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。     

石墨烯包覆富锂层状材料的制备及其电化学性能

应用共沉淀结合固相烧结合成了富锂层状氧化物（Li-rich layered oxide,LLO）Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂. 对制备的富锂材料用氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）包覆后,再经300 ^oC空气中煅烧,制备了石墨烯（Graphene,Gra）卷绕包覆的复合材料（LLO/Gra）. 使用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）及电化学方法表征所得样品. 结果表明,富锂层状氧化物均匀地卷绕在石墨烯中. 与原始富锂材料相比,石墨烯包覆后的复合材料表现出更加优异的电化学性能. 尤其是石墨烯卷绕可以改善富锂材料的导电性,提高材料的放电倍率性能,在2.0至4.8 V电压范围内,0.1C（20 mA·g^-1）电流充放电下,容量达270 mAh·g^-1,1C倍率下复合物的放电容量接近200 mAh·g^-1,比原始LLO材料170 mAh·g^-1提高了15%.     

以酚醛树脂为碳源原位合成富锂层状相/尖晶石/碳核壳结构正极材料及其电化学性能

通过酚醛树酯包覆和碳热反应在富锂正极材料表面原位构建碳和尖晶石双壳保护结构, 对这种核壳结构的正极材料进行了结构和形貌表征, 并研究了其电化学性能. 研究发现, 尖晶石相为材料提供了三维锂离子迁移通道, 碳包覆层显著提高了正极材料的电子电导率, 两种效应的共同作用极大降低了材料的电化学阻抗, 提升了材料的放电比容量, 这种多壳层结构正极材料还具有优异的倍率性能, 在5C倍率下放电比容量可达到135.1 mA·h/g.     

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。     

表面化学侵蚀改性富锂层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2

采用3种不同pH值的去离子水,NH₄NO₃和H₂C₂O₄溶液对富锂层状正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂进行表面化学侵蚀改性,旨在改善其整体电化学性能。ICP结果表明pH值对材料中Li的析出具有显著影响。X射线衍射（XRD）表明表面化学侵蚀对材料的结构有影响。拉曼光谱（Raman spectroscopy）表明材料表面结构发生了变化。H₂C₂O₄溶液侵蚀过的样品的首次效率有了极大提高,但同时中值电压和循环性能显著恶化。NH₄NO₃溶液侵蚀过的样品的首次效率从63%提高到了85%,1C倍率下的放电比容量从149 mAh·g^-1提高到194 mAh·g^-1,同时保持了温和的中值电压变化曲线。通过高分辨透射电镜（HRTEM）,X射线光电子能谱（XPS）和电化学阻抗谱（EIS）对改性机理进行了研究。     

表面化学侵蚀改性富锂层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2

采用3种不同pH值的去离子水,NH₄NO₃和H₂C₂O₄溶液对富锂层状正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂进行表面化学侵蚀改性,旨在改善其整体电化学性能。ICP结果表明pH值对材料中Li的析出具有显著影响。X射线衍射（XRD）表明表面化学侵蚀对材料的结构有影响。拉曼光谱（Raman spectroscopy）表明材料表面结构发生了变化。H₂C₂O₄溶液侵蚀过的样品的首次效率有了极大提高,但同时中值电压和循环性能显著恶化。NH₄NO₃溶液侵蚀过的样品的首次效率从63%提高到了85%,1C倍率下的放电比容量从149 mAh·g^-1提高到194 mAh·g^-1,同时保持了温和的中值电压变化曲线。通过高分辨透射电镜（HRTEM）,X射线光电子能谱（XPS）和电化学阻抗谱（EIS）对改性机理进行了研究。     

锂离子电池用富锂层状正极材料

正极材料与负极材料是锂离子电池重要组成部分。目前锂离子电池负极材料比容量通常在300mAh/g以上,而正极材料比容量始终徘徊在150mAh/g。正极材料正在成为锂离子电池性能进一步提升的瓶颈。富锂层状正极材料是一类新型正极材料,其可逆容量在200mAh/g以上,其高容量特性引起人们的广泛关注。这类材料可以用xLi₂MO₃·(1-x)LiM'O₂ (M 为Mn, Ti, Zr之一或任意组合; M'为Mn, Ni, Co之一或任意组合; 0≤x≤1)形式表示。由于其组成与结构的特殊性,这类富锂层状正极材料的充放电机理也不同于其它含锂过渡金属氧化物正极材料。本文介绍富锂层状正极材料的合成、结构与充放电机理,重点介绍近年来通过改性提高其电化学性能方面的研究进展,指出目前富锂材料研究中存在的问题,探讨未来的研究重点。     

锂离子电池富锂层状正极材料的表面改性及电化学性能

采用一种简单、实用的“浸润-泥化-干燥”结合固相烧结工艺对富锂层状正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂进行表面改性。这种表面改性的正极材料具有280 mAh·g^-1以上的高比容量,在0.5C下历经70周充放电循环后容量保持率达91.6%,与本体材料相比,表现出较优的循环稳定性。     

