LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4粒径对电池循环性能的影响

以粒径为3μm和1μm的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4匹配石墨制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/石墨全电池,研究LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4粒径对全电池循环性能的影响。粒径为3μm和1μm的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4制备的电池(0.50 C,4.1~4.8 V)25℃下第205次循环的容量保持率分别为65.7%和60.6%;45℃下第55次循环的容量保持率分别为55.4%和37.6%。粒径更大的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4由于具有较小的电解液接触面积,可减缓Jahn-Teller效应造成的Ni~(2+)和Mn~(2+)在电解液中的溶出,具有更好的循环稳定性。     

锂离子电池高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的进展

简述LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成方法，如固相法、共沉淀法和水热法等，详细综述LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的体相掺杂和表面包覆改性对电荷转移电阻、扩散系数的影响，以及电化学性能的改善作用。指出LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料目前需要解决的结构不稳定、易与电解液发生副反应等问题，并指出研究的方向:掺杂和包覆。     

高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及其倍率性能

采用溶胶凝胶法制备尖晶石型高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,并掺杂F-与之对比。分别采用X射线衍射仪、电子扫描显微镜、热重分析仪、电化学工作站和充放电测试仪对合成材料的物相、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,0.5C倍率下LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4首次放电比容量高达141.6 mAh/g,接近于理论比容量146.7 mAh/g。提高倍率40次循环后,5C比容量仍有111.8 mAh/g,而F-掺杂样品仅有92 mAh/g。然后从5C返回到1C,比容量为129.9 mAh/g,与1C初始容量相比,容量保持率高达96.4%,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4显示出更加优异的倍率循环性能。     

LiODFB基电解液对锂离子电池性能的影响

通过循环伏安(CV)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试方法研究了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)基电解液对Li/石墨半电池和镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)/石墨全电池性能的影响。结果表明,在首次循环过程中,Li ODFB约在1.5 V在石墨电极表面还原,形成初始固体电解质相界面膜(SEI),阻止电解液与石墨电极的直接接触,电解液在石墨电极表面的还原得以减少,从而在石墨电极表面形成了致密低阻抗的SEI膜,提高了Li/石墨半电池和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/石墨全电池的循环性能。     

镍锰酸锂高电压电解液及界面电化学研究进展

尖晶石型镍锰酸锂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4(LNMO)因其高比能量密度、高电压的优势而成为动力系统动力源的研发热点。通过对比不同高压电解液添加剂,介绍了LNMO电极表面电化学反应机理以及对其界面反应的影响,利用不同分析仪器对LNMO表面电化学行为进行分析。分析了LNMO目前在研究中面临的问题,展望了LNMO正极材料电化学研究未来的发展方向。     

纳米中空球状高电位LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其电化学性能

以NiCl_2·6 H_2O和MnCl_2·4 H_2O为原料,采用溶剂热法可制备出Ni_(0.5)Mn_(1.5)(CO_3)_2前驱体,将前驱体进行空烧和锂化可成功制备出具有高电位的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。分别从磁力搅拌混合的搅拌速率与时间,以及空烧、锂化工艺的影响因素出发,探讨了不同条件下合成前驱体Ni_(0.5) Mn_(1.5)(CO_3)_2、中间产物Ni_3Mn_7O_x及终产物LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的结构与形貌。对得到的正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4进行电化学性能测试,结果表明:添加非离子活性剂PVP后,慢速下磁力搅拌时间4 h,控制反应温度200℃,反应时间30 min时得到的前驱体结构均匀,并通过空气中500℃处理(1℃/min),800℃条件下在LiOH∶Li_2NO_3=1∶2 (摩尔比)中锂化5 h,以0.5℃/min降温速率得到的正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有最优的电化学性能。在0.1 C条件下放电比容量可达到150 mAh/g以上,且倍率性能和循环稳定性好。     

Y_2O_3/Al_2O_3复合包覆对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2电化学性能的影响

以Y_2O_3和Al_2O_3溶胶为包覆前驱物,对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2进行了表面包覆改性。X射线衍射光谱法(XRD)测试表明,Y_2O_3/Al_2O_3包覆并未影响LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的晶体结构,仍为良好的a-NaFeO_2层状结构。扫描电子显微镜法(SEM)测试表明,氧化物在正极材料表面均匀分布。与未包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2相比,3.0~4.4 V测试电压下,Y_2O_3/Al_2O_3包覆后的容量保持率提高了约15%。CV和EIS测试表明,Y_2O_3/Al_2O_3包覆后LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的极化和电荷转移电阻明显减小,有效降低了电解液与正极材料的副反应,提高了电化学性能。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电极的变固相扩散系数模拟

通过实验和参数辨识,确定了针对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4体系电池所需要的模型参数,建立了适用于该体系的变固相扩散系数模型。该模型能很好地对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的放电过程进行模拟。通过对电池内部的过电位进行分析,对电池性能的限制因素进行了说明。     

