LiFePO4-LiNi1/3Co（1/3）Mn1/3O2混合材料对锂离子电池性能的影响

通过流变相辅助高温固相碳热还原法及碳酸共沉淀法合成了LiFePO4/C复合材料及三元系锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。将二者按一定比例经强力搅拌混合均匀,获得均匀的共混锂离子电池用正极材料。通过循环充放电测试、交流阻抗测试等研究了混合比例对混合材料电化学性能的影响。实验结果表明LiFePO4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2通过混合,二者之间产生较强的协同作用,从而实现二者之间的优势互补。并且当混合比例为1∶2时,混合电极具有较好的低温性能、倍率性能及循环稳定性和较高的平均放电平台电压及比能量密度。     

前驱体热处理温度对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的影响

以NaCO3为沉淀剂,NH3·H2O为缓冲溶液,将NiSO4、CoSO4和MnSO4混合溶液共沉淀制备（Ni1/3Co1/3Mn1/3）CO3前驱体,将其在400-900℃热处理5h制备得（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox氧化物。EDTA络合滴定、BET、XRD及SEM研究表明,随着热处理温度的升高,（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox中过渡金属含量及结晶度随着增加,而比表面积却减小。（Ni1/3Co1/3Mn1/3）Ox与LiOH混合后在850℃热处理24h制备出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,其结构、形貌及电性能的测试结果表明,前驱体在600℃条件下热处理制备的正极材料电化学性能最佳,其首次放电比容量为189.7mAh·g^-1,不同倍率循环60周后,循环保持率为92.4%。     

Recent development of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 as cathode material of lithium ion battery

Layered LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, owing to its excellent electrochemical properties, has been used as cathode material for lithium-ion batteries, especially for hybrid electric vehicles. It has many merits such as high capacity, long cycle life, low cost and little harm to environment. Therefore, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 has become a great concern by scholars on energy and material fields. However, the electronic conductivity and the charge-discharge capacity at high current should be enhanced before any materials modifications. Here, this paper summarizes the main synthetic technologies of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 in recent years, including synthesis methods, doping, surface coating modification, and the future development trends discussed.     

LiNi₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃O₂-graphene composite as a promising cathode for lithium-ion batteries

The use of graphene as a conductive additive to enhance the discharge capacity and rate capability of LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) electrode material has been demonstrated. LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) and its composite with graphene (90:10 wt %) were prepared by microemulsion and ball-milling techniques, respectively. The structural and morphological features of the prepared materials were investigated with powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. Characterization techniques depict single-phase LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) with particle sizes in the range of 220-280 nm. Electrochemical studies on LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) and LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2)-graphene were conducted using cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy methods by constructing a lithium half-cell. Cyclic voltammograms show the well-defined redox peaks corresponding to Ni(2+)/Ni(4+). Charge-discharge tests were performed at different C rates: 0.05, 1, and 5 between 2.5 and 4.4 V. The results indicate the better electrochemical performance of the LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2)-graphene composite in terms of high discharge capacity (188 mAh/g), good rate capability, and good cycling performance compared to LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O(2). The improved electrochemical performance of the LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2)-graphene composite is attributed to a decrease in the charge-transfer resistance.     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备与表征

以乙酸锂、硝酸镍、硝酸钴和乙酸锰为原料,通过高温固相法,分别采用一次烧结和二次烧结合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。采用X射线衍射、扫描电镜分析以及电化学测试等手段对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的微观结构、表面形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,高温固相法能得到结晶良好的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,但二次烧结提高了材料的I(003)/I(104)值,降低了c/a值,得到的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有更完善的层状结构和更优良的电化学性能。     

掺杂Fe3+对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。     

三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构及第一性原理计算

以共沉淀法、喷雾干燥法制备了三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2,应用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,与实验制备的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2进行对比,对3种不同的预想结构模型(堆叠结构、随机排列结构、超晶格结构)进行研究。实验结果表明,两种方法制备的三元材料都具有良好的层状结构,其中共沉淀法制备的层状结构更加明显,而喷雾干燥法制备的材料中过渡金属元素比更接近LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的化学计量比。计算结果表明,随机排列的结构模型能量最低、最稳定,与实验制备的三元正极材料结构最为相似。     

