的锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合正极材料,实现LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的高容量和高安全性。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。结果表明,石墨烯的存在实现了Li Fe PO4材料在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料表面的完全包覆,形成致密的包覆层,进一步抑制LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2与电解液之间的副反应,提高活性材料利用率和循环性能。三者之间构成导电网络,加快电子渗透和传输,提高倍率性能。Li Fe PO4质量分数为20%的Li Fe PO4-Graphene/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品具有最佳的容量性能和长循环性能,0.1C时放电容量达到202.5 m Ah·g~(-1),3C时放电容量仍然可保持在160.5 m Ah·g~(-1)。50℃在2.8~4.3 V,0.5C下循环100次后,容量保持率为91.9%,优于LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2和LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的72.9%和82.0%。     

掺F影响LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2结构和性能的微观机制

以氟化锂为氟源,通过高温固相法合成了F掺杂的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究F影响LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2结构和性能的微观机制。结果表明:适量F掺杂可以提高正极材料的放电比容量,改善其倍率性、循环性和热稳定性。当F掺杂量(物质的量分数)为1.5%时,材料的综合电化学性能最优,初始放电比容量(0.2C)和50周循环容量保持率(1C)分别由原始的174.0 mAh·g~(-1)(78.7%)提高到178.6 mAh·g~(-1)(85.7%)。LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料性能的改善可归因于F能够增强过渡金属层、锂层与氧层之间的结合力,提高材料的结构稳定性。此外,F掺杂还有利于降低电化学反应中的界面电阻和电荷转移阻抗。     

Al掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的性能

尖晶石LiMn2O4作为锂离子电池正极可大电流放电,且成本低、环境友好.采用溶胶-凝胶法制备尖晶石LiMn2O4及Al掺杂材料.使用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察材料结构与形貌.结果表明,复合材料颗粒尺寸300-500 nm,呈类球形.电化学恒流充放电测试表明,Al掺杂尖晶石LiMn2O4电极的循环性明显提高,Al掺杂5%LiMn2O4(by mass,下同)正极在1C倍率充放电100周期循环后的容量保持率为98.2%,1C倍率充电、5C倍率放电下,100周期循环后其容量保持率为99.0%,表现出较优的电化学循环性能.     

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2制备过程中聚乙烯吡咯烷酮的加入对其电化学性能的影响

为提高LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)材料的电化学性能,在NCA材料的制备过程中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP),通过调控所得NCA材料的形貌来提高其电化学性能。所得材料采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行形貌结构表征,电化学性能经组装成纽扣电池,用电池程控测试仪和电化学工作站进行测试。研究结果表明:由于PVP的空间效应和静电作用,PVP改性的NCA材料拥有更完整的棒状结构、发育出更好的层状结构,电化学储能性能得到较大的提升。在0.1C下,材料的首次放电比容量和充放电效率分别从143.36 mAh·g~(-1)、78.25%提高到了170.24 mAh·g~(-1)、89.20%;在0.2C的实验室条件下循环50次后,容量保持率为94.28%。     

Mg、Ti离子复合掺杂改性磷酸铁锂正极材料及其电池性能

在氮气气氛下采用高温固相方法, 合成了Mg、Ti 离子复合掺杂改性的锂离子电池正极材料(Li_0.98Mg_0.01)(Fe_0.98Ti_0.01)PO₄/C, 并通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和充放电循环对材料进行性能表征. 测试结果表明, 复合离子掺杂可显著改善材料的电化学性能, 模拟电池在0.2C和1C倍率下的放电比容量分别为154.7 和146.9 mAh·g^-1. 以此复合掺杂样品为正极材料组装60 Ah动力电池, 其3C倍率放电容量仍保持为1C倍率放电容量的100%; 低温0 和-20 °C测试条件下, 动力电池放电容量分别保持为常温初始放电容量的89.7%和63.1%; 在常温1C/1C充放电条件下, 经过2000次循环后, 电池容量依然保持为初始放电容量的89%, 显示出优良的倍率放电性能和循环性能. 研究结果表明, Mg、Ti 离子复合掺杂改性的磷酸铁锂正极材料及其电池具有优良的放电性能和循环稳定性, 可广泛应用于电动(或混合动力)汽车和储能电池系统.     

