LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的络合法合成及其电化学性能研究

采用络合法制备了锂离子电池的活性正极材料LiNi0.8Co0.2O2粉体,该合成材料结晶良好,层状结构发育完善.电池充放电测试表明,作为锂离子电池正极,其电化学性能与LiNi0.8Co0.2O2粉体的合成温度有关,其中以900℃下合成得到的材料性能最优:第1次放电比容量高达142mAh/g,循环30次后可逆比容量仍高达122mAh/g,容量损失为14.5%.文中对容量退化的原因进行了分析.     

锂离子蓄电池正极材料LiNi0.8 Co0.2 O2的制备及其电化学性能

用高温固相反应和氧化还原溶胶凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2,并对其进行了电化学性能考察。结果显示,氧化还原溶胶凝胶法制备的锂离子电池正极材料的综合性能较高温固相法好。     

LiNi0.8-xAlxCo0.2O2制备与电极性能的研究

采用高温固相反应法合成具有良好层状结构的LiNi0.8-xAlxCo0.2O2。研究发现，LiNi0.71Al0.02Co0.2O2材料经20次循环弃放电后，其放电容量仍达152mAh/g，是首次放电容量的97.4%。通过XRD结构测量、慢扫描循环伏安测试和电极经多次循环后其交流阻抗测试的对比，表明对LiNiO2进行Al和Co共掺杂，增强了材料层状结构的稳定性，有效地抑制了Li^ 嵌入脱出过程中材料的相转变，其充放电性能、耐过充性和循环性能都得到明显改善，热分析测试表明，在高脱锂状态下共掺杂材料的热稳定性也有所提高。     

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LiNi0.85Co0．15O2．将在600～850℃氧气氛下处理6h后得到的LiNi1-yCoyO2(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LiNi0.85Co0.15O2晶胞参数a=0．2866nm,c=1．4193nm及晶胞体积V=0.1010nm3,以0．1C倍率在3．0～4．3V(Vs．Li ／Li)放电时,首次放电容量可以达到198．2mAh/g,20次循环后,其放电容量仍在174mAh／g以上．     

以α型氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2及其电化学性能

本文采用球形Al/Co部分取代α型Ni(OH)2为前驱体成功制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。首先采用氢氧化钠与碳酸钠为沉淀剂合成出Al/Co部分取代α型Ni(OH)2,然后将之与LiOH·H2O混合,最后在氧气气氛中不同温度下热处理8h,即可得到球形LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料。X射线衍射结果表明,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料为α-NaFeO2相。扫描电镜结果表明,材料颗粒形貌为球形。热重分析结果表明合成LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的主反应温度在700～750℃之间。振实密度测试结果表明,750℃下制备的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料可达2.2g·cm-3。恒流充放电结果表明,该材料在0.5mA·cm-2电流密度下,在3.0～4.3V间的首次充电容量可达210.3mAh·g-1,首次放电容量为179.7mAh·g-1,充放电效率为85.4%。与采用以β-Ni0.85Co0.15(OH)2为前驱体合成的LiNi0.85Co0.15O2和Al掺杂的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2相比,尽管其首次放电容量与放电效率都有所降低,但循环性能有所提高,50周期后容量仍为初始容量的89.5%。研究表明,以球形Al/Co部分取代α型Ni(OH)2作为前驱体为球形氧化镍钴铝锂材料的制备提供了一条新的途径。     

AIF3包覆LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2锂离子电池正极材料的结构表征和电化学性能研究

通过共沉淀与同相反应法制备层状的 LiNi0.45 Mn0.45Co0.10O2,并利用X射线衍射(XRD)和电子扫描显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌.在2.5～4.5 V范围内,以0.1 C(28 mA·g-1)放电,LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2正极材料的起始放电容量达到167.2 mAh·g-1,但循环性能较差.当采用 A1F3包覆后,材料的循环性能得到明显改善.利用电化学阻抗谱(EIS)技术探索AIF3包覆对正极材料的电化学性能改善机理,实验结果表明:AIF3包覆层能够阻止电解液对正极材料的溶解和侵蚀,稳定其层状结构,同时降低了电极界面阻抗.冈此A1F3包覆技术足一种改善LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2材料电化学件能的有效方法和工具.     

