Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料

以金属硫酸盐为原料,NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,用共沉淀法合成了Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05(OH)前驱体,再进行配锂并通过高温固相法合成了Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料Li(Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05)O₂。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、 循环伏安(C-V)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明Ni-Mn共掺杂正极材料Li(Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05)O₂有优秀的电化学性能:在3.0~4.4 V和3.0~4.5 V区间,0.5C倍率下首次放电比容量分别为162 mAh·g^-1和187 mAh·g^-1,循环100次后容量保持率分别为94%和94%。     

锂离子电池正极材料层状LiMnO2的掺杂改性

层状LiMnO2具有成本低、无毒和比容量高等优点，是一种非常有发展前景的正极材料。本文介绍了近年来国内外层状LiMnO2的研究进展。主要阐述了层状LiMnO2的结构与性能的关系。结合笔者的工作，着重探讨了离子掺杂改性对层状LiMnO2的电化学性能的影响。最后，简要指明了层状LiMnO2将来的可能研究方向。     

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.     

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i0.99Mn0.979Y0.021O2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.     

微波合成铝掺杂钴酸锂材料及性能研究

以LiOH.H2O,Al2O3和Co3O4为原料,微波加热合成Li离子电池正极材料LiAlxCo1-xO2.通过XRD测试表征了不同Al加入量时合成产物的晶体结构,确定当x≤0.4时,产物为单一相层状结构.计算了不同x时LiAlxCo1-xO2的晶胞参数,随着x的增大,a值减小,c值增大.对合成LiAlxCo1-xO2样品进行DSC-TGA测试,结果表明,当x不同时,合成样品的热稳定性不同.SEM测试表明,合成晶体粒度较均匀,粒径在5μm左右.电化学测试表明,LiAl0.2Co0.8O2的电化学性能最好,首次循环放电容量为127mAh/g,多次循环容量损失率小于LiCoO2.     

锂离子电池高镍正极材料掺铝的作用及掺铝方法的研究

为了探究铝对高镍层状氧化物在结构、形貌及性能方面的影响,本文采用两种不同的方式掺铝以制备NCA正极材料 （LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂）：一是固相法即将共沉淀合成的NC前驱体（Ni_0.84Co_0.16(OH)₂）在混锂烧结过程混入铝源（纳米Al₂O₃或Al(NO₃)₃）;二是共沉淀法即直接在合成前驱体过程中混入铝源（Al₂(SO₄)₃或NaAlO₂）即合成NCA前驱体（Ni_0.8Co_0.15Al_0.05(OH)_2.05）后再混锂烧结. 结果表明,掺铝能够降低阳离子混排程度、维持层状结构的稳定性,改善材料在充放电循环过程的放电电压及中值电压大幅下降的情况,提高其循环性能. 其中以NaAlO₂为铝源合成NCA前驱体所制备的NCA材料性能最优：在3.0 ~ 4.3 V充放电区间,0.1C倍率下首圈放电比容量达198 mAh·g^-1,首次库仑效率可达94.6%,1C倍率下循环200圈后容量保持率达70%.     

锂离子电池高电压正极粘结剂的研究进展

锂离子电池在高电压下会导致严重的电解液分解以及不稳定的正极与电解质界面问题,严重制约高电压正极材料的商业化.粘结剂不仅可以将正极活性材料和导电炭紧密粘结在集流体上,还对构建电解质与正极之间的多尺度相容性界面起积极作用,因此,粘结剂的优化可以有效解决上述难题.本文提出了高电压锂离子电池正极粘结剂需具备的必要条件,如:粘结性能和机械性能优异,具有出色的电化学稳定性和热力学稳定性以及良好的离子和电子传输能力等.综述了近些年来高电压正极粘结剂的研究及发展现状,通过天然粘结剂和合成粘结剂对目前已报道的高电压粘结剂进行了评述,介绍了各种粘结剂对电极的粘结性能和包覆以及对锂离子电池性能的影响机制,重点阐述了粘结剂分子结构中的极性基团与活性物质间的相互作用,如氢键和离子-偶极相互作用,并讨论了设计开发高电压正极粘结剂的途径以及展望了高电压正极粘结剂的发展前景.     

