富锂三元层状正极材料的研究进展

富锂三元层状正极材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0<x<1,M=Mn,Ni,Co))因其远高于其它正极材料的放电比容量而被视为下一代锂离子电池正极材料的最佳选择之一,是未来锂离子电池研究和发展的重点。 但由于其循环性能差、库伦效率低等缺陷,富锂正极材料迟迟不能实现商业化生产。 本文将介绍近几年国内外富锂三元层状正极材料的最新研究进展,主要包括富锂三元层状正极材料的组成、制备技术、结构和性能研究以及包覆与掺杂等改性方面的研究进展,同时对富锂层状正极材料未来的发展趋势和前景作了展望。     

高能量密度锂离子电池用富锂正极材料

随着移动通讯设备和电动汽车的发展,对高比能量密度锂离子电池的需求越来越大。目前商业化动力电池主要采用的磷酸铁锂和三元正极材料放电比容量均低于180 mAh/g,难以满足一次充电行驶500公里以上的要求,因此,正极材料的比容量已成为限制锂离子电池能量密度提高的瓶颈。富锂材料具有大的比容量(≥250 mAh/g)和高的放电电压(3.8 V),理论能量密度高达900 Wh/kg,是未来动力电池的理想正极材料,因而研究高比容量富锂正极材料具有非常重要的现实意义。本文回顾了锂离子电池正极材料的发展和目前商业化正极材料比容量低的现状,综述了新一代大比容量富锂正极材料的结构特征和电化学性质,以及放电机制和改性研究的最新进展,并指出现阶段高能量密度锂离子电池用富锂材料遇到的问题,且有针对性地提出了解决思路和方法。     

三元镍钴锰正极材料的制备及改性

三元镍钴锰正极材料是一类非常重要的正极材料,具有性能优于钴酸锂而成本远远低于钴酸锂、能量密度远远高于磷酸铁锂等重要优点,正在逐渐成为汽车动力电池的主流正极材料。但是,三元镍钴锰正极材料也存在循环稳定性不足、大电流密度放电性能不佳等问题。围绕解决这些问题并进一步提升三元镍钴锰正极材料的性能,近年来国内外在材料制备技术以及改性技术方面开展了大量的研究工作,取得了若干令人瞩目的研究成果。本文从材料制备方法、包覆修饰和掺杂改性三个方面,介绍了三元镍钴锰正极材料制备技术及改性技术的研究进展,在此基础上,对三元镍钴锰正极材料的未来发展方向作出展望。     

钴酸锂正极材料与锂离子电池的发展 ——2019年诺贝尔化学奖解读

2019年诺贝尔化学奖授予了John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino三位对锂离子电池的发展做出了重要贡献的科学家. 钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用. 本文回顾了John B. Goodenough教授发现钴酸锂的历史,对钴酸锂的进一步发展及应用进行了梳理,同时对他发现另两种正极材料锰酸锂和磷酸铁锂进行了阐述.     

锂硫二次电池正极研究进展

综述了锂硫电池中硫基正极材料的制备方法、结构特征以及电化学性能. 简述了单质硫正极材料, 重点探讨了有机硫化物、碳/硫复合材料、聚合物/硫复合材料的结构设计、材料制备、反应机理以及充放电特性, 并对其中存在的问题进行了分析, 还介绍了硫化锂正极材料. 最后对硫基正极的进一步发展, 以及锂硫电池的商业化应用进行了展望.     