AlF3包覆LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2锂离子电池正极材料的结构表征和 电化学性能研究

通过共沉淀与固相反应法制备层状的LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2, 并利用X射线衍射(XRD)和电子扫描显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌. 在2.5～4.5 V范围内, 以0.1 C (28 mA•g－1)放电, LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2正极材料的起始放电容量达到167.2 mAh•g－1, 但循环性能较差. 当采用AlF3包覆后, 材料的循环性能得到明显改善. 利用电化学阻抗谱(EIS)技术探索AlF3包覆对正极材料的电化学性能改善机理, 实验结果表明: AlF3包覆层能够阻止电解液对正极材料的溶解和侵蚀, 稳定其层状结构, 同时降低了电极界面阻抗. 因此AlF3包覆技术是一种改善LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2材料电化学性能的有效方法和工具.     

球形LiNi0．95AI0．05O2的熔盐包裹法合成

以LiNO3、AI（NO3）3·9H2O和球形Ni（OH）2为原料,采用熔盐包裹法在空气中合成了球形LiNi0．95AI0．05O2。研究了合成产物的形貌、结构和电化学性能,考察了合成温度、合成时间和锂过量对合成产物结构和电化学性能的影响。实验结果表明,在空气中合成的LiNi0．95AI0．05O2具有α-NaFeO2型层状有序结构、良好的球状形貌和相当高的电化学性能。在空气中合成LiNi0．95AI0．05O2的最佳工艺条件为煅烧温度750℃,煅烧时间16h,锂过量摩尔分数10％。在室温下以30mA／g的电流密度在2．5～4．35V电压之间充放电,样品首次放电比容量达176．0mA·h／g,经30次循环,放电比容量仍保持在167．1mA·h／g,容量保持率为94．9％。     

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2, 并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌. 使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能. 结果表明, pH为7.0时, 合成的材料颗粒更小、分布最均匀, 材料具有良好的层状特征, 且材料中锂镍的混排程度最小. 电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能, 在0.1C的倍率下, 材料的首次放电比容量达到了185 mAh·g-1, 在循环20周后, 放电比容量仍然保持在160 mAh·g-1. X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明, pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价, Mn为+4价.     

SAC法制备LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4及其电化学性能

采用SAC (starch-assisted combustion)法和高温固相法分别合成锂离子电池正极材料LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4, 使用X射线衍射仪、BET法、粒度分析仪及扫描电子显微镜对合成材料的结构及物理性能进行了表征. 将合成材料作为锂离子电池正极活性材料, 用循环伏安、交流阻抗及充放电测试的电化学测试方法对材料进行了电化学的研究. 结果表明, 两种方法制备的材料均为纯尖晶石相; SAC法制备的LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4颗粒小, 粒径分布均匀, 具有更好的结晶形态. SAC法制备材料在0.1C充放电条件下的初始放电容量为121.2 mAh•g−1, 100次循环后容量损失仅为3.5%, 5C放电的初始放电容量则达到了103.5 mAh•g−1. SAC法的一步工序具有操作简单、成本低廉的优势, 有望实现商业应用.     

XANES研究Al2O3包覆LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料的稳定性

采用溶胶凝胶水解法在LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2(NCM)表面包覆了0.5 wt%Al2O3.透射电镜(TEM)表明在NCM表面形成了均匀的Al2O3包覆层;分别采用恒电位极化及热重分析(TG)研究了包覆前后NCM的析氧特性;采用X射线吸收近边结构谱(XANES)研究了包覆前后O的电子结构.结果表明,包覆后的NCM析氧量更少;Al2O3包覆使得NCM表面层中与金属3d轨道杂化的O比例减少,而更稳定的、与金属4sp轨道杂化的O比例增加.这些因素导致Al2O3包覆后的NCM更加稳定、安全性更高.     

