Influence of Cr-Substitution on the Electrochemical Performance of LiNi0.5Mn0.5O2 Cathode Material for Lithium Ion Batteries

采用低温燃烧法合成了锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2(x=0,0.01,0.02,0.05,0.1),研究了Cr取代部分Mn对其结构和电化学性能的影响。充放电测试结果表明:Cr取代部分Mn对正极材料LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的电化学性能有重要的影响,用适量的Cr取代Mn(x=0.02)能够提高正极材料的放电比容量和循环稳定性。X射线衍射(XRD)分析和循环伏安(CV)测试显示,Cr对Mn的适量取代能抑制正极材料中的阳离子混排,降低电极材料的极化,改善其可逆性能。LiNi0.5Mn0.48Cr0.02O2在2.5~4.6 V之间以0.1 C速率充放电,首次放电容量为179.9 mAh/g,第50次循环放电容量仍保有171.0 mAh/g,容量保持率达到95.1%     

LiMgxNi0.5-xMn1.5O4的制备和电化学性能

为改善LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能,采用流变相法合成掺镁的锂离子电池正极材料LiMgxNi0.5-xMn1.5O4(x=0,0.05,0.1)。XRD测试结果表明所得材料仍为尖晶石结构。电化学性能测试结果显示:当x取值0.1,在3.5～4.9V电压范围内进行充放电循环时,材料LiMg0.1Ni0.4Mn1.5O4具有较好的循环性能,1C充放电时,初始放电比容量可达110.22mAh/g,30次循环后容量衰减率仅为7.7%。     

5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的草酸共沉淀法合成及性能

通过草酸共沉淀法成功合成了5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,采用XRD、SEM、充放电试验和循环伏安法对合成产物进行表征。XRD和SEM分析结果表明,所合成的正极材料LiNi0.5Mn1.5O4具有立方尖晶石结构（空间群为Fdˉ3 m）,结晶度高,粒度适中且比较均匀。电化学测试结果表明,合成产物具有优良的电化学性能,它仅在4.7 V附近有一个放电平台,0.1 C的放电容量高达133 mAh/g,50次循环后放电容量仍保持在128 mAh/g以上,1和3 C的放电容量在30次循环后也分别保持在122和101 mAh/g以上     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2制备与电化学性能

采用球磨湿混和旋转合成相结合的新工艺制备了锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2,并对材料进行了粒度、化学成分以及电化学性能测试。球磨湿混工艺能将原料混合均匀,并能有效地使粒度细化。旋转合成工艺能使混合料在均匀的温度场中进行反应,并使反应产物粒度均匀和成分均匀。制备的LiNi0.5Co0.5O2为单一的α-NaFeO2层状结构,粉末粒度分布范围窄,平均粒径约为8μm-10μm。电化学性能测试结果表明,在0．2mA/cm^2充放电流密度和3．0V－4．2V电压范围内,首次充电容量为173mAh/g,放电容量为148mAh/g。循环次数达30次时, 放电容量还有129mAh/g,循环稳定性良好。球磨湿混和旋转合成相结合的固相合成新工艺能制备出电化学性能良好的LiNi0.5Co0.5O2正极材料。     

LixNi0.5Mn0.5O2正极材料的合成及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法合成了层状LixNi0.5Mn0.5O2(x=1.00,1.05,1.10,1.15)正极材料,并研究了配锂量x为1.0,1.05,1.0和1.15时对终产物的结构及电化学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)表征LixNi0.5Mn0.5O2材料的结构,使用充放电实验、EIS及CV研究了LixNi0.5Mn0.5O2的电化学性能。结果表明,x为1.10时材料具有良好的层状特征,且材料中锂/镍的混排程度最小。x为1.10时材料内阻小,有更好的循环稳定性和可逆性。在测试温度55℃和电压2.0～4.5V范围内,材料的首次放电比容量达到了239.6mAh/g,在循环20周后,容量保持率为98.2%。     

Li1+x(Fey/2Niy/2Mn1-y)1-xO2正极材料的合成及电化学性能

采用低温共沉淀-水热-煅烧法合成了锂离子电池Fe-Ni-Mn体系正极材料Li1+x(Fey/2Niy/2Mn1-y)1-xO2,并用XRD、SEM、ICP光谱和电化学性能测试对材料进行了表征.XRD测试和ICP分析表明,Fe、Ni取代Li2MnO3中的部分Mn,形成很好的固溶结构yLiFe1/2Ni1/2O2-(1-y)Li2MnO3 (y=0.l,0.2,0.3,0.4,0.5).SEM测试表明,取代量y不同,材料的表观形貌有所不同,y=0.4时材料的颗粒粒径均匀、较小,呈类球形结构.电化学性能测试表明,当y=0.4时,循环稳定性最好,充放电50次后放电比容量仍可维持在195.0 mAh/g,放电中值电压为3.5 V,y=0.4时样品在大倍率放电下的电化学性能表现良好.     