动力型锂离子电池富锂三元正极材料研究进展

随着电动汽车、智能电网以及大规模储能领域的快速发展,对作为储能设备的锂离子电池的各项性能指标,如能量密度和功率密度等,提出了更加苛刻的要求。因此,开发稳定性好、比容量高的新型正极材料是进一步提高锂离子电池能量密度的关键。富锂三元正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li Mn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(0.1≤x≤0.5)具有工作电压高、比容量高、环境友好等优点,引起了广大科研工作者的高度关注和广泛研究。本文就此类新型富锂三元正极材料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、电化学性能的改善等进行了评述,并对其未来的发展方向进行了展望。     

普鲁士蓝及其类似物作为钠离子电池正极材料的研究进展

普鲁士蓝及其类似物具有独特的开放框架结构、丰富的储钠位点及较大的钠离子迁移通道,是最有商业化前景的钠离子电池正极材料之一.该类材料主要是利用共沉淀法或单一铁源自分解的方法合成.其超低的沉淀溶解平衡常数导致该类材料在制备过程中极易产生晶格缺陷和结晶水,造成比容量低、倍率能力欠佳和长期稳定性差.本文主要介绍了普鲁士蓝及其类似物材料的结构特征及其电化学特性,综述了该类材料的制备和改性方法,并对其作为钠离子电池正极材料的发展进行了展望.这一综述将推动普鲁士蓝材料在钠离子电池中的进一步研究,尤其是其新兴商业化进展.     

前驱体对三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响

目前,工业产品的三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2通常使用间接共沉淀和高温固相烧结相结合的方法.共沉淀制得的氢氧化镍钴锰前驱体,其形貌和粒径分布等直接影响着三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的性能.使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征和观察材料晶体结构和表面形貌,并测试粒径分布、振实密度和电化学性能,考察三种前驱体对制得的三元材料的影响.研究结果表明,前驱体的粒径分布直接影响材料的物理性能,表面有大量微孔而又致密的球形是较理想的前驱体形貌;焙烧后可得到结晶度高的材料,0.2C全电池放电比容量达到156.4 mAh·g-1,循环寿命优异,300周期循环其容量基本不衰减,500周期循环后容量保持率高达92%.     

锂离子电池正极材料Li[NixCoyMnz]O2 (x = 0.6, 0.85)相变对比

本文主要对高镍三元材料（Li(Ni_0.85Co_0.1Mn_0.05)O₂,Ni85）和常规低镍三元材料（Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)O₂,Ni60）两种三元材料的相变电压范围进行了划分和测定,以研究两种材料相变规律的区别,并进一步分析得出高镍材料在充电过程中的结构稳定性相对较弱的原因。本文主要采用了XRD、dQ·dV^-1以及SEM的表征方式对两种材料的相变、结构变化及颗粒表面的形貌进行分析。并得出以下结论,高镍正极在3.0 V ~ 4.2 V范围内充电时经历了H1→M→H2→H3的三次相变过程,最终产物为H3相。而传统Ni60材料在相同电压范围内只经历了H1→M的相变过程,当过充至4.550 V时,Ni60材料可达到H2相,继续过充至5.000 V后,可完成H3相的转变。因此,高镍正极材料在正常充电电压范围内即完成了H3相的相转变过程,其较低的相变电压阈值是其结构稳定性较差的原因。     

三(三甲基硅烷)亚磷酸酯添加剂改善高镍三元正极材料的高电压循环性能

研究了三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSP)添加剂对高镍三元正极材料Li Ni_(0.83)Mn_(0.05)Co_(0.12)O_2(LNMC811)高电压循环性能的影响。结合电化学表征、理论计算、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等方法研究发现,在高电位(4.5 Vvs Li/Li~+)下,TMSP添加剂能够在LNMC811正极表面被氧化分解,生成一层富含导锂离子性能好的硅酸盐和电化学稳定的无机碳酸锂,且电解液主要分解产物(有机碳酸锂和氟化锂)含量较少的正极固体电解质界面(CEI)膜;分析表明覆盖在正极表面的薄而均匀的CEI膜,能够很好的降低充放电过程的极化电压,隔离电解液和正极的接触,减少电解液的分解,抑制金属离子的溶出,稳定正极晶体结构,使LNMC811材料能够在4.5 V(vs Li/Li~+)高电压循环时仍然保持良好的循环性能和倍率性能。     

