LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2单晶的简易制备及其电化学性能

以Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2(OH)₂和LiOH·H₂O为前驱体,在LiOH·H₂O不过量的条件下,采用简单的固相焙烧法,在910℃下制备出单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)。所得材料无需水洗、烘干、退火等处理,可直接用于电极浆料的制备。电化学测试表明,所得NCM622单晶具有较高的比容量和优异的循环稳定性。在0.1C电流下的首次放电比容量达到181.2mAh·g^-1,0.3C下的首次放电比容量为174.4 mAh·g^-1。在0.3C的电流密度下,经过300次循环,放电比容量为150.7mAh·g^-1,容量保持率为86.4%,经500次循环后,放电比容量仍有141.2 mAh·g^-1,容量保持率为81.0%。该电化学性能优于850℃下焙烧的多晶NCM622和940、960℃下焙烧的较大尺寸的单晶NCM622,表明910℃是制备单晶NCM622的合理温度。研究表明,单晶NCM622在循环过程中可保持结构稳定性。     

富锂层状正极材料Li2Mn1-xTixO3的合成及电化学性能

应用简单的高温固相烧结法合成了Ti掺杂改性的Li₂MnO₃材料。电子扫描显微镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱分析表明Ti元素取代Mn离子掺入到Li₂MnO₃晶格中,且掺杂能有效地抑制一次颗粒的团聚。电化学阻抗和恒流充放电测试结果表明,在2.0~4.6 V的电压窗口下,掺杂改性的样品Li₂Mn_0.9Ti_0.03O₃的首圈放电比容量达到209 mAh·g^-1,库仑效率为99.5%,循环40圈后容量保持率为94%;当电流密度增大到400 mA·g^-1时,掺杂改性的样品仍然可以放出120 mAh·g^-1比容量,远高于同等电流密度下未掺杂的Li₂MnO₃原粉的比容量（52 mAh·g^-1）。Ti掺杂可有效地改善Li₂MnO₃的循环稳定性和倍率性能,有利于促进该材料的商业化应用。     

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。     

碳酸盐共沉淀法可控制备超高倍率锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

采用碳酸盐共沉淀法通过调节NH₃·H₂O用量来实现可控制备超高倍率纳米结构LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料。NH₃·H₂O用量会对颗粒的形貌、粒径、晶体结构以及材料电化学性能产生较大的影响。X射线衍射（XRD）分析和扫描电镜（SEM）结果表明,随着NH₃·H₂O用量的降低,一次颗粒形貌由纳米片状逐渐过渡到纳米球状,且n_NH3·H2O：（n_Ni+n_Co+n_Mn）=1：2样品晶体层状结构最完善、Li⁺/Ni²⁺阳离子混排程度最低。电化学性能测试结果也证实了n_NH3·H2O：（n_Ni+n_Co+n_Mn）=1：2样品具有最优异的循环稳定性和超高倍率性能。具体而言,在2.7~4.3 V,1C下循环300次后的放电比容量为119 mAh·g^-1,容量保持率为81%,中值电压基本无衰减（保持率为97%）。在100C（18 Ah·g^-1）的超高倍率下,放电比容量还能达到56 mAh·g^-1,具有应用于高功率型锂离子电池的前景。此NH₃·H₂O比例值对于共沉淀法制备其他高倍率、高容量的正/负极氧化物材料具有一定的工艺参考价值。     

包覆ZrO2锂离子筛的制备及其在盐湖卤水中的吸附性能

采用水热法制备前驱体Li_1.6Mn_1.6O₄,用液相沉淀法在其表面包覆ZrO₂,再经酸洗转型为包覆ZrO₂的锂离子筛H_1.6Mn_1.6O₄。采用XRD、SEM、EDS和HRTEM对前驱体的结构、形貌和成分进行了表征。研究了ZrO₂包覆量和焙烧温度对锰溶损率和锂吸附容量的影响。结果表明：当ZrO₂包覆量为3%,焙烧温度为450℃时,在前驱体表面形成厚度约15 nm的ZrO₂包覆层,首次锰溶损率从3.14%下降到2.65%,锂离子筛在盐湖卤水中锂吸附容量保持为29.4 mg·g^-1。包覆ZrO₂的锂离子筛经过10次循环吸附-脱附,锰溶损率降低至0.34%,锂吸附容量保持为24.4 mg·g^-1,高于未包覆的锂离子筛（22.9 mg·g^-1）。包覆ZrO₂改善了锂离子筛的结构和吸附容量的循环稳定性。     

