5V锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的低温燃烧法合成及性能研究

以IANO_3、Ni(NO_3)_2·6H_2O、Mn(NO_3)_2和CO(NH_2)_2为原料,采用低温燃烧法成功合成了5V锂离子电池正极材料LINi_(0.5)Mn_(15)O_4.通过XRD、SEM、循环伏安和恒电流充放电实验对合成样品进行了表征.结果表明,在850℃合成的正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有立方尖晶石结构,规则的八面体晶形,粒度适中,比较均匀.合成产物具有良好的电化学性能,其充放电电压平稳,放电平台高达4.7V,4V放电平台几乎消失;放电容量达到124.92mAh/g,50次循环后放电容量仍可达到120.84mAh/g.     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.85)Co_(0.10)(TiMg)_(0.025)O_2合成及表征

以LiOH·H2O、Ni2O3、Co2O3、TiO2和Mg(OH)2为原料,应用固相反应法合成Co Ti Mg共掺杂的LiNiO2化合物LiNi0. 85Co0. 10 (TiMg)0. 025O2;TG DTA、XRD、SEM和电化学测试表明,该材料首次放电容量达182. 7mAh/g(3. 0~4. 3V, 18mA/g), 10次循环之后,容量还有 175. 5mAh/g,容量保持率为 96. 2%;与未掺杂的LiNiO2相比,该材料显示出良好的循环性能,是一种很有应用前景的锂电池正极材料.     

柠檬酸络合法合成锂离子电池正极材料Li_(1 x)Mn_2O_4

90年代初 ,Ｓｏｎｙ技术能源公司首先使ＬｉＣｏＯ2 /Ｃ锂离子“摇椅”蓄电池[1]商品化 .但由于Ｃｏ价格较贵 ,生产成本高以及污染环境等缺点 ,限制了Ｃｏ的使用 .研究和开发用于锂离子电池作正极材料的有ＬｉＮｉＯ2 和ＬｉＭｎ2 Ｏ4 .ＬｉＮｉＯ2 的容量较高 ,毒副作用较小 ,受到人们重视 ,但是制备和纯化十分困难 .尖晶石型ＬｉＭｎ2 Ｏ4 [2 ,3]由于资源丰富 ,价格便宜 ,对环境污染小 ,已成为锂离子电池正极材料研究热点之一 .Ｌｉ1 ｘＭｎ2 Ｏ4 通常的制备方法是固相合成法 ,该法比较简单 ,但焙烧时间长、能耗高、粒度不均匀 .虽然用Ｐ…     

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.     

Na+掺杂锂离子电池正极材料LiNi0.6 Co0.2 Mn0.2 O2的制备及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法制备了钠掺杂改性的Li_0.98Na_0.02Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料,借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量分散谱（EDS）、感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电测试等手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了研究.结果表明,掺钠后的材料具有更完善的α-NaFeO₂结构（空间群为+/Ni²⁺阳离子混排和更大的Li层间距,易于Li⁺在晶格中的快速脱嵌迁移.电化学性能测试结果证实掺钠样品具有优异的循环稳定性和高倍率性能,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,放电比容量仍为146 mA·h/g（容量保持率为95.4%）,在0.1C,0.2C,0.5C,1C,3C,5C,10C和20C时的放电比容量分别为181,168,162,155,143,136,126和113 mA·h/g.     

LiAl_yNi_(1-y)O_2作为锂离子电池正极材料的研究

本文采用固相反应法合成了一系列不同 y值的LiAlyNi1- yO2 材料 ,通过对其电化学性能的研究发现 ,在适当的烧结条件下 ,LixAl0 .2 5 Ni0 .75 O2 作为二次锂离子电池的正极材料 ,其耐过充性和循环性能都有明显改善 .当Li含量大于 1时 ,在高电位范围充放 (3- 4 .8V) 30次循环后仍保持着首次放电容量的 95 % ,而LiNiO2 在此电压范围内经 2 0次循环后却只有首次放电容量的 5 6 % .通过循环伏安实验表明 :性能改善的主要原因可能是由于充电过程中 ,Al3+ 的掺杂阻止了LixAl0 .2 5Ni0 .75 O2 随Li+ 离子过量脱出而发生晶型转变 .     