Cr~(3+)掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能

采用高温固相法合成了Cr~(3+)掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,研究了掺杂量对材料物理性能和电化学性能的影响。利用XRD、SEM对材料的结构和形貌进行了表征。结果显示,样品具有棱边清晰的尖晶石形貌。讨论了不同Cr~(3+)掺杂量对LiCrxNi_(0.5-0.5x)Mn_(1.5-0.5x)O_4(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)正极材料性能的影响。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明:当Cr~(3+)的掺杂量为x=0.1时(LiCr_(0.1)Ni_(0.45)Mn_(1.45)O_4)正极材料的性能最好,0.1、0.5、1、2及5 C的首次放电比容量依次为131.54、126.84、121.28、116.49和96.82 mAh·g~(-1),1 C倍率下循环50次,容量保持率仍为96.5%。     

Li_(1+x)Ni_(0.166)Co_(0.166)Mn_(0.667)O_(2.175+x/2)正极材料的喷雾干燥法合成及电化学性能

采用喷雾干燥法制备锂离子电池用层状富锂锰基正极材料Li(1+x)Ni0.166Co0.166Mn0.667O(2.175+x/2)(x=0.3,0.4,0.5,0.6),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、等离子体发射光谱(ICP)、热重-差热分析(TG-DSC)、比表面积、粒度分布和恒流充放电等测试手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明:所制得的富锂锰基正极材料为三方层状结构(mR3)的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2和单斜层状结构(C2/m)的Li2MnO3组成的固溶体,且具有多孔球形形貌。当x=0.4时,材料具有最优的电化学性能。在2.0~4.8 V电压范围内,25 mA/g电流密度下材料的首次放电比容量高达277.5 mA·h/g,20周循环后容量保持率达95.3%,500 mA/g电流密度下放电比容量仍达192.5 mA·h/g。     

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的多元掺杂改性

采用共沉淀法制备锂离子电池掺杂型层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMxO2(M=Mg、Al、Cr)正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、充放电实验和交流阻抗实验对LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMxO2正极材料的结构、形貌、电化学性能以及动力学参数进行表征。结果表明:当掺杂量x=0.05时,Mg2+、Al3+掺杂的正极材料在2.8～4.3V、0.1C下的首次放电比容量分别为139.2、151.6mA·h/g,20次循环后的容量保持率分别为98.8%和96.7%;掺杂Mg2+或Al3+均能提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的交换电流密度和锂离子扩散系数。结合实验结果和掺杂离子的离子半径和化学稳定性,解释了掺杂离子在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2晶格中的占位及其在充放电过程中的作用。     

F~-掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能研究

为改善LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的倍率性能和循环性能,采用二步固相法制备了F-掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.05,0.1,015,0.2)正极材料,讨论了不同F掺杂量对材料性能的影响。X射线衍射、扫描电镜结果表明,掺杂和未掺杂的正极材料都为单一的尖晶石结构,粒度分布均匀。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明:当F的掺杂量为x=0.1时(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(3.9)F_(0.1))正极材料的性能最好,0.1,0.5,1,2及5C倍率的首次放电比容量依次为129.07,123.59,118.49,114.49和92.57 mAh/g。1C倍率下循环30次,容量保持率仍为98.84%。     

Sn替换Co对AB_5型La_(0.7)Mg_(0.3)Al_(0.3)Mn_(0.4)Co_(0.5-x)Sn_xNi_(3.8)(x=0-0.5)合金显微结构和电化学性能的影响（英文）

采用X射线衍射方法、压力-成分等温线、电化学放电循环研究了AB5型La0.7Mg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5-xSnxNi3.8(x=0,0.1,0.2,0.3,0.5)合金中用Sn替换Co对其显微结构、储氢性能和电化学放电容量的影响。XRD、SEM及EDS测试结果表明,所有的合金都主要由La Ni5和Mg Ni2相组成,但随着合金中Sn含量的逐渐增加,出现LaNiSn相且显微结构得到细化。压力-成分等温线表明,随着合金中Sn含量的增加,合金的最大储氢容量从1.48%(x=0)降低到0.85%(x=0.5)。电化学测试结果表明,随着合金中Sn含量的增加,合金的最大放电容量从337.1 mA·h/g(x=0)降低到249.8 mA·h/g(x=0.5);充放电循环100次的放电容量保持率从70.2%(x=0)增加到78.0%(x=0.5)。     

