锌镍单液流电池正极Ni1-xMnx(OH)2倍率性能分析

采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni_(1-x)Mn_x(OH)_2(x=0.1,0.2,0.3,0.4)。X射线衍射(XRD)测试表明x=0.1和0.2的样品主要是由β相组成;扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附-脱附测试表明掺杂Mn样品比不掺Mn的商用β-Ni(OH)2的颗粒更细小、多孔;恒流充放电测试表明,这种电极具有优良的高倍率性能,当x=0.2,电流密度800 mA·g-1时放电比容量为288.8 mAh·g-1,同等条件测试的商用β-Ni(OH)2放电比容量为198.7 mAh·g-1,循环580圈后仍有276 mAh·g-1的放电比容量,其衰减率为4.1%,而同等测试条件下的其它4种样品衰减率分别为46.1%(商用β-Ni(OH)2)、13.0%(x=0.1)、25.6%(x=0.3)、34.1%(x=0.4),可见这种Mn掺杂电极材料适合大电流密度充放电,能够改善镍电极的循环稳定性,降低镍电极成本。     

电化学混合电容器用新型β-Ni(OH)2/CNTs纳米复合物

采用水热合成法制备出一种新型β-Ni(OH)2/碳纳米管(CNTs)纳米复合物,Ni(OH)2微晶粒径控制在50～80 nm之间,与CNTs直径相当,CNTs与Ni(OH)2质量比为1:15.将纳米复合物应用于活性炭(AC)/NiOOH电化学混合电容器,电化学测试表明:在0.4 A/g电流条件下,其放电比容量达279 mAh/g,是β-Ni(OH)2理论容量的96.5%;当电流密度从0.4 A/g增加至8 A/g时,电容器的容量保持率在76.5%以上,高倍率充放电特性优异.此外,纳米复合物良好的电化学可逆性使AC/NiOOH电化学混合电容器更易活化,并具有较高的充放电效率和良好的循环稳定性能.     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)Zr_xO_2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06).通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安(CV)及电化学交流阻抗谱(EIS)技术对其电化学性能进行测试.结果表明,Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06)正极材料均具有α-NaFeO2型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C(充放电电流以1.0C=180 mA·g-1计算)倍率充放电进行测试,样品Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2的首次放电比容量分别为280.3和206.4 mAh·g-1.其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g-1.在50、25和-10°C,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在-10°C经过50次循环后正极材料Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

锂离子电池正极材料LiMnO2的掺杂及其电化学性能

采用水热法合成了用于锂离子电池正极材料的LiMxMn1-xO2(M=Mg,Y,Zr)化合物.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征,材料的电化学性能通过恒流充放电和交流阻抗谱(EIS)进行测试,分析了掺杂元素在改善材料性能中的作用.结果表明,掺杂后的LiMxMn1-xO2正极材料循环性能优于未经掺杂的材料.其中以掺杂钇的Li0.99Mn0.979Y0.021O2正极材料循环性能最佳,在室温下,充放电电流密度为50 mA·g-1时,60次循环后放电容量为226.3 mAh·g-1.     

高稳定性水系锌离子电池正极材料MnO2@MgO的制备与性能

采用共沉淀法和热分解法合成了具有核壳结构的MnO2@MgO微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料进行表征,结果发现包覆MgO不改变MnO2的结构,包覆层由纳米颗粒组成,厚度约为50 nm。电化学性能结果显示,包覆后材料的放电比容量明显提高,在100 mA·g^-1电流密度下,最大放电比容量为274.3 mAh·g^-1,比未包覆材料提高了12.8%。在1000 mA·g^-1电流密度下经过500次循环后,包覆后材料的放电比容量保持率高达84.1%,表现出优异的循环稳定性。MgO包覆层的存在避免了MnO2与电解液之间直接接触,抑制了电极材料在充放电过程中锰的溶解,从而显著提高MnO2的循环性能。     

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。     

掺杂NiO的Ni(OH)_2电化学性能研究

于Ni(OH)2中添加具有电容特性和大电流充放电性能良好的NiO.研究发现掺杂5%NiO的Ni(OH)2在0.2C倍率下放电容量可达310.1mAh/g,而3C放电容量还可以保持79.5%.其循环伏安扫描氧化还原峰电位差仅为164mV,表明该材料的循环可逆性好.由此可见在Ni(OH)2掺杂适量的NiO,对于Ni(OH)2的大电流充放电性能确有改进作用.     

