微纳结构富锂锰基层状正极材料的形貌调控与储锂性能

以金属醋酸盐为原料, 尿素为沉淀剂, 采用水热法辅助高温煅烧制备了三维微纳结构富锂锰基层状材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂. 通过调整反应溶剂实现了镍钴锰碳酸盐前驱体向球状和纺锤体状的导向性生长. 其中纺锤体状富锂材料在0.1C倍率下首次放电容量接近300 mA·h/g, 在5C大倍率下放电容量能够达到92 mA·h/g, 在0.5C倍率下循环70周容量保留率能够达到85%.     

富锂锰基正极材料的改性及其电化学性能研究

采用溶剂热法成功制备了富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂(LLO),通过铈离子掺杂和Nb₂O₅包覆,获得新型改性富锂锰基正极材料CNLLO。与LLO相比,比镍、钴、锰离子半径更大的铈离子的掺入增加了CNLLO的层间距,提高了锂离子扩散速率;Nb₂O₅包覆层抑制了CNLLO表面的副反应,限制了晶体结构的转变,提高了CNLLO的稳定性。在10 C倍率下,CNLLO的放电比容量(128.0 mAh·g^-1)高于LLO(85.6 mAh·g^-1)。此外,CNLLO还表现出优异的循环性能,1 C下循环200次后容量保持率和平均放电电压衰减值分别为80.2%和415.3 mV。因此,所制备的CNLLO正极材料具有优异的电化学性能,在锂离子电池中具有广阔的应用前景。     

磷酸锂原位包覆富锂锰基锂离子电池正极材料

本工作通过“碳酸盐共沉淀-沉淀转化-固相反应”方法,实现磷酸锂原位包覆和改性富锂锰基锂离子电池正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂,研究了磷酸锂包覆层的形成过程及其对电化学性能的影响.结果显示,碳酸盐前驱体经沉淀转化反应原位形成磷酸镍包覆层,与锂源混合煅烧,最终转化为厚度小于30 nm的磷酸锂包覆层.该材料组装的半电池在125 mAh·g^-1电流密度下循环175圈后容量达191.1 mAh·g^-1,容量保持率为81.8%,平均每圈电压衰减仅为1.09 mV.磷酸锂包覆层缓解了材料表面与电解液之间的副反应,抑制了不可逆相变和过渡金属溶出,同时磷酸锂作为锂离子导体促进锂离子传输.本工作表明沉淀转化法原位包覆磷酸锂是提升富锂锰基正极材料性能的有效途径.     

铝基化合物改性富锂锰三元正极材料的高温性能

通过多相复合分别制备了Al₂O₃、AlF₃、AlPO₄改性的富锂锰三元正极材料(Li_1.2Ni_0.133Co_0.133Mn_0.533O₂,LR)。采用X射线光电子能谱、透射电镜和电化学交流阻抗等对复合材料的成分结构、高温下的电化学性能及作用机理进行了研究。结果表明：Al₂O₃改性的Li_1.2Ni_0.133Co_0.133Mn_0.533O₂(LRO)性能最佳,包覆层薄且均匀;在50℃高温下,LRO的200圈平均放电比容量为189.5mAh·g^-1,容量保持率为81.5%,比原材料分别提高61.5 mAh·g^-1、49.8%;100圈循环后的电荷转移电阻为443.1 Ω,仅为原材料一半,表现出较优的电化学性能。     

铝基化合物改性富锂锰三元正极材料的高温性能

通过多相复合分别制备了Al₂O₃、AlF₃、AlPO₄改性的富锂锰三元正极材料(Li_1.2Ni_0.133Co_0.133Mn_0.533O₂,LR)。采用X射线光电子能谱、透射电镜和电化学交流阻抗等对复合材料的成分结构、高温下的电化学性能及作用机理进行了研究。结果表明：Al₂O₃改性的Li_1.2Ni_0.133Co_0.133Mn_0.533O₂(LRO)性能最佳,包覆层薄且均匀;在50℃高温下,LRO的200圈平均放电比容量为189.5mAh·g^-1,容量保持率为81.5%,比原材料分别提高61.5 mAh·g^-1、49.8%;100圈循环后的电荷转移电阻为443.1 Ω,仅为原材料一半,表现出较优的电化学性能。     

铝基化合物改性富锂锰三元正极材料的高温性能

通过多相复合分别制备了Al₂O₃、AlF₃、AlPO₄改性的富锂锰三元正极材料(Li_1.2Ni_0.133Co_0.133Mn_0.533O₂,LR)。采用X射线光电子能谱、透射电镜和电化学交流阻抗等对复合材料的成分结构、高温下的电化学性能及作用机理进行了研究。结果表明:Al₂O₃改性的Li_1.2Ni_0.133Co_0.133Mn_0.533O₂(LRO)性能最佳,包覆层薄且均匀;在50℃高温下,LRO的200圈平均放电比容量为189.5 mAh·g^-1,容量保持率为81.5%,比原材料分别提高61.5 mAh·g^-1、49.8%;100圈循环后的电荷转移电阻为443.1 Ω,仅为原材料一半,表现出较优的电化学性能。     