PO43-掺杂和AlF3包覆协同增强Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料电化学性能

本研究采用PO₄^3-掺杂和AlF₃包覆的协同改性策略制备了P-LNCM@AlF₃正极材料(P=PO₄^3- ,LNCM=Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂),提高了LNCM的结构稳定性以及抑制了界面副反应。其中,大四面体的PO₄^3-聚阴离子掺杂在晶格中抑制了过渡金属离子的迁移,降低体积变化,从而稳定了晶体结构,而且PO₄^3-掺杂能够扩大锂层间距,促进Li⁺的扩散,从而提升材料的倍率性能。此外,AlF₃包覆层能抑制材料与电解液的副反应从而提升界面稳定性。基于以上优势,P-LNCM@AlF₃正极表现出了优异的电化学性能。在1C电流密度下表现出了179.2 mAh·g^-1的放电比容量,循环200圈后仍有161.5 mAh·g^-1的放电比容量,容量保持率可达90.12%。即使在5C的高电流密度下仍可提供128.8 mAh·g^-1的放电比容量。     

碳包覆改性制备高倍率性能的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

采用碳酸盐共沉淀-高温固相法制备了一系列表面碳包覆改性（w=1.0%,2.0%,3.0%）的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料,借助X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电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,碳成功地包覆在了材料颗粒的表面,碳包覆改性后的材料具有良好的α-NaFeO₂结构（空间群为R3m）,且随着包碳量的增加,一次颗粒平均尺寸逐渐增大（从177 nm增至209 nm）。表面的无定形碳层可以提高材料的电子导电率,减少电极材料与电解液的副反应,故而碳包覆材料的电化学性能都有了一定程度提升。包覆碳量为2.0%的样品高倍率和长循环性能最好,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,容量保持率为93%;在0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C和20C时的放电比容量分别为：155、148、145、138、127、116、104和96 mAh·g^-1。在超高倍率50C（9 A·g^-1）时,其放电比容量还能达到62 mAh·g^-1（原始LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料仅为30 mAh·g^-1）,倍率性能十分优异。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.4Al0.1O2的合成与性能

采用高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.5Co_0.4Al_0.1O₂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构及表观形貌进行分析。通过恒电流充放电以及循环伏安法进行了电化学性能测试。测试结果表明,充放电电压在3~4.5 V之间,在0.2C倍率下首次放电比容量达到159.9 mAh·g^-1,经50次循环充放电后放电容量为142.6 mAh·g^-1,表现出良好的电化学性能。     

熔盐法合成电化学性能优异的富锂层状正极材料Li1.5Ni0.25Mn0.75O2.5

采用氢氧化物共沉淀和熔盐法相结合的方法制备得到了电化学性能优异的富锂锰基Li_1.5Ni_0.25Mn_0.75O_2.5正极材料。借助X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）、感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、X射线光电子能谱（XPS）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电测试等表征手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明该材料具有完善的α-NaFeO₂层状结构（空间群为R3m）和较低的Li⁺/Ni²⁺阳离子混排。电化学性能测试表明该材料的首次不可逆容量损失较小,且倍率性能和循环稳定性能十分优异。具体而言,在2.0~4.8 V,0.1C时的首次不可逆容量损失为50 mAh·g^-1（首次库伦效率84%）;在10C时的放电比容量还能达到102 mAh·g^-1;在0.5C下循环100次后,放电比容量为205 mAh·g^-1（容量保持率90%）。     

高温固相法合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2及其性能研究

采用高温固相法合成出层状锂离子电池正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂。通过XRD、ICP、SEM和电化学测试手段对产物的结构、组成、形貌及电化学性能进行了研究。XRD结果表明此方法合成的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂具有标准的α-NaFeO₂型层状结构，SEM照片显示颗粒粒径大约在500 nm左右，粒径分布较窄。以20 mA·g^-1电流密度放电，充放电电压在2.8～4.4 V之间，其首次放电比容量为170 mAh·g^-1，40次循环容量保持率为85.3%。进一步加入石墨导电剂后，同样条件下首次放电比容量变为179 mAh·g^-1，50次循环容量保持率为89.6%。容量衰减主要发生在前10次循环。XRD和SEM测试表明循环初期容量衰减的原因是由材料本体结构变化和界面反应共同作用的结果。     

ZrO_2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2·0.4LiNi_(5/12)Mn_(5/12)Co_(1/6)O_2的电化学性能

采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O2·0.4LiNi_(5/12)Mn_(5/12)Co_(1/6)O_2(简称LNMCO),并使用Zr(CH3COO)4进行ZrO_2的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO_2颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO_2包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度:20 m A·g-1,电压:2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 m Ah·g-1,而原样则为75.1%,224.1 m Ah·g-1,循环100圈之后,1.5%ZrO_2包覆样品的放电比容量为248.3 m Ah·g-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 m Ah·g-1和87.4%。     

