熔盐法合成电化学性能优异的富锂层状正极材料Li1.5Ni0.25Mn0.75O2.5

采用氢氧化物共沉淀和熔盐法相结合的方法制备得到了电化学性能优异的富锂锰基Li_1.5Ni_0.25Mn_0.75O_2.5正极材料。借助X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）、感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、X射线光电子能谱（XPS）、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颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明该材料具有完善的α-NaFeO₂层状结构（空间群为R3m）和较低的Li⁺/Ni²⁺阳离子混排。电化学性能测试表明该材料的首次不可逆容量损失较小,且倍率性能和循环稳定性能十分优异。具体而言,在2.0~4.8 V,0.1C时的首次不可逆容量损失为50 mAh·g^-1（首次库伦效率84%）;在10C时的放电比容量还能达到102 mAh·g^-1;在0.5C下循环100次后,放电比容量为205 mAh·g^-1（容量保持率90%）。     

多孔微纳结构富锂正极材料0.6Li_2MnO_3·0.4LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备及其电化学性能

采用碳酸盐共沉淀与燃烧法相结合的方法制备得到了多孔微纳球形结构的富锂正极材料0.6Li_2MnO_3·0.4LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2。借助X射线衍射(XRD)分析、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附和恒电流充放电测试研究了其晶体结构、微观形貌和电化学性能。结果表明该方法制备出的材料是由一次颗粒径约300 nm的小颗粒组成的多孔微纳球形结构,比表面积为13 m2·g~(-1),具有完善的α-NaFeO_2层状结构(空间群为R3m)。电化学性能测试结果证实该材料具有优异的高容量、高循环稳定性和高倍率性能。在2.0~4.8 V,电流密度为0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C时的放电比容量分别为:266、254、235、205、186、149和107 m Ah·g~(-1);在0.5C下循环100次后,放电比容量仍为217 m Ah·g~(-1)(容量保持率为94%)。     

富锂层状正极材料Li_2Mn_(1-x)Ti_xO_3的合成及电化学性能

应用简单的高温固相烧结法合成了Ti掺杂改性的Li_2MnO_3材料。电子扫描显微镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱分析表明Ti元素取代Mn离子掺入到Li_2MnO_3晶格中,且掺杂能有效地抑制一次颗粒的团聚。电化学阻抗和恒流充放电测试结果表明,在2.0~4.6 V的电压窗口下,掺杂改性的样品Li_2Mn_(0.97)Ti_(0.03)O_3的首圈放电比容量达到209 m Ah·g~(-1),库仑效率为99.5%,循环40圈后容量保持率为94%;当电流密度增大到400 m A·g~(-1)时,掺杂改性的样品仍然可以放出120 m Ah·g~(-1)比容量,远高于同等电流密度下未掺杂的Li_2MnO_3原粉的比容量(52 m Ah·g~(-1))。Ti掺杂可有效地改善Li_2MnO_3的循环稳定性和倍率性能,有利于促进该材料的商业化应用。     

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.     

熔盐法合成LiNi0.5Mn1.5O4及电化学性能

以一定比例的LiCl-LiNO_3为低熔点共混物,采用熔盐法合成了电化学性能良好的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,XRD表征结果显示产物为单一尖晶石相,SEM表征显示出材料良好的晶形,充放电测试结果显示出材料在4.7V平台附近有较大的可逆容量,在4.1V平台附近仅有较少的可逆容量。文章讨论了影响产物晶形和性能的各种因素,建议通过退火、改变合成气氛来消除4.1V平台的产生;研究结果还显示,容量的损失主要发生在第一次放电过程中在高电位区时的电解液的氧化分解.建议通过更换适合在高电位条件下工作的电解液来克服此问题;同时,通过调整低熔点共混物的配比、气氛、反应时间等条件可以实现对产物的结晶形态和大小进行适当的控制,显示了该方法在制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料中的应用前景.     

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%.     

