无机基溶胶-凝胶法制备LiMnPO4正极材料

以廉价无机盐为原料、以柠檬酸为碳源的水基溶胶凝胶法合成了LiMnPO₄/C正极材料。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对晶体结构和微观形貌进行了表征。结果表明实验得到了纯相的LiMnPO₄/C正极材料。在二段式烧结、烧结温度为650℃时得到的正极材料具有较好的电化学性能,其在室温0.05C倍率下,首次放电容量为142.8mAh/g,20次循环后放电容量为112.4mAh/g。     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2表面包覆TiO2改性研究

为进一步改善LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)一次物料性能,采用简便易行的干法包覆方式,主要研究了TiO₂包覆量一定的情况下热处理温度、保温时间对正极材料的物理指标,以及容量、倍率、循环寿命和存储等电性能的影响。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、扣式电池、全电池等测试分析表明,材料表面有明显的包覆物,但无新物相生成。当热处理温度为500℃、保温时间为12h时,所制备NCM622材料在3.0～4.3V电压范围0.1C放电容量为181.2mAh/g,比未包覆材料提高了2.6mAh/g；在3.0～4.4V电压范围45℃下1C充放80周,循环保持率由未包覆的95%提升至97.2%。包覆物消耗了材料表面的残碱,减缓了电解液的侵蚀,从而改善了材料的循环寿命和存储性能。包覆前后的材料分别做成600mAh的小软包电池,60℃时放置7天后材料鼓胀率由8.3%降低到4.5%；容量保持率和容量恢复率分别由89.1%、94.3%提升到90.2%、98.3%。     

热处理温度对Al2O3表面修饰LiNi0.9Co0.1O2正极材料电化学性能的影响

在水溶液体系中, 制备了1%Al₂O₃修饰的镍基正极材料LiNi_0.9Co_0.1O₂, 并研究了热处理温度对正极材料性能的影响。结果表明, 1%Al₂O₃修饰后没有改变正极材料的结构和形貌, 650 ℃热处理后正极材料具有最佳的电化学性能, 首次放电容量为178.4 mAh/g, 库伦效率为82.4%, 0.5C倍率50次循环后的容量保持率为88.1%。     

共沉淀反应时间对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料形貌和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体, 并通过高温固相法合成LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料, 研究了反应时间对Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料的形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明, 随着反应时间增加, 前驱体和正极材料的二次颗粒粒径逐渐增大;若反应时间过短, 二次颗粒粒径小, 易加剧电化学循环过程中材料与电解液的副反应, 正极材料循环性能较差;若反应时间过长, 二次颗粒粒径过大, 增加了锂离子扩散路径, 也不利于正极材料在高倍率下的循环。反应16 h制备的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料具有适中的颗粒粒径, 拥有优异的电化学性能, 在1C倍率经过180圈循环容量保持率可达75.3%, 5C倍率经过300圈循环容量保持率可达56.0%。     

纳米晶粒硬质合金磨削加工表面质量实验研究

以乙酸盐为原料,通过一步微波法烧结制备出了镍钴锰酸锂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料,研究了烧结温度、保温时间对材料结构形貌以及电化学性能的影响。结果表明,在900℃保温4h所制备的正极材料以0.2 C倍率,2.75-4.3 V电压平台下首次放电容量为156 mAh/g,经过30圈充放电循环后,容量为141.65 mAh/g,容量保持率为94.2%;在电流密度0.5 C和1 C条件下,经过30次循环后容量保持率分别为91.2%、89.02%。     

Zn取代对尖晶石Li2MnTi3O8负极材料微观结构及电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶结合固相烧结的方法制备了具有复杂尖晶石结构(空间群为P4332)的Li₂Mn_1-xZn_xTi₃O₈(x=0,0.1,0.5)负极材料。研究了Zn部分取代Mn对Li₂MnTi₃O₈材料微观结构及电化学性能的影响。结果显示,Zn取代之后,Li₂MnTi₃O₈材料的晶胞体积以及晶粒尺寸有明显的降低,然而颗粒大小却没有显著的变化。电化学测试结果表明,Zn取代对改善Li₂MnTi₃O₈材料电化学性能非常有利,在0.1C倍率条件下进行充放电, 50次充放电循环之后,Zn取代之后的材料放电容量为269mAh/g(Li₂Mn_0.9Zn_0.1Ti₃O₈),298mAh/g(Li₂Mn_0.5Zn_0.5Ti₃O₈),且都在第一次循环之后表现出优异的循环稳定性。在1C倍率条件下充放电36次,材料的放电容量得到了显著提高,并且在一定程度上提高了材料的循环稳定性。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

