高倍率性能锂离子电池Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料的制备及其电化学性能

采用改进的碳酸盐共沉淀与高温固相法相结合的方法制备出了高倍率性能的锂离子电池正极材料Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安扫描(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学性能测试等手段对材料进行表征. 结果表明, 该方法制备的材料具有良好的α-NaFeO₂型层状结构(R3m(166)), 一次粒径平均大小为157 nm, 二次颗粒成球形. 同传统碳酸盐制备得到的材料相比, 该材料具备良好的倍率性能和循环性能, 在2.7-4.3 V 电压范围内, 0.1C (1.0C=180 mA·g^-1)倍率下, 首次放电比容量为156.4mAh·g^-1, 库仑效率为81.9%. 在较高倍率下, 即0.5C、5.0C和20C时, 其放电比容量分别为136.9、111.3、81.3mAh·g^-1. 在1C倍率下100次循环容量保持率为92.9%, 高于传统共沉淀法得到的材料(87.0%).     

锰源对燃烧法制备5V级正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的影响

以硝酸锰和醋酸锰,采用蔗糖燃烧法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4通过XRD、SEM、粒径分布测试、循环伏安、恒流充放电测试以及交流阻抗等方法,研究了醋酸锰和硝酸锰对产物的结构、形貌、粒径及电化学性能的影响。XRD测试结果表明样品的结构都为立方尖晶石型,属于Fd3m空间群。不同的锰源对材料的粒径及粒径分布有很大的影响。以醋酸锰为原料制得的材料的粒径较小并且分布更均匀,有利于锂离子的脱出和嵌入从而提高电化学性能。以醋酸锰为锰源制得的LiNi0.5Mn1.5O4在3.6~5.2 V的充放电电压范围内的电化学性能更好,1C(1C=140.0 mA.g-1)倍率的首次放电容量为144.5 mAh.g-1,循环100周后容量保持率为96%,在3C,5C,10C以及20C的放电容量分别为136.3,132.0,124.7以及96.6 mAh.g-1。     

低温溶剂热法制备5V级性能优异的LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4正极材料

通过低温溶剂热的方法成功制备出了LiCr_0.2Ni_0.4Mn_1.4O₄尖晶石正极材料。通过此法,溶液的饱和蒸汽压急剧降低且在室温（25℃）下即可沸腾。所有的金属离子可在随后的热聚合过程中均匀分散且煅烧后所得材料无杂质相生成。采用了热重分析,X射线衍射,扫描电镜、循环伏安,交流阻抗等测试手段对材料进行了表征。结果表明：此法所得材料含有Mn³⁺,为Fd3m晶型,且其形貌规则、粒度分布均一。1C和10C下放电容量为140.5和121.0mAh·g^-1,10C下100次循环容量保持率高达96.9%。其优异的电化学性能可归因于均相的前驱体制备过程,高结晶度且无杂相生成,以及较高的锂离子扩散系数诸因素的共同作用。     

不同碳源合成Na2MnPO4F/C及其作为锂离子电池正极材料的性能

采用湿法球磨和原位热解碳包覆相结合的方法, 分别以硬脂酸、柠檬酸、聚乙二醇-6000 (PEG-6000)、β-环糊精为碳源, 制备了不同结构的Na₂MnPO₄F/C 复合材料, 并研究了它们作为锂离子电池正极材料的电化学行为. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、BET比表面积测试、恒流充放电等表征手段, 比较和分析了产物的结构、形貌及电化学性能. 研究结果表明, 由不同碳源制备的材料在形貌和颗粒尺寸上有明显差异, 进而对它们的电化学性能造成很大影响. 影响电化学性能的关键因素在于材料一次颗粒的大小. 其中, 以柠檬酸为碳源制备的样品呈现出典型的微纳结构和最小的一次颗粒(10-40 nm). 并给出最佳的电化学性能: 在1.5-4.8 V电压范围内, 以5 mA·g^-1充放电电流获得的首次放电比容量约为80 mAh·g^-1, 且循环稳定性良好.     

中空分级结构Fe3O4@C/rGO复合材料的合成及其储锂性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,Fe(NO_3)_3·9H_2O、异丙醇、甘油为原料,通过溶剂热法和后续热处理过程2步合成了Fe_3O_4@C/rGO复合材料,实现了碳包覆的Fe_3O_4纳米粒子自组装形成的分级结构空心球在氧化石墨烯片上的原位生长。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒流充放电等手段分析了材料的物理化学性能与储锂性能。结果表明,该复合材料在5.0 A·g~(-1)的电流密度下,仍有437.7 mAh·g~(-1)的可逆容量,在1.0 A·g~(-1)下循环200圈后还有587.3 mAh·g~(-1)的放电比容量。这主要归因于还原态氧化石墨烯(rGO)对碳包覆Fe_3O_4分级空心球整体结构稳定性和导电性的提高。     