ZrO_2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2·0.4LiNi_(5/12)Mn_(5/12)Co_(1/6)O_2的电化学性能

采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O2·0.4LiNi_(5/12)Mn_(5/12)Co_(1/6)O_2(简称LNMCO),并使用Zr(CH3COO)4进行ZrO_2的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO_2颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO_2包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度:20 m A·g-1,电压:2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 m Ah·g-1,而原样则为75.1%,224.1 m Ah·g-1,循环100圈之后,1.5%ZrO_2包覆样品的放电比容量为248.3 m Ah·g-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 m Ah·g-1和87.4%。     

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。     

熔盐法合成LiNi0．5Mn1．5O4及电化学性能

以一定比例的LiCl-LiNO3为低熔点共混物，采用熔盐法合成了电化学性能良好的LiNi0.5Mn1.5O4，XRD表征结果显示产物为单一尖晶石相，SEM表征显示出材料良好的晶形，充放电测试结果显示出材料在4．7V平台附近有较大的可逆容量，在4．1V平台附近仅有较少的可逆容量。文章讨论了影响产物晶形和性能的各种因素，建议通过退火、改变合成气氛来消除4．1V平台的产生；研究结果还显示，容量的损失主要发生在第一次放电过程中在高电位区时的电解液的氧化分解，建议通过更换适合在高电位条件下工作的电解液来克服此问题：同时，通过调整低熔点共混物的配比、气氛、反应时间等条件可以实现对产物的结晶形态和大小进行适当的控制，显示了该方法在制备LiNi0.5Mn1.5O4材料中的应用前景。     

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.     

富锂层状正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的二次颗粒粒径对其倍率性能的影响

采用碳酸盐共沉淀的方法成功制备了不同二次颗粒粒径的富锂层状正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂。并运用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、激光粒度测试和电化学测试等手段对所得材料的结构、形貌、粒度分布及电化学性能进行表征。结果显示,不同二次颗粒粒径的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂在材料结构上没有明显的差别,且首次放电比容量接近,均达到了281 mAh·g^-1。但是,二次颗粒粒径越小,富锂层状材料的表现出的倍率性能越优异,当二次颗粒的D₅₀为4.59μm,其在3C倍率下的放电容量达到了199 mAh·g^-1。这是因为二次颗粒粒径越小,富锂层状材料可更好的与导电剂和电解液接触,且锂离子的扩散路径更短,从而表现出更好的倍率特性。     

富锂层状正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的二次颗粒粒径对其倍率性能的影响

采用碳酸盐共沉淀的方法成功制备了不同二次颗粒粒径的富锂层状正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂。并运用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、激光粒度测试和电化学测试等手段对所得材料的结构、形貌、粒度分布及电化学性能进行表征。结果显示,不同二次颗粒粒径的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂在材料结构上没有明显的差别,且首次放电比容量接近,均达到了281 mAh·g^-1。但是,二次颗粒粒径越小,富锂层状材料的表现出的倍率性能越优异,当二次颗粒的D₅₀为4.59 μm,其在3C倍率下的放电容量达到了199 mAh·g^-1。这是因为二次颗粒粒径越小,富锂层状材料可更好的与导电剂和电解液接触,且锂离子的扩散路径更短,从而表现出更好的倍率特性。     

多孔微纳结构富锂正极材料0.6Li2MnO3·0.4LiNi0.5Mn0.5O2的制备及其电化学性能

采用碳酸盐共沉淀与燃烧法相结合的方法制备得到了多孔微纳球形结构的富锂正极材料0.6Li₂MnO₃·0.4LiNi_0.5Mn_0.5O₂。借助X射线衍射（XRD）分析、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、N₂吸附-脱附和恒电流充放电测试研究了其晶体结构、微观形貌和电化学性能。结果表明该方法制备出的材料是由一次颗粒径约300 nm的小颗粒组成的多孔微纳球形结构,比表面积为13 m²·g^-1,具有完善的α-NaFeO₂层状结构（空间群为R3m）。电化学性能测试结果证实该材料具有优异的高容量、高循环稳定性和高倍率性能。在2.0~4.8 V,电流密度为0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C时的放电比容量分别为：266、254、235、205、186、149和107 mAh·g^-1;在0.5C下循环100次后,放电比容量仍为217 mAh·g^-1（容量保持率为94%）。     