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xZnxO2(x=0,0.02,0.05)正极材料.循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V,电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266Ω减小到102Ω. Li+嵌入扩散系数从1.20×10-11 cm2·s-1增大到2.54×10-11 cm2· s-1. Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定,其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g-1,室温下循环100周后容量几乎没衰减;高温(55°C)下充放电循环100周,其放电比容量平均每周仅衰减0.20%,远小于其他两种正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2平均每周衰减0.54%;Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Zn0.05O2平均每周衰减0.38%). Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g-1,高于其他两种正极材料.电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗,增大了锂离子扩散系数     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构,形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及其电化学性能

以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2(2)和Li2CO3为原料,在空气气氛中,经过高温热处理工艺制备了高结晶度的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(1)。正交试验确定最佳工艺条件为:2 0.3 mol,n(Li):n(2)=1.2,于950℃反应13 h。电化学性能研究结果表明,在2.7 V～4.6 V,电流密度16 mA.g-1时,1的首次放电比容量为203.4 mAh.g-1;经16 mA.g-1循环2次,32 mA.g-1循环9次,80 mA.g-1循环20次后放电比容量为164.1 mAh.g-1。     

高容量锂离子电池正极材料LiNi0.9Co0.05Mn0.025Mg0.025O2的合成及电化学性能

以β-Ni0.9Co0.05Mn0.025Mg0.025(OH)2和LiOH.H2O为原料通过高温固相法合成了球形LiNi0.9Co0.05Mn0.025Mg0.025O2。采用热重-差热分析了反应过程,采用X射线衍射和扫描电镜对粉末的结构和形貌进行了表征。采用充放电测试和循环伏安测试对材料电化学性能进行了研究。结果表明:750℃煅烧12 h合成的LiNi0.9Co0.05Mn0.025Mg0.025O2为Li原子混排较少的良好层状结构,二次颗粒尺寸在15μm左右,且具有最高的放电比容量和良好的循环性能,在0.2C,2.8~4.3 V的条件下,首次放电比容量达207 mAh.g-1,40次循环后容量保持率为92.5%。     

Effects of coprecipitated manganese on the structure and electrochemical performance of Al-substituted α-nickel hydroxide

The effects of manganese on the structure and electrochemical performance of Al-substituted α-Ni(OH)₂ prepared by a chemical co-precipitation method were studied. The results of XRD and IR showed that the Al-substituted Ni(OH)₂ with various Mn contents are typical α-phase. The Mn-free sample is labile in alkaline media and partly converted to β-Ni(OH)₂. The stability of the samples improves with the increase in Mn content. The results of galvanostatic charge-discharge experiments showed that the addition of Mn increases the difference between the oxygen evolution and charge potentials, which improves the charge efficiency and increases the discharge capacity. The Mn-containing samples display better cycle stability than the Ni/Al sample without Mn. The Al-substituted Ni(OH)₂ sample with Mn 9.3% shows the highest discharge capacity during the whole cycle, and the largest discharge capacity is 260 mAh g⁻¹ .The electrochemical transfer resistance (R _t) value decreases with the increase of Mn content.     

高镍系正极材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2的制备及性能表征

以镍钴氢氧化物为原料,采用异丙醇铝水解法合成Ni0.88Co0.07Al0.05(OH)2,将前驱体与锂源充分混合,通过3种烧结条件制备出球形LiNi0.88Co0.07Al0.05O2正极材料,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学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。研究表明,在500℃下保温3 h、700℃下保温14 h的条件下合成的LiNi0.88Co0.07Al0.05O2具有良好的综合电化学性能,0.2C放电比容量达192.2 mAh·g^-1,首次充放电效率为81.6%,1C放电比容量为190.7 mAh·g^-1,100周后放电比容量为141.1 mAh·g^-1,容量保持率达到73.4%。     

长寿命高镍无钴锂离子正极材料的制备

通过调整不同配锂量、不同焙烧温度以及包覆改性对高镍无钴二元材料性能的影响因素进行了研究。对不同原样和其改性后的材料进行了X射线粉末衍射(XRD)分析和首次充放电性能和倍率性能、循环性能等电化学性能测试。其中过锂量(质量分数)为5%,焙烧温度为820℃的材料性能优异,其首次放电比容量为171.6 mAh·g^-1,1C和3C的放电比容量分别为147.8、129.8 mAh·g^-1。对材料进行锰化合物(质量分数1.0%)包覆处理后,材料的残碱量下降明显,加工性能优异,倍率性能得到明显改善,1C和3C的放电比容量分别提升为156.5、141.8 mAh·g^-1。2Ah软包电池常温循环830周容量保持率为80%,高温循环345周容量保持率为80%。     

