氧化铝作为处理剂在锂离子电池中的应用

为提高LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)材料的循环稳定性，以氧化铝(Al₂O₃)为电解液处理剂，用一种简单的方法制备功能性电解液，研究对NCM材料的性能影响。与原始NCM相比，在电解液中添加0.50%Al₂O₃的NCM以0.5 C在2.75～4.30 V循环200次的容量衰减更慢，容量保持率为80.33%,同时电荷转移电阻(R_ct)增加趋势较低。SEM分析表明，正极表面仍可看出清晰的颗粒轮廓与层状结构。     

球磨时间对球磨-喷雾干燥法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响

采用球磨-喷雾干燥-固相反应法合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)和恒流充放电研究了原料球磨时间对合成材料结构、形貌和电化学性能影响。实验结果表明,合成材料的结晶度、颗粒球形度、放电比容量均随球磨时间增加呈先增大后减小。球磨时间为6 h时合成材料的1 C放电比容量为171 mAh/g,循环50次容量保持率为91%,具有较好的电化学性能。     

导电剂和粘结剂对高镍正极性能影响分析

由活性物质、导电剂和粘结剂构成的微区是电极中电化学反应的场所,其离子和电子传递动力学决定了电化学反应的特性。通过改变导电剂和粘结剂的比例和充电截止电压,分析LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)颗粒表面离子和电子迁移环境变化对循环性能的影响;用循环过程中不可逆比容量之和评估了半电池的循环稳定性。结果表明,导电剂或粘结剂的增加有利于改善高镍正极在充电截止电压为4.7 V (vs.Li⁺/Li)时的循环稳定性,主要原因是导电剂或粘结剂的增加延缓了NCM811裂纹和粉化。     

燃烧法制备层状正极材料LiNi0.5Mn0.5O2

用燃烧法制备了正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,研究了合成条件对产物的影响。XRD、SEM及电化学测试结果表明:n(Li)∶n(Mn+Ni)=1.05∶1.00、n[CO(NH2)2]∶n(NO3-)=1.0∶1.0,在900℃下烧结4h所得样品为α-NaFeO2层状结构;一次颗粒粒径为0.1～1.0μm;在2.7～4.5V的首次放电比容量为181.7mAh/g,第20次循环时的容量保持率为83.5%。     

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。     

三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2铝壳锂离子动力电池的性能研究

选用三元材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2为正极材料,中间相炭微球为负极材料,制备了额定容量为10 Ah的铝壳锂离子动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。电性能包括充放电性能、倍率性能、循环性能和自放电,实验结果表明,电池表现出了良好的倍率性能,1 C、2 C的放电容量分别为0.5 C放电容量的97.49%、93.70%;在2.7~4.2V电压范围内,电池1 C循环400次后容量保持率为101.77%;电池满电常温搁置28天后容量保持率为97.06%。针刺、短路、过充电和自有跌落测试结果表明电池具有良好的安全性能。     

利用层状双氢氧化物涂层增强富镍正极材料的循环稳定性

富镍层状氧化物LiNi_xCo_yMn_zO₂(0.6≤x<1)是用于生产高能量密度和高工作电压电池的有前途的锂离子电池正极材料,但其较差的循环性能严重限制了其商业应用。将具有二维层状结构的Ni-Al层状双氢氧化物(NiAl-LDH)作为涂层材料,通过简单的液相包覆工艺将NiAl-LDH涂覆于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂上,以显著提高LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的结构稳定性和电化学性能。NiAl-LDH涂层的Al³⁺在高温烧结过程中向内扩散,在材料的二次粒子表面形成均匀的保护层,其可以抑制电解液对正极材料的侵蚀。Al³⁺迁移到过渡金属层,减少了锂/镍的混合,从而增强了材料的结构稳定性。改性材料在1 C电流密度下循环200次后容量保持率从原始材料的70.8%提高到8...     