氟掺杂富锂锰基层状正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的合成及其性能

本研究以硫酸锰、硫酸钴、硫酸镍、碳酸钠和氟化铵为原料,通过共沉淀法结合高温煅烧法合成氟掺杂富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O_1.92F_0.08。通过扫描电子显微镜(SEM)对样品形貌进行观察,利用X-射线衍射(XRD)技术表征晶体结构,利用X-射线能谱仪(EDS)对样品元素分布进行测试,对材料进行恒电流充放电并研究其电化学性能。结果表明：氟掺杂后的富锂锰基正极材料微观形貌没有发生明显变化并保持层状结构;氟原位掺杂的样品在电流密度为1 C时循环65圈后,放电比容量为179 mAh/g,容量保持率为91.89%,高于未掺杂的样品87.5%,有效改善了材料的循环性能。     

表面活性剂对氧化铝修饰富锂锰基正极材料的影响

采用氧化铝修饰改性富锂锰基正极材料,探讨了表面活性剂在修饰改性中的作用。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和电化学性能测试等方法对材料结构和电化学性能进行分析。实验结果表明,十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)能使Al_2O_3纳米颗粒均匀包覆在富锂锰基正极材料表面,有效增强了复合材料结构的稳定性。在600 mA·g~(-1)电流密度下,该复合材料的初始放电容量为186mAh·g~(-1)。经过500次循环后,其可逆放电比容量仍高于132 mAh·g~(-1),初始容量保持率高达71%。此外,电压衰退也被有效抑制,复合材料表现出优异的综合电化学性能。     

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。     

电位滴定测定富锂锰基正极材料中锰

采用盐酸、硝酸溶解样品,加入焦磷酸钠溶液并调节溶液pH为6.0~7.0。用高锰酸钾标准溶液滴定至电位滴定仪上,根据消耗的高锰酸钾标准溶液的体积计算样品中的锰含量。探究了焦磷酸钠用量、溶液pH、共存元素等对测定锰含量的影响。在最优的实验条件下,方法的相对标准偏差在0.13%~0.22%之间,加标回收率在99.8%~100.5%之间。本方法是富锂锰基正极材料中质量分数10%~60%的锰测定的理想方法。     

Significant Enhancement of the Capacity and Cycling Stability of Lithium-Rich Manganese-Based Layered Cathode Materials via Molybdenum Surface Modification

Lithium-rich manganese-based layered cathode materials are considered to be one of the best options for next-generation lithium-ion batteries, owing to their ultra-high specific capacity (>250 mAh·g⁻¹) and platform voltage. However, their poor cycling stability, caused by the release of lattice oxygen as well as the electrode/electrolyte side reactions accompanying complex phase transformation, makes it difficult to use this material in practical applications. In this work, we suggest a molybdenum surface modification strategy to improve the electrochemical performance of Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂. The Mo-modified Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ material exhibits an enhanced discharge specific capacity of up to 290.5 mAh·g⁻¹ (20 mA·g⁻¹) and a capacity retention rate of 82% (300 cycles at 200 mA·g⁻¹), compared with 261.2 mAh·g⁻¹ and a 70% retention rate for the material without Mo modification. The significantly enhanced performance of the modified material can be ascribed to the formation of a Mo-compound-involved nanolayer on the surface of the materials, which effectively lessens the electrolyte corrosion of the cathode, as well as the activation of Mo⁶⁺ towards Ni²⁺/Ni⁴⁺ redox couples and the pre-activation of a Mo compound. This study offers a facile and effective strategy to address the poor cyclability of lithium-rich manganese-based layered cathode materials.     

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。     

富锂正极材料的衰减机理及循环稳定性提升的研究进展

富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn等,0＜x＜1)具有容量高(可达300 mA·h/g以上)、成本低的巨大优势,被誉为是可能的最为重要的下一代锂离子电池正极材料,受到了各国的高度重视和广泛研究.目前,这种材料尚存在初始(首圈)库仑效率低、循环性能差、电压衰减严重等问题,严重阻碍了材...     

