高电压LiNi0.5Mn1.5O4正极材料现状及展望

LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有高能量密度、三维的锂离子传输通道、无毒、安全性高等优势,成为近些年来锂离子电池领域中最具有研究前景的材料之一.介绍了LiNi05Mn15O4正极材料的结构,综述了LiNi05Mn15O4材料常见的制备和改性方法,着重介绍了LiNi05Mn1.5O4微米级单晶形貌对材料性能的影响,并结合当前研究进展对LiNi0.5Mn1.5O4材料未来的发展趋势进行展望.     

LiNio.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12全电池的制备及电化学性能研究

以5V高电压LiNi0.5Mn1 5O4为正极材料,高安全性Li4Ti5O12为负极材料制备了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响.其中正极容量过量40％的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 mAh·g-1,循环200次的容量保持率为88％;在2C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 mAh·g-1,循环740次的容量保持率为91.1％.P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关.     

高压LiNi0.5Mn1.5O4的机遇与挑战

阐述了具有尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的晶体结构与合成方法,分析了LiNi0.5Mn1.5O4在高功率锂电池应用中遇到挑战,介绍了纳米化、金属离子掺杂和表面包覆等应对方法。展望了该材料在下一代锂离子电池中的应用前景。     

溶胶凝胶法制备LiNi0.01Co0.01Mn1.98O3.95F0.05及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiMn2O4、LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4和LiNi0.01Co0.01Mn1.98O3.95F0.05。使用X射线衍射、扫描电子显微镜对合成材料的结构及物理性能进行了表征。将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,用循环伏安、交流阻抗及充放电测试的电化学测试方法对材料进行了电化学的研究。结果表明,合成的LiNi0.01Co0.01Mn1.98O3.95F0.05材料的初始容量高于LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4,而循环性能优于LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4和LiMn2O4,显示了阴阳离子复合掺杂对于阳离子单一掺杂的优势。     

5 V尖晶石型无钴LiNi0.5Mn1.5O4正极材料进展综述

作为下一代锂离子电池或固态电池的候选正极材料,镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4正在吸引研究者的兴趣。本工作介绍了LiNi0.5Mn1.5O4的晶体结构、合成方法、电化学反应机制、材料的电学属性以及材料的优势,同时介绍了目前阻碍其产业化应用所存在的技术障碍：高温循环差、过程库伦效率低、金属溶出及相变、高电压下电解液分解、全电池产气等。针对存在的主要技术问题,深入讨论分析其内在的原因,并总结了若干材料层面的解决思路：微观形貌调控、新黏结剂匀浆策略、掺杂、包覆、高电压电解液匹配、制备过程控制、全电池应用研究等,另外还推测了可能的应用场景。LiNi0.5Mn1.5O4材料的商业化应用还有赖于电池层面的精细结构设计。综述目的是希望研究者更加关注LiNi0.5Mn1.5O4材料的产业化应用研究。     

低温熔盐燃烧法合成LiNi_(0.5-x)Mg_xMn_(1.5)O_4(x=0,0.05)及其电性能

为了快速、高效地制备5V锂离子电池正极材料,采用低温熔盐燃烧法合成了LiNi0.5Mn1.5O4粉末。X射线衍射分析表明:使用该方法,将原料在600℃焙烧1h即可获得单相LiNi0.5Mn1.5O4材料,Mg的掺杂有利于产物结晶性的提高。扫描电子显微镜观察表明,LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4的粒径为亚微米级的,且粒径分布均匀。制成电极后电性能研究表明,在3.5～5.0V的电压范围,75mA/g的电流密度下,该材料进行50次充放电循环后,放电比容量没有明显衰减。微量的Mg掺杂,可以提高样品的放电比容量,改善材料的首次充放电效率并提高材料的放电平台。600℃下焙烧5h所制备的LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4首次放电比容量为134(mA·h)/g,在电流密度为75mA/g下进行50次循环后保持率达100%。     

