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)。     

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。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.4Al0.1O2的合成与性能

采用高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.5Co_0.4Al_0.1O₂,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构及表观形貌进行分析。通过恒电流充放电以及循环伏安法进行了电化学性能测试。测试结果表明,充放电电压在3~4.5V之间,在0.2C倍率下首次放电比容量达到159.9mAh·g^-1,经50次循环充放电后放电容量为142.6mAh·g^-1,表现出良好的电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.4Al0.1O2的合成与性能

采用高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.5Co_0.4Al_0.1O₂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构及表观形貌进行分析。通过恒电流充放电以及循环伏安法进行了电化学性能测试。测试结果表明,充放电电压在3~4.5 V之间,在0.2C倍率下首次放电比容量达到159.9 mAh·g^-1,经50次循环充放电后放电容量为142.6 mAh·g^-1,表现出良好的电化学性能。     

Al掺杂对正极材料LiNi0.33-xMn0.33Co0.33AlxO2结构和电化学性能的影响

以柠檬酸为螯合剂利用快速湿化学法合成了具有α-NaFeO₂型层状结构的LiNi_0.33-xMn_0.33Co_0.33Al_xO₂(x=0.00,0.01,0.02, 0.04)正极材料,并通过X-射线衍射、充放电测试、循环伏安和交流阻抗对材料的结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明此方法合成的材料具有很好的层状结构且阳离子的混排度随着Al³⁺含量的增加而下降。电化学测试表明,LiNi_0.31Mn_0.33Co_0.33Al_0.02O₂具有很好的电化学性能和和循环性能,1C放电倍率下首次放电比容量达到176.9 mAh·g^-1,且Al³⁺的掺杂能有效提高电荷在电极界面间转移并抑制了在高压循环过程中电荷转移阻抗的增加。     

高温固相法合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2及其性能研究

采用高温固相法合成出层状锂离子电池正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂。通过XRD、ICP、SEM和电化学测试手段对产物的结构、组成、形貌及电化学性能进行了研究。XRD结果表明此方法合成的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂具有标准的α-NaFeO₂型层状结构，SEM照片显示颗粒粒径大约在500 nm左右，粒径分布较窄。以20 mA·g^-1电流密度放电，充放电电压在2.8～4.4 V之间，其首次放电比容量为170 mAh·g^-1，40次循环容量保持率为85.3%。进一步加入石墨导电剂后，同样条件下首次放电比容量变为179 mAh·g^-1，50次循环容量保持率为89.6%。容量衰减主要发生在前10次循环。XRD和SEM测试表明循环初期容量衰减的原因是由材料本体结构变化和界面反应共同作用的结果。     

高压实富镍正极材料LiNi0.85Co0.06Mn0.06Al0.03O2的制备

通过控制结晶法制备高密度类球形Ni_0.85Co_0.06Mn_0.06Al_0.03（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合后,在820 ℃于氧气气氛下进行高温煅烧,最终合成高压实富镍正极材料LiNi_0.85Co_0.06Mn_0.06Al_0.03O₂。通过扫描电子显微镜（SEM）表征前驱体、正极材料及正极片的形貌;X射线衍射（XRD）表明材料具有良好的六方单相层状α-NaFeO₂结构,能谱仪（EDS）分析表明材料颗粒中各组分含量呈均匀分布。制备的LiNi_0.85Co_0.06Mn_0.06Al_0.03O₂正极材料具有良好的加工性能和很高的压实密度,极片压实密度达到了3.82 g·cm^-3。以该极片组装的模拟电池具有良好的电化学性能,尤其具有优异的倍率性能,在电压区间2.8~4.3 V和0.2C电流密度充放电条件下,首次放电比容量为211.7 mAh·g^-1,首次充放电效率88.9%,5C大倍率充放电条件下容量仍达到180.2 mAh·g^-1,循环200周容量保持率为80.4%。     

LiNi0.5Co0.5O2体系的结构稳定化作用和独立充放电机理

为了解释锂离子二次电池正极材料LiNi_0.5Co_0.5O₂具有的优良充放电循环性能和高比容量特征，采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对LiNi_0.5Co_0.5O₂和LiNiO₂的相关特性进行了研究。结果表明LiNi_0.5Co_0.5O₂的结构稳定性优于LiNiO₂的原因在于充放电过程中体系中Ni、Co离子交替存在的价电子构型t_2g⁶e_g⁰。依据LiNi_0.5Co_0.5O₂体系中Ni离子和Co离子相互独立的电极反应提出了适用于LiNi_xCo_1-xO₂(0≤x≤1)体系的独立充放电机理(0.2C、3.0～4.2 V vs Li⁺/Li)，并得到实验的证实。     

一种新碳源包覆的LiFePO4/C正极材料的合成及性能

以富含植物蛋白的豆浆作为碳源, 以FePO₄·4H₂O和LiOH·H₂O为原料, 采用流变相方法合成了锂离子电池正极材料LiFePO₄/C. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的表征结果显示, 样品具有良好的结晶性能, 平均粒径约200 nm, 颗粒表面有均匀网络状的碳包覆. 充放电循环研究结果表明: LiFePO₄/C具有稳定的电化学循环性能, LiFePO₄/C正极材料在0.1C倍率下首次放电比容量达到156 mAh·g^-1, 首次充放电效率达到98.7%; 循环40次后, 放电比容量为149 mAh·g^-1, 电池容量保持率在95%以上, 1C倍率下首次放电比容量达到134.7 mAh·g^-1, 显示出较高的电化学容量和优良的循环稳定性.     

