锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的低温燃烧合成

以LiNO3、Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2、CO(NH2)2为原料,通过低温燃烧法在空气中合成了锂离子正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2.采用XRD研究了合成产物的物相与结构,用SEM研究了合成产物的形貌,考察了点火温度、回火温度,回火时间以及锂过量对合成产物电化学性能的影响.研究结果表明,合成产物与层状LiNiO2的结构相同,属α-NaFeO2型层状结构,合成产物的粒度较小且比较均匀,并具有良好的电化学性能.采用低温燃烧法在空气中合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的最佳条件为:500℃点火,850℃回火20h,锂过量为15mol%.在此条件下得到的合成产物首次放电比容量达到158.9mAh/g.     

固相自引发基团置换反应制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料

自从2001年Ohzuku T和Makimura Y报导LiNi1/3Co1／3Mn1/3O2正极材料以来，其一直被认为是最有可能取代LiCoO2的新型锂离子二次电池正极材料之一。氢氧化物共沉淀法是最常用的一种合成LiNi1/3Co1／3Mn1/3O2材料的方法，通过混合氢氧化物共沉淀法可以获得有着均一分布且具有很高的振实密度的球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在不同电解液中的性能研究

应用低热固相合成法制备锂离子电池正极材料L iCo1/3N i1/3Mn1/3O2.研究该材料的结构与形貌,并比较它在商品L iPF6盐和在实验室合成的L iBOB(L iB(C2O4)2)盐电解液中的电化学性能.在L iPF6/EC+DMC+DEC电解液中,该材料表现出优良的电化学性能,其于0.5C、1C、1.5C、2C、3C放电倍率的初始比容量依次为167、163、163、157、147mAh/g,电池的循环性能也较好,说明低热固相合成的材料的有较好的高倍率性能.在L iBOB/EC+DEC+DE电解液中,0.5C倍率下比容量为160 mAh/g,较之L iPF6盐电解液的相差不大,但在高倍率下的比容量有所下降.     

回火处理对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响

以硝酸锂、四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、四水合乙酸锰、氨水和草酸为原料,通过共沉淀-燃烧法合成了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,采用XRD、SEM和充放电试验对合成产物进行了表征,研究了回火处理对合成产物结构和电化学性能的影响.实验结果表明,嫩烧反应形成的LiNi1/3C1/3Mn31/3O2结...     

纳米MgO掺杂改善LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料

将氢氧化物共沉淀法制备的(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)（OH）₂在500℃热处理5 h得到具有尖晶石结构、纳米尺寸的氧化物M₃O₄(M=Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3).将其与LiOH及不同量的纳米MgO混合均匀,并在850℃热处理24 h制备了Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_1/xMg_xO₂（x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05）正极村料.随着Mg掺杂量的增大,正极材料的晶胞参数增大;少量的Mg掺杂增大了锂离子的扩散系数,而过度掺杂却使锂离子扩散系数有所降低,其中Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Mg_0.02O₂的锂离子扩散系数最大,其脱出和嵌入扩散系数分别为D_Li-dein=29.20×10^-11cm²·S^-1和D_Li-in=4.760×10^-11cm²·s^-1;其以3C倍率充放电的平均放电比容量为139.3 mAh·g^-1,比未掺杂的原粉约高9.5 mAh·g^-1;另外其循环性能也得到了大幅度改善.     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在LiNO3溶液中的电化学性能研究

由溶胶凝胶法合成的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在水溶液体系中具有优异的高倍率充放电性能,放电时能够输出极高功率密度.XRD表征证明合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料具有层状α-NaFeO2结构,SEM形貌显示材料的粒径约为500nm,恒电流充放电测试表明LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在pH12的2mol·L-1LiNO3溶液中,以2C(0.36A/g)倍率充放时,比容量达到了147mAh/g.如以80C(14.4A/g)、150C(27A/g)和220C(39.6A/g)的倍率充放,材料的比容量仍可达到64mAh/g、33mAh/g和16mAh/g,而全电池的功率密度分别达到2574W/kg、3925W/kg、4967W/kg.其中80C倍率充放,经1000周循环后,容量保持率为90.9%.     

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     

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(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_1-xZn_xO₂ (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266 Ω减小到102 Ω. 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(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Zn_0.02O₂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, 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(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂平均每周衰减0.54%; Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.95Zn_0.05O₂平均每周衰减0.38%). Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Zn_0.02O₂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.     

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.     

ZnO包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面结构和电化学性能

在LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料表面包覆ZnO,通过X射线衍射（XRD）和光电子能谱（XPS）分析包覆层对正极材料表面状态的改变,并考察了改性后材料的放电容量、首次不可逆容量等电化学性能变化. 结果表明：ZnO主要存在于材料表面并影响着材料表面组成和电化学性质,材料表面镍和锰的含量随着包覆量的增加而增大;400 ^oC热处理可使过渡金属与锌在材料表面形成复合氧化物,过渡金属的结合能增大;包覆2%（by mass,下同）的ZnO可有效抑制55 ^oC下充放电时3.6 V附近的不可逆反应,提高了材料的首次库仑效率;包覆2% ZnO的电池材料在55 ^oC/0.5C的放电比容量和循环寿命最佳.     