采用基于乙醇体系的一步草酸共沉淀法制备层状富锂锰基正极材料

首次报道了一种新颖的基于乙醇溶液的一步草酸共沉淀法合成富锂锰基正极材料的方法。在这种方法中,包括锂元素在内的所有元素均能在共沉淀反应步骤发生沉淀反应,以此实现更为均匀的元素混合。此外,相比传统的草酸铵共沉淀法,该法省略了前驱体初烧的步骤,节约了合成的时间和成本。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了两种方法所制备的富锂锰基正极材料的结构、形貌与电化学性能。结果表明,一步草酸共沉淀法合成的富锂材料,拥有更好的结晶性、更大的层间距;材料的颗粒更为均匀和细小。这些晶体结构与形貌上的优势,使得该法制备的富锂材料展现出了更高的放电比容量、更好的循环性能和倍率性能。这些结果均展示了我们所提出的一步草酸共沉淀法的可行性与优势。这种新颖而简便的共沉淀法,可推广于其他层状材料的合成与设计。     

高比能锂离子电池层状富锂正极材料改性策略研究进展

层状富锂材料具有超过250 mAh∙g⁻¹的高可逆比容量,被认为是下一代高比能锂离子电池最具商业化前景的正极材料之一。然而,层状富锂材料在实际应用之前仍需解决诸多挑战,如高电压氧释放、层状到岩盐相的结构变化、过渡金属离子迁移等结构劣化,并由此带来了较低的初始库伦效率、电压/容量的衰减以及循环寿命的不足。针对以上问题,进行层状富锂材料改性无疑是一种行之有效的方法。本综述全面介绍了层状富锂材料的结构、组分以及电化学性能,在此基础上对材料改性策略进行了系统阐述,详细介绍了体相掺杂、表面包覆、缺陷设计、离子交换和微结构调控等一系列改性策略的现状以及发展趋势,最终提出了高容量和长循环层状富锂材料和高比能锂离子电池的设计思路。     

Review on Layered Manganese-Based Metal Oxides Cathode Materials for Potassium-Ion Batteries: From Preparation to Modification

Potassium-ion battery is rich in resources and cheap in price, in the era of lithium-ion battery commercialization, potassium-ion battery is the most likely to replace it. Based on the classification and summary of electrode materials for potassium-ion batteries, this paper focuses on the introduction of manganese-based oxide K_xMnO₂. The layered K_xMnO₂ has a large layer spacing and can be embedded with large size potassium-ions. This paper focuses on the preparation and doping of manganese-based cathode materials for potassium-ion batteries, summarizes the main challenges of K_xMnO₂-based cathode materials in the current stage of research and further looks into its future development direction.     

Direct Observation of Defect-Aided Structural Evolution in a Nickel-Rich Layered Cathode

Ni-rich LiNi_1−x−yMn_xCo_yO₂ (NMC) layered compounds are the dominant cathode for lithium ion batteries. The role of crystallographic defects on structure evolution and performance degradation during electrochemical cycling is not yet fully understood. Here, we investigated the structural evolution of a Ni-rich NMC cathode in a solid-state cell by in situ transmission electron microscopy. Antiphase boundary (APB) and twin boundary (TB) separating layered phases played an important role on phase change. Upon Li depletion, the APB extended across the layered structure, while Li/transition metal (TM) ion mixing in the layered phases was detected to induce the rock-salt phase formation along the coherent TB. According to DFT calculations, Li/TM mixing and phase transition were aided by the low diffusion barriers of TM ions at planar defects. This work reveals the dynamical scenario of secondary phase evolution, helping unveil the origin of performance fading in Ni-rich NMC.     

Ultrathin 3 V Spinel Clothed Layered Lithium-Rich Oxides as Heterostructured Cathode for High-Energy and High-Power Li-ion Batteries

In an attempt to overcome the drawbacks of high-capacity layered lithium-rich cathodes xLi2MnO3·(1–x)LiMO2(0-1 and maintains 259.8 mAh g^-1 after 80 cycles at 0.1 C rate.Meanwhile,it delivers outstanding rate discharge capacities of 229.4 mAh g^-1 at 1 C,216.8 mAh g^-1 at 2 C and 184.4 mAh g^-1 at 5 C as well as alleviated voltage fade.It is believed the ultrathin clothing spinel layer plays a vital role in the modification of the materials kinetics,and structural and electrochemical stability of the heterostructured cathode.     

采用电感耦合等离子体发射光谱法测定富锂锰基正极材料中9种杂质元素

采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定富锂锰基正极材料中的钠、钾、铜、钙、铁、镁、锌、铝、硅等9种杂质元素,并对样品的前处理条件、仪器测试条件、分析谱线的选择以及基体干扰情况进行了讨论.方法的相对标准偏差为1.1%～5.1%,加标回收率为93.0%～104.0%.方法操作简便,精密度好,准确度高,可以为富锂锰基正极材料中微量杂质元素提供一种可靠的分析测定方法.