原位包覆导电聚吡咯的Li1.26Fe0.22Mn0.52O2富锂铁锰基正极材料的制备及电化学性能的提高

采用化学氧化聚合的方法成功合成了导电聚吡咯(PPy)包覆的纳米尺寸Li_1.26Fe_0.22Mn_0.52O₂(LFMO)正极材料。通过X射线衍射(XRD)检测样品的晶体结构,并通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料形态和微观结构。元素映射和傅里叶变换红外光谱结果表明,PPy导电网络存在于复合材料中,并且PPy均匀分布在LFMO颗粒上。通过恒流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)分析研究了所有样品的电化学性能,结果表明表面上的PPy显著降低了LFMO的电荷转移电阻。包覆PPy质量分数为2%的LFMO-2%PPy表现出极好的倍率性能和良好的循环稳定性,其在1C倍率下首次放电容量为206 mAh·g^-1,首圈库仑效率为87%,在1C和2C分别循环50圈后,其容量分别稳定在131和139 mAh·g^-1。     

Li3PO4表面修饰提高球形LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的性能

通过共沉淀法制备了球形LiNi_0.5Mn_1.5O₄@Li₃PO₄复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了其结构与电化学性能。XRD和SEM表明,Li₃PO₄包覆影响了球形LiNi_0.5Mn_1.5O₄的晶格常数。CV和EIS表明,质量百分数5% Li₃PO₄包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有比纯LiNi_0.5Mn_1.5O₄更高的锂离子嵌脱可逆性,更大的锂离子扩散系数和更小的电荷转移电阻,说明在锂离子扩散过程中,质量百分数5%Li₃PO₄包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有更高的电子电导率。充放电测试表明,原位Li₃PO₄改性提高了材料的电子电导率、电化学活性,进而提高了高倍率放电容量。质量百分数5% Li₃PO₄包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄提高的电化学性能归因于Li₃PO₄的包覆、纳米颗粒组成球形的粒径引起的高的电子电导率和小的电化学极化。     

Li3PO4表面修饰提高球形LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的性能

通过共沉淀法制备了球形LiNi_0.5Mn_1.5O₄@Li₃PO₄复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了其结构与电化学性能.XRD和SEM表明,Li₃PO₄包覆影响了球形LiNi_0.5Mn_1.5O₄的晶格常数.CV和EIS表明,质量百分数5% Li₃PO₄包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有比纯LiNi_0.5Mn_1.5O₄更高的锂离子嵌脱可逆性,更大的锂离子扩散系数和更小的电荷转移电阻,说明在锂离子扩散过程中,质量百分数5%Li₃PO₄包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有更高的电子电导率.充放电测试表明,原位Li₃PO₄改性提高了材料的电子电导率、电化学活性,进而提高了高倍率放电容量.质量百分数5% Li₃PO₄包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄提高的电化学性能归因于Li₃PO₄的包覆、纳米颗粒组成球形的粒径引起的高的电子电导率和小的电化学极化.     

溶胶凝胶法合成富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2及性能表征

以LiOH.H2O、Mn(CH3COO)2.4H2O和Ni(CH3COO)2.4H2O为原料,分别用柠檬酸(CA)与乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂,采用溶胶凝胶法结合固相烧结法制备富锂固溶体正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪对所得样品的结构、形貌、粒径分布进行了表征,并测试了材料的电化学性能。采用CA配位制备的材料的电化学性能优于用EDTA配位制备的材料的电化学性能,室温下以18 mA.g-1的电流密度,在2.0~4.8 V电压范围内充放电,用CA制备的材料首次充电比容量高达324 mAh.g-1,首次库伦效率达82%;在180 mA.g-1的电流下,其可逆比容量保持在120 mAh.g-1。