高首效富镍正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的合成及电化学性能研究

采用共沉淀-高温固相烧结的方法合成了富镍正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(简称NCM622),通过X射线粉末衍射（XRD）/Rietveld精修法、扫描电子显微镜（SEM）及电化学测试,对不同温度下合成材料的结构、形貌、电化学性能进行表征. 结果表明,800℃下,NCM622阳离子混排程度最低(~1.97%),首圈库伦效率高达92.2%,100圈容量保持率为81.4%.     

LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的络合法合成及其电化学性能研究

采用络合法制备了锂离子电池的活性正极材料LiNi0.8Co0.2O2粉体,该合成材料结晶良好,层状结构发育完善.电池充放电测试表明,作为锂离子电池正极,其电化学性能与LiNi0.8Co0.2O2粉体的合成温度有关,其中以900℃下合成得到的材料性能最优:第1次放电比容量高达142mAh/g,循环30次后可逆比容量仍高达122mAh/g,容量损失为14.5%.文中对容量退化的原因进行了分析.     

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%.     

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。     

Synthesis and electrochemical performance of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 as a concentration-gradient cathode material for lithium batteries

A well-ordered and spherical LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 cathode material was successfully synthesized from Ni and Mn concentration-gradient precursors via co-precipitation. The crystal structure, morphology and electrochemical properties of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, and charge-discharge tests. The material delivered an initial discharge capacity of 174.3 mAh/g at 180 mA/g （1 C rate） between 2.8 and 4.3 V and more than 93.1% of that was retained after 100 cycles. In addition, it also exhibited excellent rate capability, high cut-off voltage and temperature performance.     

高倍率球形锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的制备及其电化学性能研究

采用碳酸盐共沉淀-高温固相法制备得到了颗粒平均尺寸约5 μm振实密度为2.1 g·cm^-3的均匀微球形高镍LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂材料.X射线衍射（XRD）分析和透射电镜（TEM）结果表明这种微球状LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂材料具有完善的层状α-NaFeO₂结构,过渡金属层原子呈[√3×√3]R30°排布.电化学性能测试结果证实了该材料具有优异的循环稳定性和高倍率性能.具体而言,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后的放电比容量为150 mAh·g^-1,容量保持率为94.6%,在30C的超高倍率下,放电比容量还能达到96 mAh·g^-1.同时,该材料的储能能力也非常突出,在0.1C时比能量密度为687.83 Wh·kg^-1（体积能量密度为1444.45 Wh·L^-1）,在30C时仍达335.27 Wh·kg^-1（体积能量密度为704.07 Wh·L^-1）,非常有潜力应用于商业化高能量密度锂离子电池.     

锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2和LiNi0.95Ce0.05O2制备工艺优化

通过L9(34)拉丁正交实验, 利用极差分析法对制备LiNi0.8Co0.2O2的反应条件进行优化, 找出了合成LiNi0.8Co0.2O2的最佳工艺, 固相分段法制备LiNi0.8Co0.2O2的过程中, 反应物摩尔比、氧气压力、恒温时间及最终合成温度依次为主要影响因素.尝试把氧气压力作为独立因素进行考察, 进一步优化了合成工艺. 采用同样方法尝试研究了添加Ce合成了电化学活性较高LiNi0.95Ce0.05O2派生物正极材料. 实验电池电化学测试表明LiNi0.8Co0.2O2和LiNi0.95Ce0.05O2初始放电比容量分别为165, 148 mAh·g-1, 放电平台均在9 h以上.     

锂离子蓄电池正极材料LiNi0.8 Co0.2 O2的制备及其电化学性能

用高温固相反应和氧化还原溶胶凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2,并对其进行了电化学性能考察。结果显示,氧化还原溶胶凝胶法制备的锂离子电池正极材料的综合性能较高温固相法好。     

锂离子电池正极材料LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O2和LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O2/LiFePO4容量衰减原因分析