锂离子电池高镍层状氧化物正极结构失效机制（英文）

高镍层状氧化物具有成本低、能量密度高的优点,被认为是新一代锂离子电池的理想正极材料。然而,由于在使用中其结构的耐久性与安全性问题,在实际应用过程中仍然面临着严峻的挑战。深入了解电极材料容量衰减过程中的结构演变对发展高性能层状氧化物电极材料具有重要的指导意义。本文综述了近年来高镍层状氧化物正极失效机理的研究进展,包括从高镍层状氧化物的内部结构演变、表面成分变化和热失控条件下的性质等方面,进行了详细的梳理。之后,本文介绍了国内外最新的高镍层状氧化物的改性策略,并对高镍氧化物正极结构研究的发展方向进行了总结和展望。     

锂离子电池用富锂正极材料的研究进展

富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂（0-1）和低廉的价格已引起人们的广泛兴趣. 但其首次充放电循环的较大不可逆容量损失、较差的倍率性能和循环过程的材料相变等关键问题制约了其发展. 富锂材料结构解析和充放电机理探索一直是研究的热点. 目前,富锂材料是否为固溶体仍有争论,首次充电4.5 V平台的氧流失机理已得到确认. 为了提高富锂材料的电化学性能,可从体相掺杂、表面包覆和结构形貌控制等方面对材料进行改性,其电化学性能有显著提升. 本文综述了富锂材料最新研究进展,归纳了相关制备方法,重点介绍了富锂材料的结构特点、锂嵌脱机理和改性方法,并展望了今后的研究方向.     

聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展

综述了各种聚阴离子型锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构和性能的关系,尤其是聚阴离子在正极材料中的作用,以及改善材料电导率的各种方法及其机理进行了总结和探讨.     

Nickel‐Rich Layered Lithium Transition‐Metal Oxide for High‐Energy Lithium‐Ion Batteries

High energy‐density lithium‐ion batteries are in demand for portable electronic devices and electrical vehicles. Since the energy density of the batteries relies heavily on the cathode material used, major research efforts have been made to develop alternative cathode materials with a higher degree of lithium utilization and specific energy density. In particular, layered, Ni‐rich, lithium transition‐metal oxides can deliver higher capacity at lower cost than the conventional LiCoO₂. However, for these Ni‐rich compounds there are still several problems associated with their cycle life, thermal stability, and safety. Herein the performance enhancement of Ni‐rich cathode materials through structure tuning or interface engineering is summarized. The underlying mechanisms and remaining challenges will also be discussed.     

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.     

锂镍钴复合氧化物锂离子电池正极材料的研究

本文报道了以碱式碳酸镍、碱式碳酸钴和碳酸锂为原料 ,柠檬酸为络合剂的新溶胶凝胶法制备复合锂镍钴氧化物锂离子电池正极材料 .氧气流中制备的LiNi0 .8Co0 .2 O2 具有高的循环容量 (～ 190mAhg 1)     

尖晶石型八面体结构锰酸锂的制备及其电化学性能

采用模板导向法和高温固相法制备尖晶石型八面体结构的LiMn₂O₄锂离子电池正极材料,研究了该材料的结构和电化学性能。 电化学性能研究表明,该电极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在2.5~4.5 V电压范围,电流密度为100 mA/g时,首周充放电比容量分别为147和179 mA·h/g,循环50周后,其充放电比容量仍分别保持在180/181 mA·h/g。 优良的电化学性能可能归因于尖晶石LiMn₂O₄的形貌结构特征,该方法为制备锂离子电池正极材料提供了思路和依据。     

锂电池正极材料FeS2

本文介绍了锂电池正极材料FeS2的晶体结构和电化学特性,综述了近年来锂电池正极材料FeS2的研究进展.重点叙述了天然FeS2的改性和人工合成FeS2的研究成果.在综述各方面进展的基础上指出了现阶段研究工作中存在的问题,并结合作者所在研究小组的工作对FeS2材料未来的研究方向进行了展望.     

高温锂电池氧化物正极材料研究现状与展望

高温锂电池是热电池向中低温度范围的拓展和延伸,在石油、天然气及地热探测等领域有很好的应用前景。相对于具有大比容量和接近纯锂电极电位的锂合金负极材料,正极材料还有不小的发展潜力。因此,正极材料是提升高温锂电池性能的关键材料。而在正极材料中,氧化物材料表现出高电压特性以及高热稳定性,可以推动高温锂电池小型化发展,满足特定条件下的电流电压供给。目前,并没有针对高温锂电池氧化物正极材料的系统性综述。为了促进本领域的快速发展,优化能源结构,本文系统总结了高温锂电池过渡族金属氧化物正极材料的研究进展,包括其物理特性、电化学特性及合成与制备方法,对材料的可利用特性以及不足之处加以说明;进而对氧化物正极材料在高温锂电池领域的应用做出展望。     

高温锂电池氧化物正极材料研究现状与展望

高温锂电池是热电池向中低温度范围的拓展和延伸,在石油、天然气及地热探测等领域有很好的应用前景。相对于具有大比容量和接近纯锂电极电位的锂合金负极材料,正极材料还有不小的发展潜力。因此,正极材料是提升高温锂电池性能的关键材料。而在正极材料中,氧化物材料表现出高电压特性以及高热稳定性,可以推动高温锂电池小型化发展,满足特定条件下的电流电压供给。目前,并没有针对高温锂电池氧化物正极材料的系统性综述。为了促进本领域的快速发展,优化能源结构,本文系统总结了高温锂电池过渡族金属氧化物正极材料的研究进展,包括其物理特性、电化学特性及合成与制备方法,对材料的可利用特性以及不足之处加以说明;进而对氧化物正极材料在高温锂电池领域的应用做出展望。