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%.     

Na3V2(PO4)2O2F钠离子电池正极材料的水热法制备及性能

采用水热法制备了Na_3V_2(PO_4)_2O_2F (NVPOF)钠离子电池正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流充放电(GCD)等方法研究了其形貌、结构与电化学性能。结果显示,纯相NVPOF形貌规则,呈长1～3μm、宽300 nm～1μm、长宽比为2～3的四棱柱形貌。NVPOF具有2对平稳的充放电平台,在0.2C和2C电流密度下,放电比容量达到124.2和70.5 m Ah·g~(-1),经100次循环后,放电比容量仍有105.8和59.6 m Ah·g~(-1),容量保持率达到85.2%和84.5%,库仑效率基本在97%以上,且低温(0℃)电化学性能也有不错的表现。经还原氧化石墨烯(r GO)包覆提高电子电导率,NVPOF@r GO在0.5C和2C的室温放电比容量高达124.4和88.4 m Ah·g~(-1),且2C倍率下循环200圈后的比容量仍有78.7 m Ah·g~(-1),容量保持率高达89%,库仑效率始终保持在99%左右,显示出优异的倍率和循环性能。     

球磨辅助高温固相法制备Li1.0Na0.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其性能

以乙酸盐(乙酸锂、乙酸钠、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锰等)为原材料,采用球磨辅助高温固相法制备Li_(1.0)Na_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料。借助XRD、SEM等表征材料的结构和形貌,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能。结果表明,钠的掺杂导致颗粒表面光滑度降低,形成Na_(0.77)Mn O_(2.05)新相。0.05C活化过程中,掺钠样品和未掺钠样品首次放电比容量分别为258.4 m Ah·g~(-1)和215.8 m Ah·g~(-1),库伦效率分别为75.2%和72.8%;2C放电比容量分别为116.3 m Ah·g~(-1)和106.2 m Ah·g~(-1)。研究发现,掺钠可减小首次充放电过程的不可逆容量,提高容量保持率;改善倍率性能与容量恢复特性;降低SEI膜阻抗和电荷转移阻抗;掺钠后样品首次循环就可以基本完成Li_2Mn O_3组分向稳定结构的转化,而未掺杂的样品需要两次循环才能逐步完成该过程;XPS结果表明,掺钠样品中Ni~(2+)、Co~(3+)、Mn~(4+)所占比例明显提高,改善了样品的稳定性和电化学性能;循环200次后的XRD结果表明掺钠与未掺钠材料在脱嵌锂反应中的相变化过程基本一致,良好有序的层状结构遭到破坏是循环过程中容量衰减的主要原因。     

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的FePO4包覆改性

使用液相包覆工艺对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)材料进行FePO_4包覆改性,利用FePO_4优异的结构稳定性与热稳定性,对NCA的长期可靠性与安全性能进行改良。重点研究FePO_4包覆对NCA材料的改性效果,以及不同包覆量造成的NCA材料电化学性能差异。表面包覆的FePO_4保护层,能够防止NCA材料与电解液直接接触发生副反应,抑制长期循环过程中过渡金属离子的溶出,保持结构的长期稳定性。当包覆量为1.0%(w/w)时,NCA材料表现出最优的综合性能,充放电循环800次后,容量保持率依然高达95%,25℃下存储100 d后,容量保持率也高于95%,达到了兼顾能量密度、使用寿命及安全性能的理想效果。     

溶胶-凝胶法合成Li_(1-x)Na_xMn_2O_4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na+离子掺杂的Li_(1-x)Na_xMn_2O_4(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na+取代Li+进入Li_(1-x)Na_xMn_2O_4晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_(0.97)Na_(0.03)Mn_2O_4在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn_2O_4从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na+离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li0.97Na0.03Mn2O4仍有79.0 m Ah·g-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 m Ah·g~(-1)。Na+离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn_2O_4的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