微量石墨烯包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能的影响

使用Hummers法得到氧化石墨烯,再通过还原氧化石墨烯制备石墨烯。使用高温固相法制备LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料,将石墨烯加入乙醇溶液中,与增稠分散剂羧甲基纤维素钠(CMC)混合得到石墨烯溶液。利用液相自聚集法将石墨烯溶液微量包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面。通过SEM、XRD以及电化学测试系统对石墨烯/LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料进行表征和测试。结果表明,0.8%-石墨烯/LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料性能最佳,首次充电比容量最大值达到222.85 mAh/g,首次充放电比容量最大值达到208.93 mAh/g,库仑效率为93.75%。     

球形四氧化三锰合成锰酸锂的性能

分别以湿法沉淀的球形四氧化三锰(Mn3O4)和商业电解二氧化锰(EMD)为锰源合成锰酸锂(Li Mn2O4)。通过杂质含量分析、XRD、SEM和充放电测试等,研究锰源对产物性能的影响。以粒度为10μm的球形Mn3O4为原料合成的Li Mn2O4保留了锰源的物化特征,以1.0 C在3.00~4.35 V充放电,首次放电比容量为117.2 m Ah/g,常温、55℃高温循环100次的容量保持率分别为94.6%和91.0%,高于以EMD为原料合成的Li Mn2O4(分别为87.9%和72.9%)。循环性能的提高,与球形Li Mn2O4的粒度分布集中、比表面积小及杂质含量低有关。     

导电剂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2全电池的影响

采用LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料,研究了SP与KS-6复合,以及SP、CNTs、KS-6三种导电剂按一定比例复合对其全电池电化学性能和内阻的影响。结果表明:添加KS-6能与SP互补协同,改善电池性能,降低内阻;SP∶KS-6配比为5∶5时,容量保持最好,循环200次,放电比容量159.1 mAh/g,内阻值和内阻平均增长速度最小。添加CNTs后,由于CNTs的特殊空间结构,具有保液能力及高电导率性能,电池性能更佳;[SP+CNTs(8∶2)]+KS-6(5∶5)时,循环200次,放电比容量174.9 mAh/g,内阻值43.1 m W,内阻平均增长速度0.052 m W/次。     

Mg掺杂对LiNi_(0.6)Co_(0.15)Mn_(0.25)O_2电化学性能的影响

以氢氧化钠为沉淀剂,氨水为络合剂,通过氢氧化物共沉淀法制得前驱体,然后高温煅烧,合成锂离子电池正极材料Li(Ni_(0.6)Co_(0.15)Mn_(0.25))_(1-x)Mg_xO_2(x=0、0.01、0.02、0.03和0.04)。通过XRD、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等测试,研究Mg掺杂对材料性能的影响。适量的Mg掺杂可降低材料阳离子混排度,提高材料的循环性能及倍率性能。Li(Ni_(0.6)Co_(0.15)Mn_(0.25))_(0.98)Mg_(0.02)O_2的电化学性能较好,以0.1 C在2.7~4.3 V循环,首次放电比容量高达190.9 mAh/g;1.0 C循环30次的容量保持率为90.07%。     

LiCoPO_4正极材料掺Zn~(2+)及全电池特性

采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成锌离子(Zn~(2+))掺杂的磷酸钴锂(LiCoPO_4)正极材料LiZn_xCo_(1-x)PO_4。XRD和SEM分析表明:少量Zn~(2+)掺杂不会明显改变晶格结构,且粒径变小、粒度更均一。充放电(3.0~5.1V)及高低温性能测试表明:Zn2+掺杂后,材料的比容量提高、循环性能改善,并有较好的高倍率及高低温放电性能。Zn~(2+)掺杂量为0.01时,首次0.1 C放电比容量为150.3 mAh/g,比纯相增加15%。1.0C、5.0C放电比容量分别为118.9mAh/g和67.1mAh/g。在40℃、0℃下的0.1C放电比容量分别为160.0mAh/g和37.8mAh/g。循环伏安及交流阻抗测试表明:少量Zn~(2+)掺杂使电荷转移阻抗减小,电化学可逆性增强。LiZn_(0.01)Co_(0.99)PO_4与Li_4Ti_5O_(12)组成的3.3 V全电池以0.1C放电,比容量可达135.3mAh/g。     

高性能LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2正极材料合成工艺及电化学性能研究

通过化学共沉淀和高温固相反应法合成不同Li/M比(Li为锂元素的物质的量,M为过渡金属元素总物质的量)的LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2正极材料,采用XRD、SEM、恒流充放电测试系统和电化学工作站研究Li/M比对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,Li/M比为1.10的LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2正极材料层状结构完整,颗粒形貌良好,电化学性能最优。0.2 C充放电条件下的首次放电比容量达到204.0 mAh/g;1.0 C充放电条件下循环充放50圈后放电比容量为187.0 mAh/g,容量保持率达到97.2%。     