球形高电压LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其电化学性能

以化学共沉淀法制备的球形Ni0.25Mn0.75CO3为前驱体合成高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,探讨用前驱体与Li2CO3直接反应和用前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应两种工艺路线对LiNi0.5Mn1.5O4形貌和电化学性能的影响。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对Ni0.25Mn0.75CO3前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4样品进行表征,用充放电测试和循环伏安法对LiNi0.5Mn1.5O4样品进行电化学性能研究。结果表明:两种方法合成的LiNi0.5Mn1.5O4均具有尖晶石型结构。但以前驱体Ni0.25Mn0.75CO3直接与Li2CO3反应合成的LiNi0.5Mn1.5O4的一次粒子颗粒较大,形貌较差,性能也较差;而以前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应合成的LiNi0.5Mn1.5O4的形貌及性能均较好。在3.0~4.9 V的电压范围内,1C倍率下电池的放电比容量达到136.3 mA.h/g,循环100次仍有126.5 mA.h/g,且材料具有较好的倍率性能;5C倍率下的首次放电比容量高达120.7 mA.h/g。     

氧含量对V_(2-x)Ti_(0.5)Cr_(0.5)NiO_x(x=0~0.35)贮氢合金组织结构和电化学性能的影响（英文）

为了提高V基固溶体贮氢合金的充放电循环稳定性能,研究了O含量对V2-xTi0.5Cr0.5NiO x(x=0~0.35)合金的组织结构和电化学性能的影响。组织结构分析表明,当没有添加O时,合金主要由bcc结构的V基固溶体相和TiNi相组成,随着O含量的增加,合金中出现了Ti4Ni2O新相。电化学测试表明,随着O含量的增加合金电极的最大放电容量有所降低,从x=0时的366.8 mAh/g降低到x=0.35时的225.3 mAh/g,而较少氧含量时,合金电极的循环稳定性能明显得到了改善,从x=0时的69.9%增大到x=0.2时的83.7%,而后又降低到76.9%(x=0.35)。电化学动力学分析结果表明,合金的高倍率放电性能,交换电流密度和氢的扩散系数均随着O含量的增加先增加而后减小。     

金属铁掺杂的LiMnPO4/C制备研究及电化学性能

采用固相法,在LiMnPO4晶格中引入铁离子合成LiFexMn1-xPO4/C固溶体提高其电化学性能,以酚醛树脂作为还原剂和碳源,通过确定Fe和Mn比例来优化材料的电化学性能。合成的LiFexMn1-xPO4/C颗粒均具有相似的类球形形貌,颗粒尺寸300~500nm,分布均匀。研究结果表明,材料电化学性能、可逆容量及倍率性能随Mn含量的增加而减小,Fe2 /Fe3 和Mn3 /Mn2 的氧化还原电位随之发生变化。通过充放电测试LiFexMn1-xPO4/C电化学性能可知,当x=0.5、600℃煅烧10h合成的LiFe0.5Mn0.5PO4/C样品具有较好的电化学性能：0.1C放电容量147.3mAh/g;2C倍率下循环100圈后,放电容量从115.2mAh/g降为112.7mAh/g,容量保持率为97.8%,材料在该倍率下能很好地发挥其电化学性能;10C倍率经过200圈循环后,容量保持率仍有89.6%。     

层状Li(Ni0.5Mn0.5)1-xTixO2材料的合成及性能研究

以Li2CO3,Ni(OH)2,MnCO3,TiO2为原料,采用高温固相合成法制备了层状Li(Ni0.5Mn0.5)1-xTixO2。通过X射线衍射确定了不同钛掺杂量样品的相组成。用扫描电镜对组织形貌进行了观测。对用所制样品组装的电池的充放电和循环性能进行了测试。实验结果得出:所制备的Li(Ni0.5Mn0.5)1-xTixO2的结构为α-NaFeO2型层状结构,当x=0.02时,L(iNi0.5Mn0.5)1-xTixO2的首次放电容量为161mA·h/g,25次循环后容量仍保持在144mA·h/g,具有较高的比容量和良好的循环性。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Ag复合材料的制备及其电化学性能