无钴富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的表面改性及电化学性能研究

无钴富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂因高比容量、低成本等优点备受关注,是极具潜力的下一代锂离子电池正极材料。然而,Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂材料存在首次库伦效率低、倍率性能差及容量衰减等问题,限制了其进一步发展。为解决此问题,采用柠檬酸溶液表面处理结合再重新煅烧方法,通过在其表面包覆一层尖晶石相,对Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂开展了表面改性研究,并对改性前后样品进行物理表征和电化学测试分析。结果表明,改性前后的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂正极材料,形貌基本一致,均为尺寸100—400 nm的不规则颗粒,改性后的粉末颗粒边缘略有不平整。使用柠檬酸溶液表面处理后,Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂材料形成了內部为层状相、表面为尖晶石相的结构。尖晶石相的存在不仅为锂离子扩散提供了三维离子扩散通道、提高倍率性能,还可充当正极材料表面与电解液间的保护层,提高首次库伦效率,改善循环性能。改性后的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂的首次库伦效率为92. 4%,可逆比容量为292 mAh?g^-1, 与改性前相比分别提高了13.8%和22 mAh?g^-1,并且在不同倍率下的可逆比容量和长循环容量保持率均有明显提升,表明其具有更好的倍率性能和更优的循环稳定性能。本研究提出了一种无钴富锂锰基正极材料表面改性方法,该改性方法操作简单、效果明显,可应用于不同组分的富锂正极材料,为富锂锰基正极材料的进一步发展提供了新的思路 。     

锂离子电池Li2FeP2O7正极材料的制备及其电化学性能

采用固相球磨法制备了Li2FeP2O7/C正极材料,研究了烧结温度、碳包覆含量以及碳源对其结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明: 高温固相烧结合成样品的适宜温度为680 ℃,以柠檬酸为碳源、碳包覆量为5%时,合成的Li2FeP2O7/C晶型完整,晶粒较小且均匀,0.1C倍率下的放电比容量可达102.6 mAh/g,0.5C倍率下的初次放电比容量可达83.4 mAh/g,循环30次后放电比容量为80.7 mAh/g,展现了较好的循环性能以及倍率性能。     

普鲁士蓝类钠离子正极材料的制备及改性研究进展

普鲁士蓝类似物（PBAs）具有较高理论比容量和开放式三维框架结构,被认为是最具应用前景的钠离子正极材料之一。然而,大部分通过水溶液反应合成的PBAs,普遍存在[Fe(CN)₆]^3-/[Fe(CN)₆]^4-空位,水分子不可避免进入PBAs框架中形成配位水,占据了原本Na⁺的容纳点位,影响了Na⁺的正常传输,降低了PBAs材料的比容量。PBAs晶体框架受空位影响,其离子导电性和循环稳定性在长时间循环下退化并变差,同时配位水与电解液发生副反应,进一步降低了电池的电化学性能。为解决上述问题,提高钠离子电池中PBAs基正极的比容量、循环稳定性、倍率性能和整体能量密度,重点介绍了PBAs正极材料的制备及改性方法,并总结了各制备及改性方法的特点及效果。PBAs的制备方法包括水热法、共沉淀法和单一铁源自分解法。改性方法包括制备工艺优化和材料复合改性,其中制备工艺优化包括螯合剂、脱水、提高前驱液Na⁺浓度和结构纳米化,材料复合改性包括元素掺杂、表面涂层、异质结构和复合材料。研究表明,在富含Na⁺的前驱液中,采用螯合剂辅助共沉淀法,通过合成过程的水浴加热及样品制备后的真空干燥,可获得空位少、水分少的高结晶度PBAs。将制备的PBAs样品与导电剂进行复合,可进一步改善其电子导电率及倍率性能,有望获得高容量、高循环特性及满足高倍率需求的正极材料 。综上所述,PBAs作为钠离子正极材料,可通过对其合成方法和改性研究的不断创新,进一步优化其电化学性能,使其在未来具有广阔的应用前景。     

喷雾干燥-低温烧结的NaFePO4制备及其电化学性能

以草酸盐、磷酸盐和碳酸盐为原料, 采用喷雾干燥法制备前驱体, 经固相烧结制得钠离子电池NaFePO4正极材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜、激光衍射粒度分析、充放电测试、循环伏安法对材料进行了结构、形貌及电化学性能表征。结果表明, 喷雾干燥制得了球形前驱体, 经低温烧结的钠离子电池NaFePO4正极材料具有良好的电化学活性, 其嵌钠平台在3.0 V左右, 在0.1C倍率下, 其首次放电容量为100 mAh/g, 经过30次循环, 其可逆放电比容量达93 mAh/g。     