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…     

LiCoO2梯度包覆LiNi0.96Co0.04O2电极材料的电化学性能

镍钴酸锂(LiNi0.8Co0.2O2)与目前商业用锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO2)相比,具有成本低、实际比容量高和环境友好等优势。但LiNi0.8Co0.2O2的充放循环性能还有待提高,对其进行阳离子掺杂或表面修饰可以改善其电化学性能,这方面的研究已经成为热点。Fey等人[1]用溶胶凝胶法制     

Synthesis and electrochemical properties of LiNi0.9-xCo0.1SnxO2 as cathode materials for lithium secondary batteries

LiNi_0.9-x Co_0.1Sn _x O₂ (x = 0.00, 0.02, and 0.03) were synthesized via the rheological phase reaction method and characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical tests. The sample of LiNi_0.9-x Co_0.1Sn _x O₂ (x = 0.02) not only shows good cycle performance but also exhibits an excellent discharge capacity of 188 mAh/g in the first cycle at a current density of 100 mA/g in the voltage range of 3.0–4.3 V. The tin doping results in reducing the resistance and increasing conductivity of LiNi_0.9-x Co_0.1Sn _x O₂. This composite oxide is promising as cathode material for lithium-ion battery.     

La、Ce、Yb掺杂对LiNi0.5Mn1.5O4高电压正极材料性能的影响

采用低温燃烧法制备出不同稀土元素掺杂的高电压镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)正极材料,探究了不同掺杂比例(物质的量分数0.5%、1%、2%)和不同掺杂稀土元素(La、Ce、Yb)对样品性能的影响,并通过X射线衍射、拉曼光谱、电子顺磁共振和恒电流间歇滴定等技术探究了其影响机理。从X射线衍射图可以看出,稀土掺杂可以抑制Li_xNi_(1-x)O杂质相的产生;电感耦合等离子谱结果表明,掺杂进入的稀土元素与设计比例基本相符;从拉曼光谱图可以看出,稀土元素可以使样品的有序相增多,其中Ce掺杂样品的有序相最多;结合电子顺磁共振波谱氧空位测试,发现Ce掺杂诱导了样品中有序相比例增加,从而使样品的稳定性提高;经恒电流间歇滴定技术测试发现,Ce掺杂镍锰酸锂样品的扩散系数比未掺杂样品高了约15倍;在不同掺杂比例上,1%掺杂量时样品性能最佳。在3种最佳掺杂量的稀土元素样品中,Ce掺杂的样品性能最优,首次放电比容量可以达到133.3mAh·g~(-1),比未掺杂样品放电比容量高且首次效率提高了 18%,在1C下循环200次后,容量保持率为102%,比未掺杂样品提高了 8%。     

Effects of Zn, Al and Ti substitution on the electrochemical properties of LiNiO2 synthesized by the combustion method

LiNi_{1 ? y} Ti _y O₂ (0.000 ≤ y ≤ 0.100) and LiNi_0.990M_0.010O2 (M = Zn, Al, and Ti) were synthesized by the combustion method. The effects of Zn, Al and Ti substitution for Ni of LiNiO₂ on the electrochemical properties of LiNiO₂ were investigated. LiNi_0.995Ti_0.005O₂ has the largest first discharge capacity (188.1 mA h/g) among the Ti-substituted samples. LiNi_0.990Ti_0.010O₂ has a relatively large first discharge capacity (185.5 mA h/g) and a relatively good cycling performance. Among LiNi_0.990M_0.010O₂ (M = Ni, Zn, Al, and Ti), LiNiO₂ has the largest discharge capacities at a rate of 0.1 C from n = 1(189.3 mA h/g) to n = 10. LiNi_0.990Al_0.010O₂ has the lowest discharge capacities from n = 1 to n = 10, but it has the best cycling performance. LiNi_0.990Zn_0.010O₂ showed poor crystallinity, LiNi_0.990Ti_0.010O₂ showed high cation mixing, and LiNi_0.990Al_0.010O₂ had good crystallinity and showed low cation mixing. Fewer occurrence of phase transitions and the least change of the ?dx/|dV| vs. voltage curve at the second cycle from the curve at the first cycle of LiNi_0.990Al_0.010O₂ suggest that Al substitution stabilizes the structure and leads to a good cycling performance.     