层状LiNi0.5Mn0.5O2正极材料的合成与电性能研究

用共沉淀法于850 ℃在空气中煅烧24 h合成出层状LiNi0.5Mn0.5O2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组成、结构、形貌及电化学性能.本层状LiNi0.5Mn0.5O2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=0.2897 nm, c=1.431 nm.当材料分别在在2.8～4.2, 2.8～4.4, 2.8～4.7 V间进行充放电时,其首次放电容量分别为145, 153, 195 mAh*g-1,且随着充放电电压升高,材料的首次放电不可逆容量增大,循环稳定性减弱.该材料显示出层状LiNiO2正极材料的充放电特性,在20次充放电循环后,材料仍保持原层状结构.     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.85)Co_(0.10)(TiMg)_(0.025)O_2合成及表征

以LiOH·H2O、Ni2O3、Co2O3、TiO2和Mg(OH)2为原料,应用固相反应法合成Co Ti Mg共掺杂的LiNiO2化合物LiNi0. 85Co0. 10 (TiMg)0. 025O2;TG DTA、XRD、SEM和电化学测试表明,该材料首次放电容量达182. 7mAh/g(3. 0~4. 3V, 18mA/g), 10次循环之后,容量还有 175. 5mAh/g,容量保持率为 96. 2%;与未掺杂的LiNiO2相比,该材料显示出良好的循环性能,是一种很有应用前景的锂电池正极材料.     

Structure Evolution and Electrochemical Performance of Al2O3-coated LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2 During Charge-discharge Cycling

Several lithium-ion batteries of 18650-type were assembled with pristine or Al₂O₃-coated LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂(NCM) as cathode material and mesocarbon microbeads(MCMB) as anode material. The cycling performance of the batteries was examined under 25℃ at a 2C rate within a potential range of 2.75-4.20 V. The changes of the crystal structure, the lattice parameter, the mean crystallite size, and the mean micro-strain of pristine NCM and Al₂O₃-coated NCM during the charge-discharge cycling were determined by X-ray diffraction(XRD). The results indicate that the bulk structure of Al₂O₃-coated NCM is more stable than that of pristine NCM, which leads to the better cycling performance of Al₂O₃-coated NCM compared to that of pristine NCM.     

LiNi0.8Co0.2O2/CNTs Composite used as the Materials for Supercapacitor Electrodes

Stupercapacitors or electrochemical capacitors(ECs) have attracted considerable attentionas an intermediate power source between conventional capacitors and batteries since they possesshigh power density and energy density, exhibit excellent reversibility, and have long cycle life1.Conductive polymers2, electrically conductive metal oxide3,4, activated carbon5 and carbonnanotubes(CNTs) 6-9 have been used as supercapacitor electrode materials. LiNi0.sCo0.2O2 is apromising lithium battery material because it has some advantages of both LiNiO2 and LiCoO2besides its low cost and high power10.In this paper, the electrochemical properties of supercapacitors based on LiNi0.8Co0.2O2/carbonnanotubes composite and LiNi0.8Co0.2O2/acetylene black composite and CNTs in 1 mol/LLiClO4/EC+DEC [V(EC):V(DEC)=1:1] electrolyte have been investigated by means of constantcharge/discharge current tests. The experiment results show that the LiNi0.8Co0.2O2/carbon nanotubescomposite has better properties than others, and the maximun specific capacitance of thesupercapacitor can reach 284.88F/g, while the energy density is up to 158.27Wh/Kg.That discharge capacities, coulombic efficiencies and energy densities at the first cycle and themaximum value and capacity retention at the 100th cycle for supercapacitors using differentelectrode materials (A) LiNi0.8Co0.2O2/acetylene black, (B) LiNi0. 8Co0.2O2/CNTs, (C) CNTs is listedin table 1*Capacity retention rate obtained by dividing the discharge capacity at the 100th cycle by themaximum valueFrom above, the LiNi0. 8Co0.2O2/carbon nanotubes composite should be a good candidatesupercapacitor electrode material.     