高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及电化学性能

以可溶性的金属离子盐为原料,以(NH4)2CO3为沉淀剂,采用沉淀法制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,讨论了煅烧制度对材料性能的影响.采用X射线衍射、扫描电子显微镜和室温条件下充放电测试,对最终产物的物相、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:在750、850、950℃均得到了纯相的LiNi0.5Mn1.5O4材料;在850℃制备的LiNi0.5Mn1.5O4具有最好的电化学性能,在0.1、0.5、1.0、5.0C充放电倍率下容量分别为126.1、125.0、120.0、105.0 mA.h/g,以0.5C的倍率循环100次后,容量仍有119.0 mA.h/g,与初始容量相比,保持率达到94％.     

5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4研究进展

随着锂离子电池的发展应用,高比能量、使用寿命长、安全环保的锂电池,已经成为各种便携式电子产品的首选供电,并已逐步进入我们的生活领域。开发大容量和高电压性能的新型正极材料尤为重要。其中锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4嵌锂电位高达4.7 V,循环性能好,能量效率高,在手机、电动汽车、航空等领域具有很好的发展前景。综述了近年来LiNi0.5Mn1.5O4的一些制备方法以及电化学性能的研究进展。     

5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.1)的流变相法制备与表征

采用流变相法结合高温热处理制备LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0,0.1)。用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对合成材料进行了表征。结果表明,F的掺入抑制了LiNi0.5Mn1.5O4颗粒长大,增强了Li+在固相中的扩散能力,改善了电极与电解质溶液之间的界面性质,有效地提高了LiNi0.5Mn1.5O4的循环性能和倍率性能。0.2C放电时LiNi0.5Mn1.5O3.9F0.1的首次放电容量达到147.8mA.h/g,经80次循环后平均每次循环的容量衰减仅为0.0068%。而0.5C和2.0C放电时首次放电容量达到0.2C放电时的94.2%和83.8%。     

机械力化学法制备LiNi0.5Mn1.5O4粉体的研究

以Li2CO3,MnO2和Ni(OH)2·H2O为原料,采用机械力化学法制备锂离子层状结构正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,采用X射线衍射,扫描电镜对其结构和形貌进行了表征.结果表明粉磨6 h可制备能在较低温度下发生固相反应的前驱体;前驱体于800℃煅烧6 h制备得到具有α-NaFeO2型层状有序结构的单相LiNi0.5Mn1.5O4.样品的首次放电容量为80 mAh·g-1.     

锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的性能研究(Ⅰ)

采用共沉淀法和高温固相烧结相结合,合成了锂离子电池层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。采用ICP-AES元素分析方法、XRD和SEM对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的成分、结构和形貌进行了表征。SEM测试结果表明,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的形貌近似为球形,且颗粒分布均匀。并对其进行了充放电性能测试,结果表明:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在25℃、2.5～4.6 V、0.1 C倍率下,首次放电容量达189.32 mAh.g-1(锂为负极),C/LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在1 C、2.75～4.2 V下,初始放电比容量为145.5 mAh/g,循环100次后,容量保持率为98.41%。是一种有发展前景的锂离子电池正极材料。     

碳包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响

概述了碳材料包覆对动力锂离子电池正极材料LiFePO4、LiNi0．5Mn1．5O4和Li[Nil／3Co1／3Mn1／3】O2电化学性能的影响,综述了不同碳源炭化后形成的碳的特性及对各种电极材料性能的影响,总结了碳包覆动力锂离子电池正极材料的发展方向。     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2研究进展

层状结构材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有高比容量、高循环性能、低成本和环保等优点,有望取代LiCoO2成为新一代锂离子电池正极材料。在介绍LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构特点和电化学反应特性的基础上,对其主要合成方法进行了详细评述,总结了该正极材料的阴阳离子掺杂、复合离子掺杂以及表面包覆改性等技术,指出国内外目前锂离子电池材料研究中存在的问题和未来的发展方向。     