LixNi0.5Co0.5O2的态密度计算及电化学性能研究

>为获得综合性能更好的锂离子二次电池正极材料, 分析了Co掺杂对Li_xNiO₂电化学性能的影响. 采用密度泛函DFT理论对Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的平均放电电压和态密度进行了计算. 同时, 用共沉淀法制备了Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂锂离子二次电池正极材料, 并对其进行了XRD结构分析和恒流充放电测试. 实验和计算结果表明: 随锂离子嵌入正极(电池放电), 电池的电压逐渐降低, 材料的态密度峰向低能量方向移动; 与Li_xNiO₂相比, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的电压平台相对较高(当0.25≤x≤0.5), 而且在Li^＋嵌/脱时, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的结构变化相对较小; Co离子的掺入, 减小了NiO₆八面体的畸变度, 使材料的电化学稳定性得以提高. 在钴掺杂镍酸锂体系中, NiO₆和CoO₆具有相互的稳定作用.     

流变相法合成LiNi0.85Co0.15O2的结构与电化学性能

以一种新型的软化学方法——流变相法, 成功地合成了锂离子电池正极材料LiNi_0.85Co_0.15O₂. 将在600～850 ℃氧气氛下处理6 h后得到的LiNi_1－yCo_yO₂ (y＝0.10, 0.15, 0.20, 0.25), 进行X射线粉末衍射(XRD)与电化学测试. 测试结果表明, 流变相前体经过800 ℃烧结后合成的LiNi_0.85Co_0.15O₂晶胞参数a＝0.2866 nm, c＝1.4193 nm及晶胞体积V＝0.1010 nm³, 以0.1 C倍率在3.0～4.3 V (vs. Li^＋/Li)放电时, 首次放电容量可以达到198.2 mAh/g, 20次循环后, 其放电容量仍在174 mAh/g以上.     

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。     

尖晶石型LiMn2-xInxO4(x=0，0.01，0.02，0.05)的合成及电化学性能研究

以醋酸锰、氢氧化锂和三氧化二铟为原料,以柠檬酸为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂In的尖晶石LiMn2-xInxO4(x=0,0.01,0.02,0.05),采用XRD、SEM对目标材料进行了结构和形貌表征,采用恒流充放电、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)谱测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同In掺杂量对材料性能的影响。结果表明,当In掺杂量为1%时,LiMn1.99In0.01O4样品具有纯的尖晶石锰酸锂结构,在0.5C和3.4～4.35 V电压范围条件下,LiMn1.99In0.01O4的初始放电容量为119.9 mAh.g-1,经过1C 30次,2C 30次,再0.5C 5次循环后,其放电容量保持率为84.9%,显示了良好的电化学性能。掺杂1%的In的样品比未掺杂的样品具有更优的高温循环稳定性能。     

Synthesis and electrochemical properties of LiNi0.85 ? x Co x Mn0.15O2 as cathode materials for lithium-ion batteries

LiNi_0.85−x Co _x Mn_0.15O₂ cathode material was prepared by a rheological phase reaction method with LiNO₃, M(NO₃)₂ 6H₂O (M = Ni, Co, Mn), and citric acid as starting materials. The mixture of reactants and a proper amount of water reacted to form a rheological precursor. The rheological precursor was pretreated in autoclaves and then calcined at 750 °C under flowing oxygen. All the samples have a typical layered structure with space group R3-m and good electrochemical performances. The cobalt content has a significant effect on the electrochemical performance for the materials. LiNi_0.65Co_0.20Mn_0.15O₂ exhibits the best electrochemical properties in the five compounds. It gives an initial discharge capacity of 173.6mAhg⁻¹ (50mA g⁻¹, 3.0−4.3V), and the capacity rention after 50 cycles is 90.6%. This method is simple and effective for preparing cathode materials for lithium-ion batteries.