钠源对P2-Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2性能的影响

采用不同钠源在醋酸盐燃烧下合成P2结构的Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2正极材料。通过XRD、SEM及循环伏安、电化学阻抗谱等测试,分析钠源对材料结构、形貌及电化学性能的影响。以碳酸钠为钠源合成的样品的层状结构较好、颗粒粒径较均一,电化学性能最好。该材料以0.1 C在2.0~4.0 V循环,首次放电比容量为89.8 m Ah/g,库仑效率为123.3%。1.0 C首次放电比容量为74.3 m Ah/g,第50次循环的放电比容量为71.1 m Ah/g,容量保持率为95.7%。     

锂离子电池正极材料Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的制备及其性能研究

锰酸锂正极材料在充放电循环过程中容量衰减严重,严重影响其大规模应用。针对其容量衰减严重的问题,通过固相制备出Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4正极材料,并用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、能量散射光谱(EDS)、充放电测试、CV和EIS对其结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明,Mg2+、Na+的掺杂未改变Li Mn2O4的结构。在0.2 C下,样品Li Mn2O4和Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的首次放电比容量分别为127.1 m Ah/g和123.3 m Ah/g,充放电循环100次后,其容量保持率分别为77.34%和94.81%,Mg2+、Na+掺杂后,材料的初始放电比容量略有降低,但循环性能明显得到了改善。在10 C下,Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的放电比容量高达92.4 m Ah/g。实验表明,Mg2+、Na+的共同掺杂有效改善了Li Mn2O4的循环稳定性和倍率性能。     

锂电池富锂材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zr_xO_2(x=0,0.02,0.05,0.10)的电特性研究

富锂材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zr_xO_2(x=0,0.02,0.05,0.1)是采用高温固相法合成,研究中采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)及电化学方法等手段进行了表征。实验结果表明,随着Zr含量增加,材料的晶胞参数发生较大变化,Zr的掺杂抑制了Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2高温合成时Mn3+的产生,有利于锂离子的可逆脱嵌,所合成富锂材料的粒径分布均匀,结晶性较佳。此外,电特性测试结果表明,Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.49Zr0.05O2富锂材料具有较佳的电性能,0.1 C下放电比容量达366 m Ah/g,循环100次后放电比容量保持率为96%。     

氧化锌在镍氢动力电池中的应用

以氧化锌(ZnO)为添加剂,制备了加锌MLNi_(3.9)Co_(0.6)Mn_(0.3)Al_(0.3)贮氢合金电极。添加0.5%的ZnO制作的电池,初始开路电压为1.20 V;在1.0~1.6 V循环,0.2 C首次放电比容量达到291.7 mAh/g,第100次循环的容量保持率为95.88%,相比于空白MLNi_(3.9)Co_(0.6)Mn_(0.3)Al_(0.3)电极,分别提高了0.39 V、31.6 mAh/g和5.70%。用该电极制作的200 Ah镍氢动力电池,搁置电压大于1.20 V,在0.8~1.6 V循环,0.2 C首次放电容量达到200 Ah,而未加锌的合金电极制作的电池,第3次循环才达到额定容量。ZnO的加入不影响电池标准循环寿命、荷电保持和容量恢复能力。     

石墨烯/碳纳米管复合导电剂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的影响

研究球磨分散法制备的石墨烯和碳纳米管(CNT)(2∶3)复合导电剂对三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响。SEM分析表明:复合导电剂均匀地分散在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2表面,形成良好的"点-线-面"三维立体导电网络结构。电化学阻抗测试表明:复合导电剂可降低电池的内阻。充放电测试显示:在1%的低添加量下,使用复合导电剂的电池的首次放电(2.58~4.25 V,0.1 C)比容量比单独使用CNT的高7 mAh/g,比单独使用炭黑的高19 mAh/g;以10.0 C放电的比容量可达128 mAh/g,比单独使用CNT和炭黑的分别提高24 mAh/g和58 mAh/g。     

低温水热法制备花状球形钛酸锂的性能

采用低温水热法合成花状球形结构钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12)),对微-纳结构的形成机理及产物的电化学性能进行研究。双氧水(H_2O_2)是控制微-纳分层结构形成的关键因素。当一水合氢氧化锂、钛酸异丙酯用量分别为1.269 g、1.99 g,双氧水加入量为3 ml时,产物的电化学性能较好:在1.0~2.5 V充放电,5.0 C循环的首次放电比容量为164.8 m Ah/g,循环至500次时,容量保持率为80.2%;在0.1 C、0.5 C、1.0 C、5.0 C、10.0 C、15.0 C和20.0 C倍率下依次循环5次,20.0 C放电比容量仍高达128.3 mAh/g。