高致密球形LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2颗粒的合成及性能研究

以氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,通过共沉淀制备了高致密、粒度均匀的球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2.通过焙烧该前驱体和LiOH.H2O的混合物制备出球形锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.采用XRD、SEM、TEM、TGA/DSC以及恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,球形前驱体是由纳米级一次颗粒团聚形成,而不是晶粒的长大,且反应时间对前驱体的形貌、粒径分布及振实密度有显著影响.750℃焙烧16 h后的正极材料,保持了完好的球形形貌,具有最佳的层状结构和电化学性能,振实密度最大(2.98 g/cm3),首次放电容量为202.4 mAh/g,倍率性能佳,在3C的放电电流下容量为174.1 mAh/g,且循环性能优良,在40次循环以后,放电容量保持率为92.3%.     

正极材料zLi2MnO3·（1-z）LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2的合成与性能

富锂锰过渡金属层状正极材料以其成本低、安全、容量高受到广泛关注,X射线衍射（XRD）和电化学性能测试显示以共沉淀结合煅烧成功合成富锂层状正极材料zLi2MnO3.（1-z）LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2（z=0.2,0.4,0.6）。其中z=0.4组分的放电容量达到210mAh/g（2-4.8V,0.05C）,远高于z=0.6组分,而经20个充放电循环的稳定性也优于z=0.2组分。微分容量分析表明z=0.2组分中因Ni/（Co＋Mn）比值较大和Li2MnO3含量较少可能导致其容量逐渐衰减。z=0.6则因所含LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2量较少,造成其放电容量较低;z=0.4拥有最佳Li2MnO3及LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2组合使其容量和循环性能最好。     

Al2O3膜表面包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的微观结构和电化学特性

采用液相浸渍法在球形颗粒LiNi1／3Co1／2Mn1／3O2的表面包覆上了一层Al2O3膜．结构分析表明，表面A1203膜的厚度约100nm，具有一定的无定形结构，核体材料具有纯六方相结构．实验结果证明，表面Al2O3膜能够有效提高正极材料的耐过充能力和循环稳定性．在截止电压为3．0—4．5V，充放电倍率为1C的条件下，Al2O3表面包覆膜后正极活性物质50次循环的容量保持率提高了11．5％．     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,150.4,138.5 mAh·g~(-1).由0.1到1C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAh·g~(-1)降为29.1 mAh·g~(-1),容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.     

微量CNTs包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的表面。CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料通过SEM、XRD以及电化学测试系统进行表征和测试。结果表明CNTs包覆量为0.5%(质量分数)的CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料性能最佳。在0.1,5C下的首次放电比容量分别为215.59,175.78mAh·g^-1。在0.1C下充电、大倍率5C下放电,CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料仍能保持首次放电容量的81.54%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提高了10.48%。在1C倍率下循环100次其容量保持率可达93.02%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提升了15.42%。     

LiNi3/8Co2/8Mn3/8O2正极材料氟掺杂改性研究

以共沉淀氢氧化物为前驱体制备了F-掺杂化合物LiNi_3/8Co_2/8Mn_3/8O_2-yF_y(y:0,0.05,0.10,0.20),采用XRD、XPS、SEM、循环伏安(CV)、充放电测试、DSC等表征了其结构与性能.结果表明,F^-掺杂置换部分O^2-生成固溶体,不改变样品中过渡金属离子的价态. F^-掺杂量y为0.05、0.10时,比容量不受影响,但在充放电过程中c_h方向膨胀率由未掺杂样的2.06％分别下降至1.017％、1.018％,改善了其结构稳定性与循环寿命,30周后容量保持率分别达97.5％、96.2％;而y增至0.20时,离子混乱度升高,且颗粒间烧结过于严重,内阻增加,使容量与循环特性再度恶化.F^-掺杂还促进材料烧结,使该材料粒径通过粉碎分级控制成为可能,有利于该材料电极的制备.另外,F^-掺杂也使LiNi_3/8Co_2/8Mn_3/8O₂热稳定性得到一定程度改善.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5FexMn1.5-xO4的电化学性能