氨蒸发诱导法制备纳米结构LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2及其作为高功率型锂离子电池正极材料的性能

采用氨蒸发诱导法成功制备出纳米结构LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、能量分散谱(EDS)和比表面测试等表征手段及恒电流充放电测试研究了其晶体结构、微观形貌和电化学性能.研究表明该方法制备出的材料具有良好的α-NaFeO2层状结构,阳离子混排程度低.纳米片交错堆积而成核桃仁状形貌,片与片之间形成许多纳米孔,而且纳米片的侧面属于{010}活性面,能够提供较多的锂离子的脱嵌通道.在室温下及3.0-4.6 V充放电范围内,该材料在电流密度为0.5C、1C、3C、5C和10C时放电比容量分别为172.90、153.95、147.09、142.16和131.23mAh?g-1.说明其具有优异的电化学性能,非常有潜力用于动力汽车等高功率密度锂离子电池中.     

Effect of Various Synthesis methods on the Electrochemical Properties of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

Layered LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 has the isostructure of α-NaFeO2 and shows high rate capacity with stable cycleability. Furthermore, the thermal behavior of this material is milder than that of lithium nickel oxide and lithium cobalt oxide. In addition, it is expected to be stable at elevated temperatures. Therefore LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 may be the most promising cathode materials of lithium-ion secondary battery.In this research, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 was prepared by solid-state reaction, sol-gel method and mixed hydroxide method. The influences of synthesis method on the physical and electrochemical properties of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscope (SEM), charge/discharge cycling cyclic voltammetry and differential scanning calorimetry (DSC). XPS studies show that the predominant oxidation states of Ni, Co and Mn in the LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 compound are 2+, 3+ and 4+. From the voltage profile and cyclic voltammetry, the redox processes occurring at ～3.8V and ～4.5V are assigned to the Ni2+/Ni3+ and Co3+/Co4+ couples, respectively. Different preparation methods result in the difference in morphology (shape, particle size and specific surface area) and electrochemical behaviors. A sample prepared by solid-state reaction has the worst electrochemical performance among these three methods. Sample synthesized by mixed hydroxide method displays the better rate capacity than that prepared by sol-gel method, while the capacity retention of sample prepared by sol-gel method is superior to that synthesized by mixed hydroxide method.     

湿化学法合成LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2及其表征(英文)

利用琥珀酸为鳌合剂的湿化学法成功合成了一系列锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2,在合成过程中改变琥珀酸与金属离子摩尔比(R)并研究了这一参数对合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料物理及电化学性质的影响.采用热重、X射线衍射、Rietveld精修、扫描电镜以及超导量子干涉仪对反应机理、材料的结构、形貌以及磁学性质进行了详细表征.得到最佳合成条件为R=1,此时LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的阳离子混排度最低.此外,通过Rietveld精修得到该材料阳离子混排度的结果与通过磁学方法得到的结果定量相符,如对于在R=1条件下合成的样品,Rietveld精修结果显示其阳离子混排度为1.85%,而超导量子干涉仪的测试结果为1.80%.当充放电区间为3.0-4.3V,电流密度为0.2C(1C=160mA·g-1)时,该样品的首次放电容量为161mAh·g-1,库仑效率为93.1%,经过50次循环后,容量保持率可达91.3%.     

Thermal Behavior Investigation of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-Based Li-ion Battery under Overcharged Test

Thermal behavior of its components such as separator, electrolyte, cathode, anode, and each binder were investigated by differential scanning calorimetry and thermal gravimetric (DSC/TG) to explain thermal runaway mechanism of Li‐ion battery under overcharged test. DSC results indicated the decomposition reaction temperature of SEI (solid electrolyte interface) layer in anode was at about 126°C. It was found that heat generation in anode under normal charged state increased obviously with the increasing of charged voltage. When the battery was overcharged to 4.6 V or 5.0 V, the onset temperature and heat generation of thermal reaction in anode changed a little, while those in cathode had large increase. It was proposed that thermal behavior in cathode mainly caused by the reaction of electrolyte with evolutional oxygen played a key role to thermal runaway for the studied Li‐ion battery under overcharged test.     

高倍率性能锂离子电池Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料的制备及其电化学性能

采用改进的碳酸盐共沉淀与高温固相法相结合的方法制备出了高倍率性能的锂离子电池正极材料Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安扫描(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学性能测试等手段对材料进行表征. 结果表明, 该方法制备的材料具有良好的α-NaFeO₂型层状结构(R3m(166)), 一次粒径平均大小为157 nm, 二次颗粒成球形. 同传统碳酸盐制备得到的材料相比, 该材料具备良好的倍率性能和循环性能, 在2.7-4.3 V 电压范围内, 0.1C (1.0C=180 mA·g^-1)倍率下, 首次放电比容量为156.4mAh·g^-1, 库仑效率为81.9%. 在较高倍率下, 即0.5C、5.0C和20C时, 其放电比容量分别为136.9、111.3、81.3mAh·g^-1. 在1C倍率下100次循环容量保持率为92.9%, 高于传统共沉淀法得到的材料(87.0%).     

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.     

锆掺杂以提升LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高温电化学性能

为解决LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料在高温下循环性能差的问题,本文通过固相法对材料进行锆掺杂改性,研究了不同掺杂量对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂晶体结构和电化学性能的影响。研究表明,当锆掺杂量为1% (x)时,可以降低LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂结构中的Li⁺/Ni²⁺离子混排,有助于材料电化学性能的提高,尤其是高温循环性能。在25 ℃、3.0-4.3 V下, Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.99Zr_0.01O₂在1C循环95次后容量保持率为92.13%,优于未掺杂样品(87.61%)。在55 ℃下, Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.99Zr_0.01O₂在1C循环115次后容量保持率仍有82.96%,远高于未掺杂样品(67.63%)。因此,少量锆掺杂对提升LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的高温循环性能有积极作用。