Zr掺杂对正极材料Li(Ni0.9Co0.05Al0.05)O2的电化学性能影响

通过控制结晶法制备类球形Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合后,在750℃下于氧气中进行高温焙烧,最终合成正极材料Li（Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02）O₂。扫描电子显微镜（SEM）结果显示前驱体及正极材料具有良好的形貌;X射线衍射（XRD）表明材料具有规整的六方单相层状α-NaFeO₂结构;能谱仪（EDXS）分析表明Zr元素在材料颗粒内部呈均匀分布。合成的LiNi_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02O₂正极材料具有良好的电化学性能,在25℃,2.8~4.3 V充放电条件下,0.2C首次放电比容量为221.5 mAh·g^-1,充放电效率90.3%,2C倍率充放电条件下容量仍达到192.7 mAh·g^-1,100周循环后的容量保持率为92.2%。在55℃,2.8~4.3 V的高温充放电条件下,该材料的0.2C首次放电比容量可达236.2 mAh·g^-1,2C充放电倍率下循环100周容量保持率为85.1%。     

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2,并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌.使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能.结果表明,pH为7.0时,合成的材料颗粒更小、分布最均匀,材料具有良好的层状特征,且材料中锂镍的混排程度最小.电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能,在0.1C的倍率下,材料的首次放电比容量达到了185 mAh.g-1,在循环20周后,放电比容量仍然保持在160 mAh.g-1.X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价,Mn为+4价.     

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2, 并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌. 使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能. 结果表明, pH为7.0时, 合成的材料颗粒更小、分布最均匀, 材料具有良好的层状特征, 且材料中锂镍的混排程度最小. 电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能, 在0.1C的倍率下, 材料的首次放电比容量达到了185 mAh·g-1, 在循环20周后, 放电比容量仍然保持在160 mAh·g-1. X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明, pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价, Mn为+4价.     

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%。     

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.     

5 V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成与Li+在材料中的扩散性能

使用草酸盐共沉淀法合成了5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,研究了不同温度下合成的材料结构形貌与电化学性能之间的关系。结果表明,在900℃下合成的样品电化学性能最好,可逆放电容量达到133.0 mAh?g-1,经30周循环后,容量仍然保持在132.2 mAh?g-1,容量保持率高达99.4%。使用恒电位间歇滴定法(PITT)测定了锂离子在LiNi0.5Mn1.5O4材料中的扩散系数。结果表明,在LiNi0.5Mn1.5O4材料放电过程中,在不同电位嵌锂量不同,发生反应的氧化还原电对也不同,锂离子的扩散系数在不同的电位下也会有差别,扩散系数在10e-10 cm2?s-1~10e-11 cm2?s-1范围内变     

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%.     

脉冲激光沉积LiNi0.5Mn0.5O2薄膜正极性能

高能量密度、功率密度和高温度稳定性的全固态薄膜锂离子电池是微电子器件的理想电源.开发新型的大比容量正极薄膜材料是解决问题的关键之一.与LiCoO2正极相比,层状结构的LiNi0.5Mn0.5O2有更高的可逆比容量和结构稳定性.本文应用脉冲激光沉积法制备LiNi0.5Mn0.5O2沉积薄膜,研究了衬底材料、温度对薄膜的微观结构、表面形貌及组分的影响.由LiNi0.5Mn0.5O2电极组装半电池,研究了薄膜的电化学性能与晶体结构、表面形貌及组分间的关系,表征了LiNi0.5Mn0.5O2沉积薄膜于不同充电截止电压的循环稳定性及倍率性能,并讨论了LiNi0.5Mn0.5O2薄膜的结构特点.     

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%.     

LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4的合成及其电化学性能研究

应用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法.合成了Y3+掺杂的尖晶石LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4材料.XRD、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4的倍率和循环性能.在电压区间3.5～4.9V,1C倍率下,其初始放电比容量为114.9 mAh.g-1,100次循环后放电比容量仍可达113.0 mAh.g-1,容量保持率为98.3%.掺杂Y3+能减小材料界面阻抗.     

稀土取代的复合氧化物Eu_（0．5）RE_（0．5）Fe_（0．5）Mn_（0．

利用固相反应合成了稀土取代的复合氧化物Ｅｕ_（０．５）ＲＥ_（０．５）Ｆｅ_（０．５）Ｍｎ_（０．５）Ｏ_３（ＲＥ＝Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ）．测量了这些化合物的ＸＲＤ和ＸＰＳ谱。在ＸＰＳ研究中发现，稀土取代而使稀土元素本身的结合能相对于其倍半氧化物中的有所降低；在取代的复合氧化物中，随着ＲＥ离子半径的减小，Ｆｅ、Ｍｎ的结合能随之增加。