采用湿法球磨法制备了锂离子电池混合正极材料LiNi _0.5Co _0.2Mn _0.3O₂/LiFePO₄ (NMC532/LFP). 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试和电化学阻抗谱测试(EIS)等方法研究对比了LiNi _0.5Co _0.2Mn _0.3O₂(NMC532)和LiNi _0.5Co _0.2Mn _0.3O₂/LiFePO₄ (NMC532/LFP)的容量衰减机理,结果表明：循环50次和60℃高温存储后,NMC532/LFP的容量保持率分别为97.80%、86.48%,其循环和高温存储性能较好. 循环和高温存储后NMC532和NMC532/LFP的电荷传递阻抗Rct明显增大,但NMC532/LFP的Rct较小. NMC532和NMC532/LFP的I(003)/I(104)值都有所减小,但NMC532/LFP的I(003)/I(104)值比NMC532的大,即NMC532/LFP材料的阳离子混排现象有所改善. 循环后NMC532、NMC532/LFP颗粒没有出现明显的表面开裂和链接断裂现象,但NMC532颗粒有部分发生粉化. 高温储存后NMC532颗粒表面出现裂纹,且颗粒之间的链接断裂,NMC532/LFP颗粒表面出现轻微粉化. 材料结构规整度下降,阳离子混排程度加剧,电荷传递阻抗增大是NMC532和NMC532/LFP容量衰减的主要原因.     

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。     

阻燃剂对镍钴锰三元材料体系电化学性能的影响

测试了不同浓度的电解液阻燃添加剂对镍钴锰三元材料（LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂）作为正极的锂离子电池电化学性能的影响. 实验结果表明,当阻燃剂浓度增加时,电池的放电容量下降,电化学反应电阻和锂离子扩散阻力都有所增加,但加入阻燃添加剂的锂离子电池,当充放电的电流相对比较小的时候,循环性能相比于不含阻燃剂的有所提高,循环稳定性得到了改善. 在0.5C倍率电流下,不含阻燃剂时容量保持率为89%,而当阻燃剂含量增至10%后保持率达到94.21%. 当充放电电流为1C时,未使用阻燃剂时容量保持率约为92.22%,当阻燃剂的浓度为10%时容量保持率为93.01%. 在2C倍率下,不含阻燃剂时容量保持率为87.92%. 阻燃剂浓度为10%时,容量保持率有所提升,达到92.16%. 与基础电解液相比,选用含有10%阻燃剂的电解液可使容量保持率提高5%左右,相比于其他浓度,包含10%阻燃剂的电池循环性能也最为稳定.     

亲锂电解液在LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2／Li二次锂金属电池中的电化学性能

金属锂电池被认为是具有良好前景的下一代高能量密度电池。然而,传统的碳酸酯类电解液与锂的亲和性差,在循环过程中由于锂枝晶的生长和固体电解质膜（SEI）的不稳定导致金属锂电池性能快速衰减。采用1.2 mol／L六氟磷酸锂（LiPF₆）／二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）／氟代碳酸乙烯酯（FEC）／碳酸二乙酯（DEC）,并添加了双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）作为电解液,对其在LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂／40 μm-Li（单位面积上负／正极材料的实际容量的比N／P＝2.85）电池中的电化学性能进行了研究。LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂／40 μm-Li电池表现出优异的循环稳定性（循环120圈后,容量保持率>93%）和倍率性能（3C倍率下放电比容量为110 mA·h／g）。良好的电化学性能主要归因于该电解液可以在金属锂表面形成致密且稳定的SEI,并抑制锂枝晶的产生。     

SAC法制备LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4及其电化学性能

采用SAC (starch-assisted combustion)法和高温固相法分别合成锂离子电池正极材料LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4, 使用X射线衍射仪、BET法、粒度分析仪及扫描电子显微镜对合成材料的结构及物理性能进行了表征. 将合成材料作为锂离子电池正极活性材料, 用循环伏安、交流阻抗及充放电测试的电化学测试方法对材料进行了电化学的研究. 结果表明, 两种方法制备的材料均为纯尖晶石相; SAC法制备的LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4颗粒小, 粒径分布均匀, 具有更好的结晶形态. SAC法制备材料在0.1C充放电条件下的初始放电容量为121.2 mAh•g−1, 100次循环后容量损失仅为3.5%, 5C放电的初始放电容量则达到了103.5 mAh•g−1. SAC法的一步工序具有操作简单、成本低廉的优势, 有望实现商业应用.