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.     

正极材料LiNi0.5C0.5O2的电化学性能研究

以聚丙烯酰胺（PAM）为分散剂用微波—固相复合加热技术合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5C0.5O2。通过扫描电子显微镜（SEM）和X—射线粉末衍射（XRD）分析技术对材料的微观形貌和相结构进行了表征。恒电流充放电循环测试表明：材料的放电比容量高达154mAh／g，且有良好的循环性能。重点利用循环扫描伏安、计时电量和电化学交流阻抗测试技术，对材料在循环前后的电化学性能变化规律进行了探讨。结果表明，经过循环后材料的导电能力以及锂离子扩散能力都有了很大的提高。另外，材料中的锂含量对材料的导电能力也有很大的影响。     

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LiNi0.5Co0.5O2的电化学性能研究

以聚丙烯酰胺(PAM)为分散剂用微波—固相复合加热技术合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2。通过扫描电子显微镜(SEM)和X—射线粉末衍射(XRD)分析技术对材料的微观形貌和相结构进行了表征。恒电流充放电循环测试表明:材料的放电比容量高达154mAh/g,且有良好的循环性能。重点利用循环扫描伏安、计时电量和电化学交流阻抗测试技术,对材料在循环前后的电化学性能变化规律进行了探讨。结果表明,经过循环后材料的导电能力以及锂离子扩散能力都有了很大的提高。另外,材料中的锂含量对材料的导电能力也有很大的影响。     

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。     

焙烧气氛对LiNi0.5Mn0.5O2中Li/Ni混排及电化学性能的影响

用固相法分别在氧气和空气气氛下合成了层状锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征, 用Rietveld精修计算晶体结构中的Li/Ni混排率, 研究了混排率与电化学性能的关系. 结果显示, 在不同的焙烧气氛下均能合成出纯相和结晶性良好的LiNi_0.5Mn_0.5O₂, 但两种材料在电化学性能上存在一定的差异. 氧气气氛下焙烧合成的材料在首次放电容量, 循环稳定性方面均优于空气气氛下合成的材料. 在0.1C充放电条件下氧气气氛下焙烧得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料首次放电容量达到178 mAh·g^-1, 充放电循环50圈后容量为165 mAh·g^-1, 容量保持率为92.7%; 而在空气气氛下焙烧得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料首次放电容量为164 mAh·g^-1, 充放电循环50圈后容量为137 mAh·g^-1, 容量保持率为83.5%. 氧气气氛下合成的材料具有较优的电化学性能可归因于氧气气氛下焙烧合成的LiNi_0.5Mn_0.5O₂具有较小的Li/Ni混排率.     

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.     

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     

大孔高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的制备及其电化学性能研究

本工作以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球组装成的胶晶模板作为铸模,溶胶-凝胶法辅助获得大孔LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811)正极材料.结果 表明,利用PMMA作为造孔剂,形成了由100nm的颗粒堆积而成的大孔结构,这种结构有效地提高了材料的倍率性能和循环稳定性.大孔NCM811在0.1C的首次放电...     

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%.     

高电压锂离子正极材料LiNi0.5Mn1.5O4高温特性

随着新能源电动汽车和大容量储能的快速发展,亟需开发高能量密度、高功率密度的锂离子电池。镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)由于具有高电压平台(4.7V)、较高的能量密度和功率密度、资源丰富、成本低等优点,被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。然而,在高温条件下,LiNi_0.5Mn_1.5O₄会与电解液发生严重的界面副反应,导致循环性能变差,这严重制约了其商业化进程。因此,改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄的高温特性成为锂离子电池领域的研究热点之一。本文对近期LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相关研究的主要成果进行综述,以LiNi_0.5Mn_1.5O₄的基本特性和现存挑战入手,着重关注离子掺杂、表面包覆和表面掺杂等策略提升材料的高温性能,并为后续研究提出建议和展望。     

锂离子电池正极材料层状LiMn02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.     

水合肼对锂离子正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

以NiSO4和MnSO4为原料,在用共沉淀法经二次干燥制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入水合肼进行还原处理.实验结果发现:经还原处理的前驱体制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远远高于同样条件下不经水合肼还原处理的前驱体制备的正极材料的充放电比容量,而且处理前驱体制备的正极材料在高倍率放电条件下电化学行为更好.粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体合成的样品为单一的尖晶石结构,晶粒呈规则的八面体形貌,没有杂质相,而未处理前驱体合成的样品则含有少量的杂质相.这种杂质相是在前驱体的制备过程中由于Mn(OH)2被O2氧化而形成难溶Na0.55Mn2O4.1.5H2O化合物,最终转变为Na0.7MnO2.05.     

锂离子电池用高电位正极材料LiNi0.5Mn1.5O4

由于具有工作电压高、工作范围宽、比能量大、无污染、使用寿命长等优点,锂离子电池具有广阔的应用前景。 然而,目前商业化的锂离子电池仍无法满足电动汽车对电池低成本及高能量密度的要求。研发比能量更高、价格更低廉、寿命更长的锂离子电池成为电动汽车产业发展的关键。尖晶石结构的镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）具有三维扩散通道,有利于锂离子的传输,且结构稳定;其理论放电比容量可达147 mAh ·g^-1。 更重要的是,其电压平台高达4.7 V,具有高的能量密度与功率密度,被认为是未来锂离子电池发展中最具前途与吸引力的正极材料之一。本文介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄的结构、制备方法、掺杂与包覆改性研究及其应用前景,着重介绍了材料的改性方法并指出LiNi_0.5Mn_1.5O₄目前亟需解决的问题和研究重点。     

凝胶燃烧法合成5V级正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4及其高倍率放电性能

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为络合剂和燃料以凝胶燃烧法制备了具有优异高倍率放电性能的亚微米LiNi0.5Mn1.5O4材料.用热重/差热分析(TG/DTA)研究了凝胶的燃烧过程,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和循环伏安(CV)研究了LiNi0.5Mn1.5O4材料的结构和形貌.结果表明材料为结晶良好的纯尖晶石相结构,由5μm左右的二次颗粒组成,颗粒大小分布均匀,一次晶粒发育良好,粒径在500nm左右.充放电测试表明材料的倍率性能和循环性能十分优异.在3.5至4.9V进行充放电测试,0.5C、1C、4C、8C和10C倍率下放电容量分别为131.9、127.6、123.4、118.4和113.7mAh·g-1.在10C大倍率放电条件下循环100、500和1000次的容量保持率分别为91.4%、80.9%和73.5%.     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备及其电化学性能的研究

锂离子电池具有比能量高、质量轻、体积小、电压高、安全性好和无记忆效应等特点,而正极材料是其研究的重点.采用溶胶-凝胶法合成了锂离子电池的正极材料,结果表明,其初始容量高,循环性能理想,并且整个合成过程也较为简单,合成的温度相对较低,样品的颗粒比较均匀.