高容量锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2的制备与性能

采用化学共沉淀法预先合成球形前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,再与锂源共混后高温煅烧合成高容量正极材料Li Ni0.5Co0.3Mn0.2O2。探讨了不同烧结制度对材料结构性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,产物结构为α-Na Fe O2型层状结构。扫描电子显微镜(SEM)显示材料具有良好的球形形貌。测试材料的电化学性能,在2.75~4.20 V和2.75~4.35 V充放电截止电压,0.5 C充放电电流下,首次放电比容量分别为162.2和172.6 m Ah/g,循环3周后容量保持率分别为96.73%和94.62%。材料还表现出良好的倍率性能。     

合成时间对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2结构与电化学性能的影响

采用球形Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体与Li2CO3混合,通过高温烧结合成层状Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料,研究了合成时间对材料结构及电化学性能的影响。扫描电子显微镜法(SEM)表明Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料与前驱体形貌均为理想的球形。X射线衍射光谱法(XRD)分析表明,在不同合成时间下合成的样品均为具有层状结构的纯相物质。电化学性能测试表明,900℃12 h合成的样品具有最优的电化学性能,在2.7~4.4 V电压区间,0.1 C、1 C、5 C的首次放电比容量分别达到195.2、158.4和114.9 m Ah/g,1 C循环10次容量保持率为98.9%。     

固相法合成xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_2

以过渡金属乙酸盐和碳酸锂为原料,使用固相法合成x Li2Mn O3·(1-x)Li Mn0.6Ni0.2Co0.2O2(x=0.7、0.6、0.5和0.4)。对制备的材料进行XRD测试和电化学性能分析。当x=0.5时,材料0.5Li2Mn O3·0.5Li Mn0.6Ni0.2Co0.2O2具有较好的层状结构和电化学性能,以0.1 C在2.0~4.8 V循环,首次充、放电比容量分别为218.0 m Ah/g和162.1 m Ah/g,循环5次的容量保持率为97.91%。     

氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的机理

用共沉淀法制备前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,焙烧前驱体与Li2CO3制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM和DSCTGA分析焙烧中间产物的结构、形貌及变化,探索制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的机理。随着焙烧温度的升高,前驱体分解成(Ni0.5Co0.2Mn0.3)3O4,随后Li2CO3参与反应,形成Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的生成在650℃时结束,但层状结构在900℃时才趋于完美。     

Ti^4＋和Zn^2＋离子复合掺杂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响

以Ni0.5Co0.2Mn0.3（OH）2和Li2CO3为原料,TiO2和ZnO为掺杂剂,制备出不同含量钛锌离子复合掺杂的锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM、恒电流充放电、交流阻抗法和循环伏安方法分别研究了不同掺杂量对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的结构、形貌和其电化学性能的影响。结果表明3%（摩尔分数）的Ti、Zn离子复合掺杂能有效提高LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的倍率放电能力和循环性能。在1C和2C的充放电倍率下,首次放电容量分别为170.4mAh/g和164.8mAh/g,经过50次充放电循环后容量保持率分别为96.3%和94.7%,具有优良的电化学性能。     

碳酸盐共沉淀法制备LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2及其性能

以化学共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2CO3前驱体,合成了振实密度高达2.60 g/cm3的球形正极材料LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2.研究表明,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2为10 μm左右的球形粉体,为纯相的α-NaFeO2层状结构.在2.7～4.3V,0.2 C倍率进行充放电,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的首次放电比容量170.2 mAh/g,50次循环后容量保持率为94.3%;在2.7～4.6 V,在0.2 C倍率下放电,首次放电比容量为191.8 mAh/g,循环50次后容量保持率为90.5%.LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的首次循环伏安测试结果和交流阻抗测试结果进一步表明材料具有良好的电化学性能.     

Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2/BiPO_4的高循环性能

用固相法合成富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2,通过包覆磷酸铋(Bi PO4)对材料进行表面改性,以提高循环稳定性。XRD、SEM及TEM测试结果表明,包覆材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2/Bi PO4的结构与Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2相比没有发生变化,Bi PO4均匀地包覆在材料表面,包覆层厚度约为10 nm。在2.0~4.8 V充放电,当电流为0.1 C时,制备的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2/Bi PO4的首次库仑效率从Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的75%提高到83%,以0.2 C循环100次,放电比容量保持在249 m Ah/g。     

磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

为了提高锂离子电池三元正极材料Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能,采用共沉淀法在Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的表面包覆Fe PO4。采用SEM、XRD、EDS及电化学性能测试对制备的包覆材料的形貌、结构及电化学性能进行表征,探索包覆量对其高倍率循环性能的影响。实验结果表明:通过表面包覆有效地抑制了正极材料与电解液的相互作用,改善了材料的高倍率循环性能。当包覆量为2%、1 C电流循环时,首次充放电比容量分别为166.3、143.8 m Ah/g,库仑效率为86.5%;循环100次后,容量保持率为90.8%。     

