5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的自蔓延燃烧合成及性能

通过自蔓延燃烧方法合成了性能优良的高电位5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,利用傅立叶红外光谱(FTIR)、热分析(DSC/TG)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法对前驱物及样品的结构和物化性质等进行了分析和表征,考察了材料的电化学性能。结果表明,所制备样品具有单一的尖晶石相结构,具有4.7V充放电平台;在3.5V到5.2V之间进行充放电性能测试具有131mAh·g-1以上的可逆容量;在2C倍率下循环100次后的容量保持率为96%以上。     

Li4Mn5O12包覆对三元正极材料结构和性能的影响

LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂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Li₄Mn₅O₁₂包覆LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂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_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的表面形成了10nm厚的均匀Li₄Mn₅O₁₂的包覆层;在循环100圈后,包覆后的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂仍...     

正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成及性能

采用低温固相法制备镍锰复合草酸盐，煅烧后生成的镍锰复合氧化物与Li₃CO₃混合，在空气中于700 ℃反应12 h，得到LiNi_0.5Mn_1.5O₄。通过XRD，SEM和恒电流充放电测试对样品进行了表征。XRD结果表明：复合草酸盐经390 ℃煅烧3 h，生成了多相氧化物；合成的LiNi_0.5Mn_1.5O₄为纯相，具有立方尖晶石结构。电化学测试结果表明，合成的样品在室温和高温(55 ℃)下，具有较好的电化学性能；大电流充放电时，具有良好的循环性能。     

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。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究

近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4%,而未掺杂的情况为4.7%),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90 meV和140 meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.     

正极材料LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的低温燃烧合成

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、50%Mn(NO3)2溶液、Cr(NO3)3.9H2O和尿素为原料,采用低温燃烧法合成了LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2,研究了回火温度、回火时间、锂过量和掺铬量对正极材料电化学性能的影响。结果表明,采用低温燃烧法合成LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的优化条件为:回火温度850℃、回火时间16h、锂过量15%,适宜掺铬量x=0.02。在优化条件下合成的正极材料具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌和良好的电化学性能,以0.1C速率在2.5～4.6V之间充放电,首次放电容量为179.9mAh/g,第50次循环放电容量仍保有171.0mAh/g,容量保持率达到95.1%。     

微米级单晶高电压LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备及性能

采用改进的共沉淀-高温固相法制备了形貌可控的高电压LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。利用锂盐中结晶水易脱水的特点设计了低温高压反应环境。在高温煅烧之前增加反应釜预反应过程,有效提高锂盐与氧化物前驱体的混合均匀性以及反应性,抑制了杂相生成,降低了材料金属离子混排度。调控预反应温度实现了LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料形貌和颗粒尺寸的可控制备。研究表明,经过180℃预反应过程合成的样品具有规则的八面体单晶形貌,尺寸分布相对均匀,有效抑制了电极/电解液界面反应,使得合成的材料表现出优异的循环稳定性和倍率性能。常温1C下循环400次后容量保持率达到95.3%,且在20C下仍能放出120.9 m Ah·g^-1的比容量。     

MgAl2O4尖晶石对锂离子电池正极材料LiMn2O4的循环性能影响研究

MgAl₂O₄ spinel doping into cathode materials LiMn₂O₄ was used to improve the cyclic performance of the cathode. X-ray analysis results showed, when MgAl₂O₄ precursors were mixed with LiMn₂O₄ and sintered at 770 ℃ for 12 hour, MgAl₂O₄-LiMn₂O₄ mulriple spinel with the same physical characteristics as pure LiMn₂O₄ were synthesized. The electro-chemical performance testing showed, comparing with pure LiMn₂O₄, the first charge-discharge capacity of doping materials somewhat reduced, but the cyclic performance improved. The mechanism for doping material was also discussed.     

流变相法制备LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池正极材料及其电化学性质

LiNi_0.5Mn_1.5O₄ was prepared by rheological method using CH₃COOLi, Ni(CH₃COO)₂ and Mn(CH₃COO)₂ as raw materials. XRD and SEM results show that LiNi_0.5Mn_1.5O₄ synthesized at 850 ℃ has cubic spinel structure with clearly defined shape and particle size of 0.2～0.4 μm. Electrochemical tests show that the LiNi_0.5Mn_1.5O₄ presents a plateau near 4.7 V and delivers the maximum discharge capacity of 140.5 mAh·g^-1. After 100 cycles, the capacity loss per cycle was only 0.015% discharged at 0.2C and the capacity retention was more than 76.3% discharged at 2.0C at room temperature and the capacity loss per cycle was only 0.32% discharged at 0.2C at 55 ℃.     