锂离子电池纳米正极材料

综述了锂离子电池纳米正极材料的研究进展,阐述了这种材料用于锂离子电池的优势和存在的问题,把纳米正极材料分为过渡金属嵌锂化合物、金属氧化物和金属硫化物和其它纳米正极材料。归纳了不同纳米正极材料的主要制备方法,探讨了材料的制备方法与其结构、形貌和电化学性能之间的关系,展望了纳米正极材料用于锂离子电池的未来前景。     

锂离子电池有机正极材料

随着储能电源和电动汽车的迅猛发展,开发高能量密度的锂离子电池成为研究的重点之一。锂离子电池性能的提高很大程度上取决于正极材料的特性。目前,广泛使用的无机正极材料普遍存在容量提升有限、生产过程消耗能源大、存在安全隐患和成本高等缺陷。因此,需要开发比容量更高、安全性更好和在自然界中储量更为丰富的绿色能源材料。与无机正极材料相比,有机物正极材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强和体系安全的优点,是一类具有广泛应用前景的储能物质。本文综述了目前国内外已经开展的研究工作,介绍了作为锂离子正极材料的几类主要的有机化合物,包括导电高分子聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和含氧共轭化合物等;对比分析了这些化合物的电化学性能、电化学反应机理及其具备的优势和存在的不足;指出了有机化合物作为锂离子正极材料需要解决的问题及今后研究和改进方向。     

钴酸锂正极材料与锂离子电池的发展 ——2019年诺贝尔化学奖解读

2019年诺贝尔化学奖授予了John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino三位对锂离子电池的发展做出了重要贡献的科学家. 钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用. 本文回顾了John B. Goodenough教授发现钴酸锂的历史,对钴酸锂的进一步发展及应用进行了梳理,同时对他发现另两种正极材料锰酸锂和磷酸铁锂进行了阐述.     

新合成方法制备的LiCoO2正极材料的结构和电化学性能研究

采用新合成方法制备了锂离子二次电池正极材料LiCoO₂。通过ICP-AES、XRD、SEM、电化学方法等测试分析了所合成材料的物理性质和电化学性能，并与商品LiCoO₂材料作了对比研究。同时分别以国产MCMB和石墨作负极活性物质、合成的LiCoO₂作正极活性物质做成锂离子电池，对其电化学性能进行了测试。实验结果表明，所合成的LiCoO₂材料的电化学性能优于其它两种商品LiCoO₂材料，其初始放电容量为155.0 mAh·g^-1，50次循环后的容量保持率达95.3%，而且以此为正极的锂离子电池也表现出优良的电化学性能。计时电位分析结果还表明，合成的材料在充放电循环过程中发生了三次相转变过程，但相变过程具有良好的可逆性。     

锂离子电池正极材料层状LiNi1/2Mn1/2O2的制备与表征

用一种简单的共沉淀法制备出了层状LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料，并且用XRD、SEM、循环充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法对材料进行了表征测试。首先，用共沉淀法制备氢氧化镍和氢氧化锰的混合物;然后，对共沉淀溶液进行预氧化来制备前驱体;最后，用预氧化的前驱体合成了LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料。SEM和XRD测试结果分别表明:LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料是粒径范围在100～200 nm之间的球形粒子，并且具有非常好的层状结构。循环充放电表明:在空气中900 ℃下合成时间为9 h的材料，在充放电截止电压为2.8～4.6 V的情况下，经过40次循环，材料的容量可以稳定地保持在140 mAh·g^-1左右。循环伏安曲线表明:在锂的初始脱嵌和入嵌过程中存在不可逆相变。电化学阻抗谱测试表明LiNi_1/2Mn_1/2O₂具有很好的锂离子扩散能力。     

LiCoO2梯度包覆LiNi0.96Co0.04O2电极材料的电化学性能

镍钴酸锂(LiNi0.8Co0.2O2)与目前商业用锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO2)相比,具有成本低、实际比容量高和环境友好等优势。但LiNi0.8Co0.2O2的充放循环性能还有待提高,对其进行阳离子掺杂或表面修饰可以改善其电化学性能,这方面的研究已经成为热点。Fey等人[1]用溶胶凝胶法制     

Li2MnSiO4/CNTs复合正极材料的合成与电化学性能

采用水热辅助溶胶-凝胶工艺,通过原位复合的方法合成了锂离子电池用Li2MnSiO4/CNTs复合正极材料.分析了复合正极材料的形貌和组成特征,并对每摩尔分别复合5,10,20和30 g碳纳米管(CNTs)及未复合CNTs的样品进行了电化学性能测试.结果显示,所合成的Li2MnSiO4颗粒尺寸分布均匀,粒径在100 nm左右,易团聚.但随着CNTs复合量的增加,团聚现象逐渐改善.合成的Li2MnSiO4材料结晶度良好,属于正交晶系Pmn21空间群.电化学测试结果表明,每摩尔复合20 g CNTs的样品电化学性能最佳,在10 mA/g电流密度下,首周放电容量为150 mA.h/g,循环20周后仍保持在80 mA.h/g;CNTs的原位复合可提高Li2MnSiO4材料的导电性能,并改善其电化学性能.     