纳米Si粉在高容量锂离子电池负极中的应用研究

通过感应等离子体蒸发凝聚法制备纳米Si粉,以葡萄糖为有机碳源,经高温碳化将纳米Si粉钉扎在石墨载体表面制备出Si/C复合负极材料,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(0FESEM)和电化学性能测试等对比分析了纳米Si粉、石墨载体和Si/C复合负极材料的结构和性能。结果表明,纳米Si粉作为锂离子电池负极材料首次放电容量和可逆充电容量分别为3 519.4 m Ah/g和2 063.7m Ah/g,但是首次效率只有58.6%,且循环寿命差,Si/C复合负极材料能够有效缓冲纳米Si粉的体积变化,发挥较高的可逆储锂容量,提高循环寿命,但是需进一步改善首次效率。     

形貌控制合成介孔纤维状钴酸镍粉末

以可溶性氯化镍、氯化钴和草酸为原料, 利用氨为配位剂, 通过配位共沉淀-热分解法制备了多孔纤维状钴酸镍(NiCo₂O₄)粉末。采用XRD、SEM、TEM、IR以及BET对前驱体和NiCo₂O₄粉末的物相、成分与形貌进行了表征, 系统考察了配位共沉淀条件对前驱体粉末形貌、粒度和成分的影响。采用DTA/TG研究了钴酸镍前驱体粉末的热分解历程。结果表明：Ni²⁺-Co²⁺-NH₃-NH₄⁺-C₂O₄^2--H₂O反应体系中, 在溶液pH=8.0、温度50 ℃、金属离子浓度0.5 mol/L的条件下可得到纤维状钴酸镍前驱体粉末; 氨与镍钴离子配合生成含氨草酸镍钴复盐是纤维状形貌形成的机理。在空气气氛中300 ℃热分解该前驱体粉末即可得到比表面积97 m²/g、平均孔径11 nm、轴径比30~50的纤维状多孔NiCo₂O₄粉末。     

NiFe2O4@LiMn2O4正极材料的制备及其电化学性能研究

以溶胶-凝胶法制备了不同质量百分比的NiFe₂O₄@LiMn₂O₄复合正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电化学性能测试等手段, 对NiFe₂O₄@LiMn₂O₄材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明, NiFe₂O₄的包覆并没有改变锰酸锂材料的晶体结构;锰酸锂颗粒表面没有观察到NiFe₂O₄材料存在。当NiFe₂O₄包覆量为1%时, 复合材料具有较好的电化学性能, 其首次充放电效率、循环性能和倍率性能都得到了一定程度的提高, 此时NiFe₂O₄呈薄膜型包覆在锰酸锂颗粒的表面, 厚度约为14 nm, 首次放电比容量(0.1C)为121.2 mAh/g, 10C倍率放电条件下放电比容量为84.8 mAh/g, 1C循环400周后容量保持率为90.64%。     

二氧化锰还原法制备锰酸锂材料及其性能研究

采用二氧化锰还原法制备了锰酸锂前驱体, 将前驱体在不同温度下进行热处理, 制得尖晶石型锰酸锂。利用AAS、滴定法、XRD、SEM表征样品的元素含量、晶体结构、形貌和粒径, 并研究了不同热处理温度对锰酸锂电化学性能的影响。结果表明, 通过二氧化锰还原法合成出了具有一定尖晶石结构的锰酸锂前驱体。当热处理温度为800 ℃时, 锰酸锂的导电性最佳, 0.2C放电容量为132.7 mAh/g, 0.5C放电容量为123.9 mAh/g, 循环10次后, 容量衰减5.97%。     

富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的改性与电化学性能研究

为改善富锂材料的电化学性能,使用Li₃VO₄对富锂锰基材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂进行湿法包覆。对样品进行表征和电化学性能测试,结果表明,包覆工艺不会破坏富锂层状材料的结构;包覆物明显改善样品的电化学性能,其中3%包覆量的样品综合性能最好,首次放电比容量为243.2 mAh/g,库伦效率70.9%;在1C下循环50次后,容量保持率为87.2%。     

锂离子电池负极材料LiFeTiO_4/C的制备及其电化学性能

以Li_2CO_3、Fe_2O_3和TiO_2为原料,葡萄糖为碳源,采用高温固相法合成了锂离子电池LiFeTiO_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征,通过恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗对材料的电化学性能进行了测试。结果表明,碳包覆后的LiFeTiO_4负极材料循环性能优于未经碳包覆的材料。在室温下,充放电倍率为0.5C时,LiFeTiO_4/C负极材料的首次放电比容量为327.8 m Ah/g,循环50周后仍保持在308.3 m Ah/g。