混合正极中LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_4粒径对锂离子电池性能的影响

将不同粒径的LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_4与LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2按质量比21∶73混合,用作锂离子电池正极活性物质。D50分别为9.31μm和4.32μm的LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_4材料制备的极片,最大压实密度分别为3.03 g/cm3和3.10 g/cm3。制备的额定容量为5 Ah的04125136型电池,低倍率下的倍率放电性能相当;当放电倍率≥2.0 C时,放电容量受到粒径的影响,3.0 C首次放电容量(3.0~4.2 V)分别为0.3 C放电容量的80.9%(D50=9.31μm)和87.1%(D50=4.32μm);在低温-20℃下以0.3 C在3.0~4.2 V放电,首次放电容量分别为常温下的55.3%(D50=9.31μm)和61.2%(D50=4.32μm)。以小粒径LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_4材料制得的混合正极制备的电池,具有较好的倍率性能、低温性能和安全性能。     

B2O3包覆单晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的性能

采用共沉淀法制备前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(OH)2,再经高温煅烧制备单晶正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,并进行B2 O3包覆(质量分数为0.5％、1.0％和1.5％).在3.0～4.3 V充放电,包覆量为1.0％的样品以0.5 C充电、1.0 C放电循环200次的容量保持率为84.58％,5.0 C放电比容量为107 mAh/g,未包覆的样品分别为74.29％、85 mAh/g.B2 O3包覆可提高单晶正极材料LiNi0.5 Co0.2 Mn0.3 O2表面的稳定性,B2 O3包覆层作为屏障材料,可阻止HF对基体材料的腐蚀.     

FePO_4包覆改善LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料高温循环性能

采用喷雾干燥法制备Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料,通过沉淀法在Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料表面包覆Fe PO4以改善Li Ni0.5Mn1.5O4材料的高温循环性能。制备了质量分数1%Fe PO4、3%Fe PO4、5%Fe PO4三种不同包覆比例的Li Ni0.5Mn1.5O4/Fe PO4材料,电化学测试结果显示质量分数1%Fe PO4包覆效果最好。X射线衍射光谱法(XRD)数据表明,Fe PO4表面包覆处理并没有影响Li Ni0.5Mn1.5O4的晶型,材料仍为尖晶石结构。电化学性能测试表明,质量分数1%Fe PO4包覆材料的高温下循环稳定性得到显著的提升,其充放电100次后比容量为120 m Ah/g,为初始比容量的96.7%,远高于未包覆材料的89.99%的容量保持率。扫描电子显微镜法(SEM)观察显示,质量分数1%Fe PO4包覆的材料中Li Ni0.5Mn1.5O4颗粒被Fe PO4均匀包覆。ICP数据表明,Fe PO4的包覆减少了Li Ni0.5Mn1.5O4材料在高温循环时锰元素和镍元素的溶解,从而提高材料的循环稳定性。     

Pr掺杂LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及电化学性能

通过固相法制备了掺杂Pr的锂离子电池正极材料Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3](1-x)PrxO2(x=0、0.01、0.02、0.03和0.05)。用XRD、SEM、充放电测试、循环伏安测试等研究Pr掺杂对材料结构及电化学性能的影响。适量的掺杂不会改变材料的晶体类型,还能减轻阳离子混排,稳定层状结构。在0.1 C(20 m A/g)下,x=0.02样品的首次放电比容量为186.9 m Ah/g,在5.0 C下循环100次后,容量保持率高达94.9%。     

FePO_4包覆的LiMn_(1.5)Ni_(0.5)O_4/Li_(3.9)Na_(0.1)Ti_5O_(12)全电池性能

分别采用溶胶凝胶法和高温固相法合成了Fe PO4包覆的Li Mn1.5Ni0.5O4正极材料和Li3.9Na0.1Ti5O12负极材料,并组装了Li Mn1.5Ni0.5O4/Li3.9Na0.1Ti5O12(LMNO/LNTO)全电池,采用充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)研究了Fe PO4包覆对Li Mn1.5Ni0.5O4/Li4Ti5O12全电池电化学性能的影响。结果表明,Fe PO4的包覆抑制了Li Mn1.5Ni0.5O4高温合成时Mn3+的产生,有利于锂离子的可逆脱嵌。Fe PO4包覆的Li Mn1.5Ni0.5O4/Li3.9Na0.1Ti5O12(FP-LMNO/LNTO)比LMNO/LTO全电池具有更高的放电容量、循环性能、库仑效率和能量密度。FP-LMNO/LNTO全电池更适合作为动力锂离子电池。     

草酸盐共沉淀法制备LiMn0.75 Fe0.2 Ni0.05 PO4/C

用草酸盐共沉淀法制备草酸盐前驱体Mn0.75 Fe0.2Ni0.05 C2 O4·2H2O,然后与Li2C03混合,通过碳热还原法制备正极材料LiMn0.75 Fe0.2 Ni0.05PO4/C.制备的LiMn0.75Fe0.2Ni0.05PO4/C晶型完整,颗粒尺寸小于100nm,碳含量为6.5％.在3.0～4.5V循环,0.1C首次放电比容量达到139.6 mAh/g,循环60次的容量保持率为94％,2.0C放电比容量为122.2 mAh/g.在高温(55℃)下,0.1C、4.0C放电比容量分为150.0 mAh/g、127.8 mAh/g.     