离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2的合成

采用共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂，前驱体制备过程中金属离子氢氧化物的形貌、粒径分布和最终合成材料的性能息息相关。本文讨论了共沉淀反应过程中沉淀体系、pH值、搅拌速度和氨水浓度对沉淀产物形貌的影响。同时还考察了烧结制度对材料电化学性能的影响。结果表明，在优化条件下制备的正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂首次放电容量高达178 mAh·g^-1，50个循环后放电容量稳定保持在165 mAh·g^-1(电压范围2.8～4.5 V，电流密度30 mA·g^-1)。     

Li2CO3、NiO和电解MnO2合成高容量LiNi0.5Mn1.5O4及其表征

Well-developed crystalline LiNi_0.5Mn_1.5O₄ was prepared by solid-state reaction using Li₂CO₃, NiO and electrolytic MnO₂ at high heating and cooling rate. X-ray diffraction (XRD) patterns and scanning electron microscopic (SEM) images showed that LiNi_0.5Mn_1.5O₄ synthesized at 900 ℃ and 950 ℃ had cubic spinel structure with clearly defined shape. LiNi_0.5Mn_1.5O₄ spinel phase decomposed at 1 000 ℃ accompanying with structural and morphological degradation. TG measurement revealed that the weight loss during heating process could be mostly gained in cooling process, and the upward tendency of weight loss during heating process decreased, while that of irreversible weight loss rapidly increased with the increase of temperature. LiNi_0.5Mn_1.5O₄ powders prepared at 900 ℃ for 12 h delivered the maximum discharge capacity of 134 mAh·g^-1 with good cyclic performance at 2/7 C. In addition, by adjusting the calcination time at 900 ℃, the capacity and cycling performance of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ were further enhanced.     

三(三甲基硅烷)类添加剂助力5 V镍锰酸锂电池实用化

基于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的5 V电池尚未实现实际应用,解决这一问题的关键在于电解液调控和电极界面优化。我们系统性研究了三（三甲基硅烷）硼酸酯（TMSB）和三（三甲基硅烷）亚磷酸酯（TMSPi）作为常规碳酸乙烯酯（EC）-LiPF₆基电解液添加剂在LiNi_0.5Mn_1.5O₄电池体系中的应用。结合理论计算、物理化学表征以及电化学手段分析了三（三甲基硅烷）类添加剂在高压电解液中的作用机制。研究发现,TMSB和TMSPi均可以通过优化电极/电解液界面来提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄循环稳定性和库仑效率。TMSB中缺电子B可与阴离子相互作用,稳定PF₆^-,抑制LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极阻抗的持续增加。TMSPi具有更高的最高占据分子轨道（HOMO）能级,可在更低电位下钝化高压正极,提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄放电电压平台和放电容量。此外,TMSPi还可通过亲核反应参与石墨界面组分优化,改善负极循环性能。石墨LiNi_0.5Mn_1.5O₄软包电池在含1% TMSPi电解液中1C循环100次后的容量保持率为88.9%,优于基础电解液（60.5%）和含1% TMSB的电解液（77.4%）。     

层状正极材料LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2的结构及电化学行为

采用溶胶-凝胶方法制备了正极材料LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂。XRD、XPS测试结果表明：LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂中阳离子排列有序度较高，层状结构明显；Co、Mn分别以+3、+4价形式存在，Ni以+2、+3价形式存在，且Ni²⁺与Ni³⁺的含量之比约为1∶1。SEM测试结果表明：正极材料LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂结晶粒径较均匀。充放电测试结果表明：与LiCoO₂相比，尽管LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂的放电电压平台较低，但放电容量较高；在恒流充电模式下，当充电截止电压由4.35 V升高至4.75 V时，首次放电容量由179 mAh·g^-1增至201 mAh·g^-1，50次循环后，容量保持率由74.95%增至78.48%；在先恒流再恒压的充电模式下，电池首次放电容量为212 mAh·g^-1，50次循环后，容量保持率提高到87.71%。循环伏安测试表明：在2.80～4.80 V扫描范围内，该正极材料发生Ni²⁺/Ni³⁺，Co³⁺/Co⁴⁺两对电化学反应。EIS测试表明：随着充电截止电压的增大，该正极材料的传荷电阻变小。     

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…     

LiNi0.5-xAl2xMn1.5-xO4的制备、结构及电化学特征

采用喷雾干燥法合成了LiNi0.5-xAl2xMn1.5-xO4(0≤2x≤0.15)正极材料,研究Al掺杂对LiNi0.5Mn1.5O4材料结构与电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、傅里叶红外光谱(FTIR)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对其结构及电化学性能进行表征.结果表明,Al取代Ni和Mn使材料的晶体结构发生了转变,空间群由P4332转变为Fd3m,同时增大了锂离子的扩散速率,提高了材料的倍率性能.在室温下,LiNi0.4 5Al0.1Mn1.45O4表现了最好的倍率性能,当放电电流为0.5 C时,放电容量为126 mA.h/g,当放电电流增加到5 C时,放电容量为109 mA.h/g,保持率达到了87%.此外,Al取代Ni和Mn有效降低了材料在高温下的Mn溶解量,从而有效改善了材料在高温大倍率下的循环性能.LiNi0.45Al0.1Mn1.45O4材料在50℃,倍率为3 C时,放电容量为121.7mA.h/g,循环50次后,仍可保留初始容量的94%.