采用流变相法合成LiNi0.5Mn1.5O4粉末。以甲醛为还原剂,采用化学镀法制备LiNi0.5Mn1.5O4/Ag复合材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜分析以及电化学测试等手段对LiNi0.5Mn1.5O4/Ag的微观结构、表面形貌和电化学性能进行研究。结果表明:在LiNi0.5Mn1.5O4/Ag中,LiNi0.5Mn1.5O4表面被包覆一层分散均匀且颗粒大小均匀的Ag,Ag颗粒的大小为200～300nm。Ag颗粒的存在增加LiNi0.5Mn1.5O4颗粒之间的电子导电性,降低电池的极化作用,减少锰的溶解,使得LiNi0.5Mn1.5O4/Ag具有比LiNi0.5Mn1.5O4更高的可逆容量、更稳定的循环性能和更好的倍率性能。以0.2C放电时,LiNi0.5Mn1.5O4/Ag的首次放电容量达到143.8mA·h/g;而经100次循环后,以0.2C和2.0C放电时,LiNi0.5Mn1.5O4/Ag的容量保持率分别达到99.2%和86.8%。     

含铝富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的制备和电化学性能

通过溶胶-凝胶法合成了含铝富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,探讨了化学组分(x=0.5,0.6,0.7,摩尔分数)和煅烧温度(850,900,950℃)对材料形貌、结构和性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电测试仪对材料进行物理表征和电性能测试。结果表明:所制备的材料具有典型的α-NaFeO2层状结构。当x=0.6、煅烧温度为900℃时,所合成的材料具有较好的形貌和优良的电化学性能;在2.0~4.6 V、0.1C充放电条件下,0.6Li2MnO3·0.4Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2的首次放电比容量可达229.9 mA·h/g,且首次库仑效率为80.0%;在0.5C倍率下循环100次后,其放电比容量仍为192.7 mA·h/g,容量保持率达83.8%,显示了优良的循环性能。此外,材料显示了良好的倍率性能,在2.0C倍率下,其放电比容量仍为173.1 mA·h/g。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的制备及电化学性能

采用液相共沉淀法和固相烧结法分别制备镍钴锰复合氢氧化物(Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料。通过X射线衍射和电化学性能测试对所得样品的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2具有很好的α-NaFeO2层状结构,以20 mA/g的电流密度在2.5～4.3 V的电压区间充放电时,最高首次放电比容量达175 mA.h/g,首次库伦效率在89%～90%之间。当首次放电比容量为160～170 mA.h/g时,30循环未见容量衰减。锂含量对其电化学性能影响的结果表明:锂含量(n(Li)/n(Ni+Co+Mn))在1.03～1.09的范围内,随着锂含量的增加,放电比容量略有减小,但循环性能、中值电压以及平台性能都得到提高;当锂含量超过1.09时,循环性能、中值电压以及平台性能开始降低。     

废旧LiCoO_2材料再生LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料及性能

以废旧LiCoO_2电池为原料,通过预处理、酸浸、共沉淀步骤,实现了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料的再生。ICP-OES分析浸出液中的元素含量,SEM和XRD表征材料形貌和结构,扣式电池的电化学测试定量分析材料的电化学性能。研究表明,利用浸出液可以再生与空白形貌相似和层状结构良好的正极材料(R-NCM),(R-NCM)在0.2C、2.8～4.3V电压范围内进行充放电循环测试,首周放电比容量可达到210.8mAh/g,经过50周充放电循环后放电比容量仍有183 mAh/g,容量保持率为87%,表现出良好的循环稳定性,为废旧锂离子电池的再生提供支撑并指出发展方向。     

La_(0.7)Y_(0.3)Ni_(3.4-x)Mn_xAl_(0.1)(x=0~0.5)储氢合微观结构和电化学性能

采用真空电弧熔炼及热处理的方法制备La0.7Y0.3Ni3.4-x MnxAl0.1(x=0～0.5)合金,通过XRD、SEM、EDS和电化学测试等方法,系统地研究了Mn替代Ni对合金微观组织、储氢和电化学性能的影响规律。结果表明,退火合金微观组织由主相Ce2Ni7型相和杂相PuNi3型、CeNi3型及Ce5Co19型相组成,Ce2Ni7型主相的丰度随Mn含量增加呈先增大后减小变化规律。当x=0.2时,主相的丰度达到最大值89.03%。增加Mn的含量有助于缓解合金的氢致非晶化倾向。随着Mn含量的增加,合金电极的放电容量逐渐升高,而充放电循环稳定性却逐渐降低,合金电极的最大放电容量和最佳循环稳定性分别为308.6mAh/g与95.09%。合金电极的反应动力学分析结果表明,氢原子在合金体相中的扩散为合金电极高倍率放电性能的动力学控制步骤。