碳包覆改性制备高倍率性能的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

采用碳酸盐共沉淀-高温固相法制备了一系列表面碳包覆改性（w=1.0%,2.0%,3.0%）的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料,借助X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电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。结果表明,碳成功地包覆在了材料颗粒的表面,碳包覆改性后的材料具有良好的α-NaFeO₂结构（空间群为R3m）,且随着包碳量的增加,一次颗粒平均尺寸逐渐增大（从177 nm增至209 nm）。表面的无定形碳层可以提高材料的电子导电率,减少电极材料与电解液的副反应,故而碳包覆材料的电化学性能都有了一定程度提升。包覆碳量为2.0%的样品高倍率和长循环性能最好,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,容量保持率为93%;在0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C和20C时的放电比容量分别为：155、148、145、138、127、116、104和96 mAh·g^-1。在超高倍率50C（9 A·g^-1）时,其放电比容量还能达到62 mAh·g^-1（原始LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料仅为30 mAh·g^-1）,倍率性能十分优异。     

钨掺杂对锂离子电池LiNiO2正极材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了钨掺杂镍酸锂正极材料(LiNi_(1-x)W_xO_2,x=1%、3%),研究了钨掺杂对LiNiO_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,钨掺杂明显地改善了LiNiO_2的充放电循环性能,在100 mA·g~(-1)的电流密度和2.5～4.5 V电压范围的测试条件下,LiNi_(0.99)W_(0.01)O_2材料循环400次后的容量保持率为62.51%,而LiNiO_2在相同循环条件下的保持率仅为47.06%。同时,钨掺杂也提升了LiNiO_2的充放电倍率性能,掺杂材料在每一个倍率下放电比容量均高于未掺杂材料。     

Ti3C2Tx/MnO2正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO₂)材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO₂负载在Ti₃C₂T_x表面形成Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^-1 ZnSO₄、2 mol·L^-1 ZnSO₄+0.1 mol·L^-1 MnSO₄、30 mol·L^-1三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^-1三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^-1 ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti₃C₂T_x/MnO₂在2 mol·L^-1 ZnSO₄中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^-1 TEAOTf+1 mol·L^-1 ZnOTf),不仅提高了Ti₃C₂T_x/MnO₂材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。     

碳包覆改性制备高倍率性能的锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用碳酸盐共沉淀-高温固相法制备了一系列表面碳包覆改性(w=1.0%,2.0%,3.0%)的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电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。结果表明,碳成功地包覆在了材料颗粒的表面,碳包覆改性后的材料具有良好的α-Na Fe O2结构(空间群:R3m),且随着包碳量的增加,一次颗粒平均尺寸逐渐增大(从177 nm增至209 nm)。表面的无定形碳层可以提高材料的电子导电率,减少电极材料与电解液的副反应,故而碳包覆材料的电化学性能都有了一定程度提升。包覆碳量为2.0%的样品高倍率和长循环性能最好,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,容量保持率为93%;在0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C和20C时的放电比容量分别为:155、148、145、138、127、116、104和96 m Ah·g-1。在超高倍率50C(9 A·g-1)时,其放电比容量还能达到62 m Ah·g-1(原始LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料仅为30 m Ah·g-1),倍率性能十分优异。     

柠檬酸溶胶凝胶法制备LiCoO2电极材料及其表征

LiCoO₂ precursors of the cathode material for lithium-ion batteries were prepared from lithium hydroxide， basic cobalt carbonate and citric acid by a sol-gel method. The LiCoO₂ samples were obtained by sintering the gel pre-cursors at different temperatures and for different times. The thermal decomposition behavior of the gel precursors was examined by means of thermo-gravimetric analysis and differential thermal analysis using a PCT-IA thermal analyzer system. Their structures and morphologies were characterized by powder XRD and SEM techniques. It was found that using citric acid realized that the formation of LiCoO₂ crystal can be clearly differentiated to the nucle-ation and growth processes of the crystals; furthermore， the crystal size can be controlled. Electrochemical tests using the LAND BT1-10 test system showed the electrochemical performance of the material is affected by its in-tegrity and stability.