锂离子电池正极材料LiV3-xMnxO8的水热合成与性能

采用水热法制备了Mn掺杂改性的锂二次电池钒基层状正极材料LiV3-xMnxO8(x=0.00, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10). 用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的晶体结构和形貌进行表征, 并以50 mA·g-1的电流对材料进行恒流充放电测试. 研究了Mn掺杂对材料晶体结构和电化学性能的影响. 结果表明, Mn掺杂能够明显改善材料的电化学性能. 在掺杂改性的LiV3-xMnxO8材料中, LiV2.94Mn0.06O8的初始容量最高, 达到295 mAh·g-1. 当掺杂量控制在0.01≤x≤0.08范围内时, LiV3-xMnxO8材料均具有较好的循环性能和充放电可逆性, 经20次循环后放电比容量都保持在120 mAh·g-1以上, 40次循环后都保持在100 mAh·g-1以上, 且材料的充放电效率始终维持在93%以上.     

Performances of Aluminum-cobalt Co-substituted α-Ni(OH)2 Electrodes

Aluminum-cobalt co-substituted α-Ni(OH)2 was prepared by means of the titration method in a buffer solution, the structure was characterized by XRD analysis. With above mentioned α-Ni(OH)2 as the positive electrode of a nickel-metal hydride cell, the discharge performances were examined by constant-current charge-discharge experiments. In comparison with the electrodes made of aluminum substituted or cobalt substituted Ni(OH)2 materials, the aluminum-cobalt co-substituted composite electrodes possess an excellent electrochemical performance and are of practical significance.     

超微Ni(OH)2纳米粒子的合成及其对Li+的超高吸附性能

在葡萄糖水溶液中合成得到平均粒径为5 nm的α-Ni(OH)2超微纳米粒子。研究结果发现,在水溶液中葡萄糖浓度能够控制α-Ni(OH)2纳米粒子粒径的大小,我们对其中的原理进行了剖析。当没有葡萄糖存在时,合成得到的Ni(OH)2晶型为β型,且颗粒粒径尺寸分布为微米级别。另外,研究发现α-Ni(OH)2超微纳米粒子室温下对中性水溶液中Li^+具有较强的吸附性能,且这种吸附性能随粒径的减小而剧烈增大;粒径为5 nm的α-Ni(OH)2粒子对Li^+的最大吸附量为214 mg·g^-1(远大于文献报道的有关吸附剂对Li^+的吸附容量),而粒径为1μm的β-Ni(OH)2在相同条件下对Li^+的最大吸附量低于30 mg·g^-1。计算分析表明,Li^+在α-Ni(OH)2纳米粒子表面吸附满足Freundlich方程,符合层层吸附模型。     

合成温度对全梯度正极材料LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2的结构和电化学性能影响

通过控制结晶法和浓度梯度进料的方式制备了Ni、Co和Mn三元素组分含量呈全梯度分布的类球形Ni_0.7Co_0.15Mn_0.15（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合并焙烧后获得LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂正极材料,系统研究了不同焙烧温度对材料Ni、Co和Mn三元素扩散情况、晶体结构及电化学性能的影响规律。通过能谱仪（EDXS）分析不同焙烧温度下材料颗粒中Ni、Co、Mn三元素的扩散程度。研究结果表明,在800℃下焙烧得到的正极材料梯度分布特征明显且电化学性能最佳,首次放电比容量为186.1 mAh·g^-1（2.8~4.3 V,0.2C）,2C大倍率充放电条件下循环200次后容量保持率为90.1%。这种材料兼具高比容量及良好的循环稳定性,可以用作下一代高能量密度锂离子电池正极材料。     

氢氧化物共沉淀法制备LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2正极材料的反应条件

通过氢氧化物共沉淀法制备了Mn0.45Ni0.45Co0.1(OH)2, 研究了反应条件对产物形貌特征的影响, 重点研究了F-离子对产物形貌特征、振实密度的影响. 利用前述产物通过高温固相合成法制备了高密度的LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04正极材料, 并研究了F元素掺杂对循环性能的影响. 结果表明, 在沉淀体系中加入F-, 可以改善产物的形貌特征和振实密度. SEM 测试结果表明, 产物具有良好的形貌; XRD测试表明, 产物具有良好的层状结构, 无杂质相存在. 在充放电电压区间为2.8-4.4 V, 电流密度为30 mA·g-1 时, LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04首次放电容量均为157 mAh·g-1, 经过50 次循环, 放电容量保持率分别为72.6%和86.0%, F元素的掺杂可以明显改进材料的循环性能.