碳酸盐共沉淀法可控制备超高倍率锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用碳酸盐共沉淀法通过调节NH_3·H_2O用量来实现可控制备超高倍率纳米结构LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料。NH_3·H_2O用量会对颗粒的形貌、粒径、晶体结构以及材料电化学性能产生较大的影响。X射线衍射(XRD)分析和扫描电镜(SEM)结果表明,随着NH_3·H_2O用量的降低,一次颗粒形貌由纳米片状逐渐过渡到纳米球状,且nNH_3·H_2O∶(nNi+nCo+nMn)=1∶2样品晶体层状结构最完善、Li~+/Ni~(2+)阳离子混排程度最低。电化学性能测试结果也证实了nNH_3·H_2O∶(nNi+nCo+nMn)=1∶2样品具有最优异的循环稳定性和超高倍率性能。具体而言,在2.7~4.3 V,1C下循环300次后的放电比容量为119 m Ah·g~(-1),容量保持率为81%,中值电压基本无衰减(保持率为97%)。在100C(18 Ah·g~(-1))的超高倍率下,放电比容量还能达到56 m Ah·g~(-1),具有应用于高功率型锂离子电池的前景。此NH_3·H_2O比例值对于共沉淀法制备其他高倍率、高容量的正/负极氧化物材料具有一定的工艺参考价值。     

富锂层状正极材料Li_2Mn_(1-x)Ti_xO_3的合成及电化学性能

应用简单的高温固相烧结法合成了Ti掺杂改性的Li_2MnO_3材料。电子扫描显微镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱分析表明Ti元素取代Mn离子掺入到Li_2MnO_3晶格中,且掺杂能有效地抑制一次颗粒的团聚。电化学阻抗和恒流充放电测试结果表明,在2.0~4.6 V的电压窗口下,掺杂改性的样品Li_2Mn_(0.97)Ti_(0.03)O_3的首圈放电比容量达到209 m Ah·g~(-1),库仑效率为99.5%,循环40圈后容量保持率为94%;当电流密度增大到400 m A·g~(-1)时,掺杂改性的样品仍然可以放出120 m Ah·g~(-1)比容量,远高于同等电流密度下未掺杂的Li_2MnO_3原粉的比容量(52 m Ah·g~(-1))。Ti掺杂可有效地改善Li_2MnO_3的循环稳定性和倍率性能,有利于促进该材料的商业化应用。     

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。     

Effects of complexants on [Ni1/3Co1/3Mn1/3]CO3 morphology and electrochemical performance of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ cathode materials for the application of lithium ion batteries were synthesized by carbonate co-precipitation routine using different ammonium salt as a complexant. The structures and morphologies of the precursor [Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]CO₃ and LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ were investigated through X-ray diffraction, scanning electron microscope, and transmission electron microscopy. The electrochemical properties of LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ were examined using charge/discharge cycling and cyclic voltammogram tests. The results revealed that the microscopic structures, particle size distribution, and the morphology properties of the precursor and electrochemical performance of LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ were primarily dependent on the complexant. Among all as-prepared LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ cathode materials, the sample prepared from Na₂CO₃–NH₄HCO₃ routine using NH₄HCO₃ as the complexant showed the smallest irreversible capacity of 19.5 mAh g⁻¹ and highest discharge capacity of 178.4 mAh g⁻¹ at the first cycle as well as stable cycling performance (98.7% of the initial capacity was retained after 50 cycles) at 0.1 C (20 mA g⁻¹) in the voltage range of 2.5–4.4 V vs. Li⁺/Li. Moreover, it delivered high discharge capacity of over 135 mAh g⁻¹ at 5 C (1,000 mA g⁻¹).     

Li4Mn5O12包覆对三元正极材料结构和性能的影响

LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O2具有很高的理论比容量,但是三元正极材料在高电压下长循环时,其表面结构发生较大的衰退,导致电池的循环性能和倍率性能变差。本文采用耐高电压且结构稳定的富锂尖晶石Li4Mn5O(12)包覆LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O2可以有效改善材料的电化学性能。通过XRD、SEM、XPS和TEM等手段对包覆后的材料进行分析,证实了在LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O2的表面形成了10nm厚的均匀Li4Mn5O(12)的包覆层;在循环100圈后,包覆后的LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O2仍具有179.5m Ah/g的放电比容量和88.6%容量保持率,明显高于未包覆的LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O2的78.3%容量保持率。因此,利用富锂尖晶石Li4Mn5O(12)包覆LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O2为实现更高能量密度的锂离子电池提供了新的途径。     

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_1.0Na_0.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂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_0.77MnO_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 mAh·g^-1和215.8 mAh·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 mAh·g^-1和106.2 mAh·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Li₂MnO₃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Ni²⁺、Co³⁺、Mn⁴⁺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。