利用无序钠空位构筑高倍率钠离子电池正极材料

<正>由于全球分布广泛的钠资源以及价格低廉的钠盐成本,钠离子电池有望应用于未来大规模储能领域~(1,2)。层状过渡金属氧化物正极材料是目前最有希望实现商业化的正极材料之一,根据钠离子在过渡金属层间的占位方式不同和单位晶胞氧层堆积方式的差异,层状正极材料热力学稳定相主要分为P2型和O3型两类。O3型正极材料中,     

高镍三元正极材料的表面包覆策略

锂离子电池(LIBs)因具有更高的重量/体积能量密度、 更长的使用寿命、 更低的自放电率等优点而逐渐被广泛应用. 相比于已经广泛使用的钴酸锂和磷酸铁锂等正极材料, 高镍三元正极材料Li[Ni_1-x-yCo_xMn_y]O₂(NCM)以其高电压和高容量等优点, 逐渐成为下一代高能锂离子电池的首选正极材料之一. 尽管高镍NCM正极材料具有上述优点, 但在进一步的实际应用前还需解决其循环稳定性、 倍率性能和安全性等问题, 这些问题主要源于NCM材料本身的晶体结构不稳定、 正极-电解液间界面副反应及高界面电阻等. 针对这些问题, 目前对高镍NCM正极电化学性能优化的大量研究都与电极-电解液界面有关, 如何通过改善界面稳定性、 增加离子在固液界面的迁移率、 抑制界面副反应、 提高正极材料的稳定性进而改善电池性能成为了关注焦点. 本文总结了目前对于其电化学性能衰减的机理解释, 分类概括了包括电化学惰性包覆锂、 残积物清除剂包覆和锂离子良导体包覆等对于高镍NCM正极材料的颗粒表面包覆策略, 简述了一些新兴的包覆策略, 并对高镍NCM正极材料的发展方向和前景提出了展望.     

富锂锰基正极材料的电压衰减机理及其改性策略

富锂锰基正极材料因其能量密度高、成本低和环境友好等特点,成为最具有应用前景的锂离子电池正极材料之一.然而,富锂锰基材料严重的电压衰减成为其实现商业化的一大难点.本文从富锂锰基材料的晶体结构出发,总结了造成材料电压衰减的作用机理和影响因素,针对电压衰减提出了有效的改性策略,最后对富锂锰基正极材料未来的研究方向和发展作了展...     

双草酸硼酸锂在锂离子电池中的应用研究进展

双草酸硼酸锂(LiBOB)是一种新型锂盐,和商业化的LiPF_66相比具有一定优势,在锂离子电池应用上受到许多学者的关注.本文介绍了LiBOB的热稳定性、分解产物无毒和保护铝箔集流体等基本性质,对LiBOB的固相和微波两种合成方法及其在不同的有机溶剂中的溶解性、电导率、高低温性能等方面进行了论述,分析了LiBOB与正极材料搭配性能和在石墨负极上的成膜性能,并对其发展方向进行了展望.     

三元锂离子电池容量衰减机理研究进展

三元锂离子电池主要是指使用镍钴锰酸锂（NCM）或镍钴铝酸锂（NCA）作为正极材料的锂离子电池,三元锂离子电池广泛应用于电动汽车、3C电子产品、储能等领域。然而,三元锂离子电池的循环寿命已成为其进一步发展的最大障碍,因此了解三元锂离子电池的容量衰退机理具有重要意义。三元锂离子电池的衰退机理主要包括五个方面：晶体结构的改变和相变、活性材料的损失、电解质的分解和消耗、可脱嵌锂离子的损耗以及固体电解质界面的形成。本文总结了近年来相关方面的研究进展,以期更全面地总结三元锂离子电池的容量衰减机理,并对三元锂离子电池的应用前景进行了展望。     