混合溶剂对溶胶-凝胶法制备的Li3V2(PO4)3/C高倍率性能的影响

以有机-水为混合溶剂, 采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/C, 选取乙醇、乙二醇和1,2-丙二醇为有机溶剂, 聚丙烯酸(PAA)为碳源和螯合剂. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电以及循环伏安测试等方法, 研究了产物的结构形貌及电化学性能. XRD测试结果表明所有溶剂制备的样品结晶良好, 有机溶剂的加入不影响Li₃V₂(PO₄)₃材料的晶型结构. 恒流充放电结果表明有机溶剂的加入改善了材料的电化学性能. 以1,2-丙二醇-水为溶剂的样品电化学性能最好, 在3.0-4.5 V电压范围内, 0.1C (1C=150 mA·g^-1)倍率首次放电比容量为132.89 mAh·g^-1, 10C倍率首次放电比容量达125.42 mAh·g^-1, 循环700周后容量保持率为95.79%, 具有良好的倍率性能与循环性能; 在3.0-4.8 V电压范围内倍率性能较差. 扫描电镜结果表明混合溶剂制备的样品呈片状和针状, 这种形状有利于锂离子的扩散, 因此提高了材料的电化学性能.     

高倍率性能纳微结构锂离子电池正极材料0.6Li2MnO3-0.4LiNi0.5Mn0.5O2的简易制备

采用快速共沉淀法合成了立方体的层状无钴富锂固溶体正极材料0.6Li₂MnO₃-0.4LiNi_0.5Mn_0.5O₂.通过X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS),电感耦合等离子体(ICP),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)及电性能测试等手段对材料进行了表征.结果表明,材料具有典型的α-NaFeO₂六方层状晶体结构且具有与目标材料相似的化学组成. SEM和TEM结果表明,材料由粒径为40-200 nm的纳米颗粒组装成立方体结构.在文中给出了一个立方团聚体可能的形成机理.电化学性能测试(2.0-4.8 V电压范围内(vs Li/Li⁺))显示该材料具有优异的倍率性能, 0.1C和10C倍率下的放电比容量分别是243和143 mAh·g^-1.此外,该材料具有良好的循环稳定性,即使在大倍率测试后, 0.5C倍率下循环72次仍显示出90.7%的高容量保持率.这种具有简易操作步骤和优异结果的共沉淀方法是一种经济的能够促进锂离子电池正极材料大规模应用的技术手段.     

EDTA辅助水热法制备性能优异的棒状LiFePO4/C材料

以乙二胺四乙酸为配位剂采用水热法制备了棒状LiFePO4/C材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试等对材料进行表征。结果表明:乙二胺四乙酸对材料的形貌和电性能均有很大影响。通过加入乙二胺四乙酸,材料的形貌由不规则的颗粒变为棒状的颗粒且颗粒的厚度由140~200 nm减少至40~90 nm,材料的表面包覆约3.5nm的均匀碳层,且该材料极化较小且界面阻抗较低。0.1C放电比容量为167 mAh·g-1(接近理论容量170 mAh·g-1)。     

碳酸盐共沉淀法可控制备超高倍率锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

采用碳酸盐共沉淀法通过调节NH₃·H₂O用量来实现可控制备超高倍率纳米结构LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料。NH₃·H₂O用量会对颗粒的形貌、粒径、晶体结构以及材料电化学性能产生较大的影响。X射线衍射（XRD）分析和扫描电镜（SEM）结果表明,随着NH₃·H₂O用量的降低,一次颗粒形貌由纳米片状逐渐过渡到纳米球状,且n_NH3·H2O：（n_Ni+n_Co+n_Mn）=1：2样品晶体层状结构最完善、Li⁺/Ni²⁺阳离子混排程度最低。电化学性能测试结果也证实了n_NH3·H2O：（n_Ni+n_Co+n_Mn）=1：2样品具有最优异的循环稳定性和超高倍率性能。具体而言,在2.7~4.3 V,1C下循环300次后的放电比容量为119 mAh·g^-1,容量保持率为81%,中值电压基本无衰减（保持率为97%）。在100C（18 Ah·g^-1）的超高倍率下,放电比容量还能达到56 mAh·g^-1,具有应用于高功率型锂离子电池的前景。此NH₃·H₂O比例值对于共沉淀法制备其他高倍率、高容量的正/负极氧化物材料具有一定的工艺参考价值。     

纳米片LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的制备与研究

采用氢氧化物共沉淀-高温煅烧方法成功制备出具有较低阳离子混排的纳米片LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)正极材料。这种纳米片有利于锂离子的扩散。所以纳米片LNCM正极材料表现出了比商业化LNCM材料更加优异的倍率性能:在3.0~4.6 V下,10 C首次放电容量可达85.5 mAh·g-1,能量密度可达310.2 Wh·kg-1。