退火工艺对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料 电化学性能的影响

采用共沉淀法合成LiNi0.5Mn1.5O4正极材料并对其进行退火处理,研究退火温度对材料电化学性能的影响。结果表明,退火温度会导致LiNi0.5Mn1.5O4正极材料中Mn3+含量的变化,进而影响材料的倍率性能和循环性能。其中,625 ℃退火8 h所制备的样品表现出最好的电化学性能,其0.2 C倍率首次放电容量为130.8 mA·h/g;1 C倍率首次放电容量为126.5 mA·h/g,50次循环后,容量保持率高达100.8%。     

Al_2O_3包覆锂电池正极材料LiMn_2O_4的合成及电化学性能研究

研究了在锂离子电池尖晶石Li Mn2O4正极材料上包覆Al2O3来改善材料在循环过程中的容量衰减问题。通过SEM和X射线衍射研究材料的表观形貌和晶体结构。在电化学性能测试中,发现包覆Al2O3可以减少材料与电解液的直接接触,阻止了电解液对尖晶石的侵蚀,最终有效地改进锂电池正极材料Li Mn2O4的电化学性能。     

LiTi2（PO4）3表面包覆LiNi0.05Mn1.95O4及其性质

采用湿化学法在LiNi0.05Mn1.95O4表面包覆锂离子导体LiTi2(PO4)3。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、电位阶跃、交流阻抗技术对合成产物进行物相、形貌和电化学分析。结果表明:LiTi2(PO4)3包覆LiNi0.05Mn1.95O4与未包覆LiNi0.05Mn1.95O4具有相似的X射线衍射结果,LiNi0.05Mn1.95O4包覆LiTi2(PO4)3前后的锂离子扩散系数变化不大,但包覆LiTi2(PO4)3后的LiNi0.05Mn1.95O4颗粒边界和轮廓变得模糊。LiTi2(PO4)3包覆LiNi0.05Mn1.95O4的比容量略低于未包覆LiNi0.05Mn1.95O4,且随着LiTi2(PO4)3包覆量的增加而减小,但包覆LiTi2(PO4)3后的LiNi0.05Mn1.95O4循环性能得到了大幅提高。     

尖晶石型LiNi0.1Mn1.9O4材料的合成及性能研究

采用分步加热高温固相合成法,合成了尖晶石型LiNi0.1Mn1.9O4正极材料。用X射线衍射仪(XRD)对材料的晶体结构进行表征和晶格参数分析,并在实验电池LiNi0.1Mn1.9O4/1MLiPF6-EC DEC EMC/MCMB体系中研究了材料的电化学性能,样品的首次放电容量达到98.2mAh.g-1,经过100次循环后,LiNi0.1Mn1.9O4样品的放电容量保持率在92%以上,2C充放电时,放电容量为0.1C时的96.7%,样品具有很好的循环性能。     

Al2O3包覆LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能

通过溶胶-凝胶法在LiNi0.5Mn0.5O2表面包覆一层Al2O3,采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)对材料的结构和形貌及电化学性能进行了研究。实验结果表明,经过包覆后,有效地抑制了电解液对正极材料的侵蚀,包覆量为1.0%(质量分数)放电容量略有提高,循环性能也得到明显改善。因此包覆是一种改善LiNi0.5Mn0.5O2材料的电化学性能的有效方法。     

溶胶凝胶法制备LiNi0．03Mn1．97O4及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiNi0.03Mn1.97O4,使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对合成材料的结构及物理性能进行了表征。将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响。随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差。在750℃下烧结温度12h得到了性能较好的HNi0.03Mn1.97O4,首次放电比容量为118．7mA·h／g,50次循环后,其放电比容量仍保持在101．6mA·h／g,适合作为锂离子电池的正极材料。     

5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究进展

用3 d过渡金属元素部分取代锂离子正极材料的尖晶石型锂锰氧化物中的Mn,可使电极获得接近5V的电压平台,5V电池的好处是可以获得高的功率密度。本文综述了近年来制备5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的方法以及通过这些方法制备出的材料的电化学性能的优劣性。