正极材料LiNi0.5C0.5O2的电化学性能研究

以聚丙烯酰胺（PAM）为分散剂用微波—固相复合加热技术合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5C0.5O2。通过扫描电子显微镜（SEM）和X—射线粉末衍射（XRD）分析技术对材料的微观形貌和相结构进行了表征。恒电流充放电循环测试表明：材料的放电比容量高达154mAh／g，且有良好的循环性能。重点利用循环扫描伏安、计时电量和电化学交流阻抗测试技术，对材料在循环前后的电化学性能变化规律进行了探讨。结果表明，经过循环后材料的导电能力以及锂离子扩散能力都有了很大的提高。另外，材料中的锂含量对材料的导电能力也有很大的影响。     

LiNi0.05Mn1.95O4的合成及其对Li+的离子交换热力学

以乙酸锂、乙酸锰和乙酸镍为原料,采用溶胶-凝胶法合成出掺镍的尖晶石型锂锰氧化物LiNi0.05Mn1.95O4.用0.5 mol·L-1的过硫酸铵对其进行酸改性后制得锂离子筛(记作LiNiMn-H).经测定LiNi0.05Mn1.95O4在酸改性过程中Mn2+的溶出率仅为0.31%(w,质量分数),LiNiMn-H对锂离子的饱和交换容量达5.29 mmol(36.72 mg)Li+/g离子筛.测定了15、25、35、45℃LiNiMn-H在H+-Li+体系吸附锂的离子交换等温线,并利用Pitzer电解质溶液理论计算出该离子交换体系的活度系数,得到H+-Li+交换的平衡常数Ka,△Gm、△Hm,和△Sm等热力学参数.结果表明,Ka随温度的升高而降低,LiNiMn-H对Li+的选择性大于原来可交换阳离子(H+)的选择性,吸附锂的过程是自发过程(△Gm＜0),该离子交换反应是放热反应.     

CoAl2O4包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能

通过共沉淀法制得类球形锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂,并用非水相共沉法对其进行CoAl₂O₄包覆得到LNCMO(x). 采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微术（SEM）和透射电子显微术（TEM）测试材料的结构和观察材料形貌. 结果表明,CoAl₂O₄在材料表面形成8 nm均匀包覆层,未改变主体材料的结构. 电化学性能测试表明,1%（by mass）CoAl₂O₄包覆量的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料（LNCMO(1)）高充电电压（3.0 ~ 4.6 V,150 mA·g^-1）100周期循环放电容量保持率为93.7%（无包覆LNCMO(0)保持率为74.4%）;55 °C高温100周期循环容量保持率为77%（无包覆LNCMO(0)保持率17%）. XRD和电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）测试表明,CoAl₂O₄包覆的LNCMO(x)材料可有效地减缓材料中Mn离子在电解液的溶解,提高材料结构稳定性和热稳定性.     

水合肼对锂离子正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

以NiSO4和MnSO4为原料,在用共沉淀法经二次干燥制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入水合肼进行还原处理.实验结果发现:经还原处理的前驱体制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远远高于同样条件下不经水合肼还原处理的前驱体制备的正极材料的充放电比容量,而且处理前驱体制备的正极材料在高倍率放电条件下电化学行为更好.粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体合成的样品为单一的尖晶石结构,晶粒呈规则的八面体形貌,没有杂质相,而未处理前驱体合成的样品则含有少量的杂质相.这种杂质相是在前驱体的制备过程中由于Mn(OH)2被O2氧化而形成难溶Na0.55Mn2O4.1.5H2O化合物,最终转变为Na0.7MnO2.05.