LiNi0.8Co0.2O2的合成和电化学性能研究

在氧气气氛下,以乙酸盐为原料,以柠檬酸为螯合剂,用溶胶凝胶法制备出了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2。研究了不同合成温度和Li/(Ni Co)配比对材料的结构和电化学性能的影响。XRD检测结果表明:合成温度为750℃、合成时间为18h、Li/(Ni Co)=1.10的正极材料LiNi0.8Co0.2O2具有完整的晶型结构;充放电性能测试结果表明,该材料在0.5C下,首次充放电容量分别为230.0m Ah/g和192.6m Ah/g,首次充放电效率为83.73%,经过50次循环仍有170.5m Ah g/,容量保持率为90.87%。     

三元正极材料的中试生产研究

以三元前驱体[Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2]和Li2CO3为原料,采用预烧+高温固相法中试生产三元正极材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)。X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)等物理检测表明合成的正极材料具有良好的α-NaFeO2层状结构,继承了Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2的球形形貌;随着料层厚度的增加,材料粒度(D50)、振实密度(TD)、比表面积(BET)和残余锂含量的变化不明显。恒流充放电测试表明料层厚度对材料的电化学容量影响趋势小,在3.0～4.3 V区间,0.2 C充放电下的首次放电比容量大于165 mAh/g,1 C循环200次后的容量保持率为89.1%,组装的18650电池在3.0～4.1 V区间,1 C循环1 500次的容量保持率高达88.76%。     

高容量富锂层状材料Li_2MnO_3·2LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备与表征

通过共沉淀法制备了富锂层状正极材料Li2Mn O3·2 Li Ni0.5Mn0.5O2,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、循环伏安和恒流充放电测试对其结构和电化学性能进行了表征。研究结果表明富锂正极材料Li2Mn03·2 Li Ni0.5Mn0.5O2具有相对高的比容量及良好的循环性能,首次放电比容量为187.2 m Ah/g,首次充放电库仑效率为74.3%,第二次充放电库仑效率升至97.6%。经过30次循环,放电比容量仍有156.8 m Ah/g,容量保持率为83.7%。     

正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及离子掺杂改性研究

采用溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法合成了LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4两种高电压正极材料。通过X射线衍射(XRD)表明铬离子掺杂未改变LiNi0.5Mn1.5O4的晶型结构,但改善了其晶型生长。扫描电镜(SEM)表明两种样品呈规则正八面体外形,颗粒较均匀,LiNi0.5Mn1.5O4平均粒径大约为400 nm,LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4平均粒径大约为200 nm。电化学性能测试结果表明,在1 C放电倍率下,两种电池的首次放电比容量分别为111.0 mAh/g和121.5 mAh/g,以容量保持率为首次放电比容量85%为截止条件,分别可以实现32个和51个稳定循环。在此条件下,LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4/Li电池的平均中值电压为4.55 V,略高于LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池4.51 V。倍率性能测试结果表明,LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4/Li电池及LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池在0.5 C、1 C下放电比容量分别可保持0.2 C时的91.9%、87.1%和91.1%、83.6%。铬离子掺杂可明显改善LiNi0.5Mn1.5O4的综合性能。     

高镍三元正极材料锂离子电池的热失控分析

研究使用3种高镍三元正极材料[Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2(NCM811)、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(NCM523)和 Li(Ni0.8Co0.15Al0.5)O2(NCA)]的锂离子电池在100％荷电状态(SOC)状态下的热失控特征参数.进行3组重复性实验,对比自产热起始温度θ1、热失...     

煅烧温度和补锂量对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的影响

用化学共沉淀法制备前驱体Ni1/3Mn1/3Co1/3(OH)2,通过高温固相法制备了正极材料Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2。用XRD、SEM、电化学性能测试和电化学阻抗谱分析了煅烧温度和补锂量的影响。样品具有完整的α-NaFeO2层状结构。n(Li)∶n(Ni+Co+Mn)=1.12∶1.00、在840℃下煅烧12 h所得样品,在4.30～2.75 V的0.2C首次可逆放电比容量为154.50mAh/g,第20次循环的容量保持率为92%。