以醋酸锂、醋酸锰、醋酸镍、草酸铁为原料,采用溶胶凝胶法制备出了4.6 V高电位材料LiNi0.5-FexMn1.5-xO4。合成化学计量比为n(Li)∶n(Mn)∶n(Ni)∶n(Fe)=1.3∶1.5-x∶0.5∶x(x=0,0.02,0.03,0.04)。在空气条件下于450℃下煅烧6h,再于800℃下烧结18h。对合成的材料用X射线衍射仪分析晶体结构和用扫描电镜(SEM)观察微观形貌,对电池进行首次充放电测试和循环效率测试。实验结果表明,LiNi0.5FexMn1.5-xO4三元正极材料为立方晶系,Fd3m空间群。以其为正极材料组装的锂离子电池在x=0.03时,充放电比容量为126mA·h·g-1。     

LiNi0.8 Co0.15 A10.05 O2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_0.8 Co_0.15 A1_0.05 O₂正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi 0.8Co 0.15A1 0.05O₂材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以 LiNi 0.8Co 0.15A1 0.05O₂为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni 1/3Co 1/3 Mn 1/3(OH)₂,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi 0.8Co 0.15Al 0.05O₂正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,0.4,8.5 mAhg -1.由0.1到1 C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAhg -1降为29.1 mAhg -1,容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.     

Synthesis and Characterization of LiNi0.85Co0.15-xAlxO2 as Cathode Materials for Lithium-ion Batteries

LiNi0.85CO0.15-xAlxO2 samples （x=0.025, 0.05 and 0.10） were prepared by solid state reaction at 725℃ for 24 h from LiOH-H2O, Ni2O3, Co2O3 and Al（OH）3 under oxygen flow. Layered LiNiO2 simultaneously doped by Co-Al has been tried to improve the cathode performance. The results showed that substitution of optimum amount Al and Co for the Ni in LiNiO2 definitely had some beneficial effect on increasing the capacity and cycling behavior. When increasing x in LiNio.85CO0.15-xAlxO2, the initial discharge capacity decreased and its cyclability increased. Compromising high specific capacity and good cyclability, the optimum x in LiNi0.85Co0.15-xAlxO2 was x=0.05. As a consequence, LiNi0.85Co0.15-xAlxO2 had the first discharge capacity of 186.2 mAh/g and a capacity of 180.1 mAh/g after 10 cycles. Differential capacity vs voltage curves indicated that the co-doped LiNiO2 showed suppression of the phase transitions as compared with LiNiO2.     

纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其电化学性能

为改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。     

LiNix Co1-xO2合成条件对-其结构与性能的影响

研究了在空气下固相结合成LiNixCo1-xO2的工艺及反应预处理方式,不同锂源,温度,和配比等因素对产品结构与性能的影响,结果表明,采用LiOH为锂源,采取混合研磨后压块以及烘干Ni(OH)2,Co(OH)2后加入氢氧化锂的预处理方式更有利于合成反应的进行,在600℃预烧一段时间的下,750℃恒温合成的产物比650℃,850℃保温合成的产物层状结构更明显,首次充电容量更高,在一定范围内,随合成时间的增长,产物的衍射峰强度增大,结构更完整,电性能更好,按镍钴的不同配比,均能合成结构良好的LiNixCO1-xO2,而配比为n(Li):n(Ni):n(Co)=1.15:0.3:0.7时合成的产物初始容量较高,达到156.146mAh/g.     

控制结晶法制备球形锂离子电池正极材料的研究进展

球形材料具有堆积密度大、体积比容量高、加工性能好等突出优点. 球形化是锂离子电池正极材料的重要发展方向. 控制结晶法是制备球形材料的理想方法. 本文介绍了控制结晶法的原理, 综述了采用控制结晶法制备球形锂离子电池正极材料---LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiFePO₄的研究和发展, 并对球形材料在锂离子电池中的应用前景进行了分析.     

锂离子电池正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的研究进展

综述了近几年锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物LiCoxNiyMn1-x-yO2的研究进展，重点讨论了综合性能优异的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的电化学性能、结构、制备方法以及存在的不足，LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2与其它商业化正极材料相比具有高容量、热稳定性好、高倍率放电等诸多优异的性能，若能解决循环、存放等问题，将有望成为新一代锂离子电池正极材料。