高镍正极材料中钴元素的替代方案及其合成工艺优化

高镍三元正极材料LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂ (x > 0.8)因其高能量密度而备受瞩目。在高镍三元正极材料中,Co不但有助于增强层状正极材料结构稳定性,而且能够提高正极材料导电性能,因此被认为是一种非常重要的元素。但是由于目前全球范围内钴矿资源紧缺,在一定程度上限制了含钴正极材料在新能源电动汽车领域的发展应用。基于此,本文将不同的过渡金属离子掺杂到高镍层状材料中形成无钴化正极材料,并进行高镍正极材料无钴化的可行性分析。通过实验对比发现,资源存储量丰富并且价格低廉的Zr在一定程度上可以取代Co元素,得到的正极材料LiNi_0.85Mn_0.1Zr_0.05O₂表现出良好的电化学性能,在0.2C倍率以及2.75–4.3 V的截止电压范围内,其放电比容量为179.9 mAh·g^-1,80周容量保持率为96.52%。     

钒系磷酸盐锂离子电池正极材料

商业化锂离子电池以锂过渡金属氧化物作正极材料,由于安全性等问题限制了其更广泛的应用。在已经研究和开发的众多新型锂离子电池正极材料中,钒系磷酸盐由于具有较高的对锂电位和理论比容量而成为研究热点。本文综述了各种钒系磷酸盐类锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构、制备方法和电化学性能进行了总结,并对改善材料综合性能的方法和机理进行了探讨。     

锂离子电池石墨烯-LiMPO4（M=Fe,V和Mn）复合正极材料的研究进展

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长和安全性能好等优点,在电动车动力电池领域具有重要发展前景.开发高性能的正极材料又是动力电池研究的热点.与已商业化的正极材料钴酸锂相比,橄榄石结构Li MPO4(M=Fe,V和Mn)材料具有理论容量高、成本低、安全性能好和循环性能稳定等优点,非常适宜发展为电动汽车用锂离子电池正极材料,但是Li MPO4材料较低的电子及离子传导性成为其产业化必须克服的难题.石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的二维材料,其碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格结构.由于其具有高比表面积、优异的导电性能和化学稳定性,用于Li MPO4复合材料时可以很好地控制Li MPO4粒径,提高材料导电性能和机械性能.本文综述石墨烯-Li MPO4(M=Fe,V和Mn)复合材料在国内外最新研究进展,重点针对石墨烯-Li MPO4(M=Fe,V和Mn)复合材料合成方法、形貌控制及电化学性能进行总结和探讨.     

锂离子电池富锂锰基层状正极材料的稳定性

富锂锰基层状正极材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂,M=Ni,Co,Mn等)因其比容量高、成本低廉以及环境友好等优点,被认为是未来锂离子电池正极材料的最佳候选者之一。然而,该正极材料存在长循环中电压衰减过快、循环性能不佳和倍率性能较差等问题,严重阻碍了该材料的商业化应用。在这篇综述中,我们结合最新的研究进展从富锂锰基层状正极材料的稳定性出发,阐述了该材料的结构特性及电化学行为,并从体相掺杂和表面修饰两个方面,综述了提升富锂正极材料循环过程中稳定性的手段。最后,我们对该领域的发展趋势进行展望并认为体相掺杂和表面调控相结合的联合改性机制是未来该领域发展的方向。     

锂离子电池镍钴锰/铝三元浓度梯度正极材料的研究进展

高镍三元正极材料由于高容量和高工作电压被认为是下一代锂离子电池有力的候选者,然而循环稳定性和热稳定性不佳限制了其广泛应用. 镍钴锰/铝三元浓度梯度正极材料的梯度设计可以在保证高容量的同时兼具优良的循环稳定性,因而在过去十年中得到了广泛研究. 本文综述了锂离子电池镍钴锰/铝三元浓度梯度材料最新的研究进展,论文首先总结了梯度材料的不同合成方法,并阐述了核壳浓度梯度材料和全浓度梯度材料的研究方向. 其次,介绍了浓度梯度材料的结构表征手段并揭示性能改善的原因. 最后讨论了目前该材料产业化的难点,并提出了可能的解决方案.