Si~(4+)掺杂提高LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的电化学性能

将共沉淀法和固相法相结合,将Si~(4+)掺杂到LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2中,合成LiNi_(0.5-x)Si_(x )Mn_(0.5)O_2(0≤x≤0.08)正极材料。通过XRD及精修、等离子体发射光谱(ICP)、SEM和透射电子显微镜(TEM)等方法,对合成材料的结构、成分和形貌进行分析。Si~(4+)掺杂不仅可降低材料的锂镍混排程度,还能增强结构稳定性,且不会改变材料的形貌。以40 m A/g(0.2 C)的电流在2.5～4.5 V充放电,Li Ni_(0.47)Si_(0.03)Mn_(0.5)O_2(x=0.03)正极材料具有最好的电化学性能,不仅比容量(149.25 m Ah/g)较未掺杂材料(125.44 m Ah/g)提高20%,而且容量保持率在120次循环后也提高了7.7%。Si~(4+)掺杂能降低材料的锂镍混排程度,有利于Li~+的迁移;能提高材料的结构稳定性,抑制电压的下降并减轻极化。     

纳米结构的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-δ)正极材料中倍率性能与形貌的依赖关系

本文通过氨水调节的碳酸盐共沉淀法合成了纳米结构的Fd-3m空间群的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-δ)样品,烧结时间分别是10h, 15h和30h。实验结果表明烧结时间为10h的样品一次颗粒尺寸最小,有最好的倍率性能。该样品在0.1 C循环5周后比容量可以达到146mAh g~(-1),在0.5 C循环2周后,比容量可以保持135.3mAhg~(-1)。结合容量电压微分曲线,我们进一步发现烧结时间为10h的样品电极极化程度最小。除此之外,电化学阻抗谱也证实了烧结时间为10h的样品的电荷转移电阻最小,表明该LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-δ)电极在充放电过程中有更好的锂离子脱嵌动力学。     

共沉淀法制备微纳结构LiNi0.5Mn1.5O4材料性能研究

以Na_2CO_3、NaHCO_3为沉淀剂,采用共沉淀法制备镍锰碳酸盐前驱体,结合固相法合成高电压尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶转换红外线光谱(FTIR)等对前驱体和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的结构、形貌及组成进行表征。研究表明共沉淀法可制备比例精确和元素分布均匀的Ni_(0.25)Mn_(0.75)CO_3前驱体,以Na2CO_3为沉淀剂制备的前驱体微球更加完整,有利于保证烧结过程中材料的结构稳定,经高温处理后所得的尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料是具有微纳结构的多孔材料,基元颗粒和二次颗粒尺寸分别为800 nm和4μm左右,这种结构有利于改善材料的高倍率性能。电化学测试结果表明,以Na2CO_3为沉淀剂制备的尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料以0.2 C充放电,初始放电比容量达到118.5 m Ah/g,100次循环后容量保持率为95.62%,20 C下仍能保持初始放电容量的50.7%。     

LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能研究

采用共沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料。并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)对材料结构及形貌进行分析。讨论了不同保温时间对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的影响,及不同电压下LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能。结果表明,保温时间为16 h制备的正极材料电化学性能最优,在0.5 C倍率下,100次后容量保持率为99.02%;材料分别在2.75~4.2 V,2.75~4.3 V,2.75~4.35 V,2.75~4.4 V,2.75~4.5 V,2.75~4.6 V下进行充放电时,首次放电比容量分别135.6、143.6、154.1、165.5、177.9、184.1 m Ah/g。充放电电压越高,循环性能越差。     

共沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料及其性能

采用共沉淀法制备镍锰复合氢氧化物沉淀,然后与LiOH·H_2O混合,空气中800℃煅烧18h,并500℃短时间退火处理5h得到高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4。通过X射线衍射光谱法(XRD),扫描电子显微镜法(SEM)和恒电流充放电测试对样品的物相、形貌和电化学性能进行了表征。合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有立方尖晶石结构,结晶性良好,颗粒粒径均匀,为200～300nm。电化学测试表明:样品存在4.7V附近的电压平台,在0.5C的较大放电电流下,首次充电容量为141.0 mAh/g,首次放电容量为122.9 mAh/g,80次循环后样品的容量保持率为97.7%,且经过活化后每个循环的库仑效率都超过了98%,具有极其优秀的循环稳定性和充放电的可逆性。     

不同正极活性物质的钛酸锂负极锂离子电池

采用4种正极活性物质,设计32650型4.0 Ah钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极锂离子电池,评估充放电倍率性能、放电温升、低温放电性能、循环性能和安全性能。尖晶石镍锰酸锂(Li Ni0.5Mn1.5O4)正极电池的电压平台高(3.15 V),-20℃下的1 C放电(3.3~2.0 V)容量是常温时的83.16%,比能量为74.57 Wh/kg;磷酸铁锂(LiFePO_4)正极电池的电压平稳(1.70 V),适用于对电压要求严格的领域。三元材料正极电池中,镍钴锰酸锂(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)正极电池的各项性能较优,3 C循环3 486次的容量保持率为102.58%,可用于快充领域;镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2)正极电池更适合于储能领域。     

锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的铬氧化物表面包覆研究

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料由于其高压放电平台、高能量密度、低成本和环境友好等特点备受关注。本文针对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4与电解液间存在的界面副反应等问题,采用表面包覆铬氧化物的方法对其进行改性。系统研究了铬氧化物包覆量对材料电化学性能的影响,其中以Cr为1.24wt.%的铬氧化物包覆的材料具有优异的倍率性能,在大电流5C下的比容量为107mAhg~(-1),明显高于未包覆材料(75mAhg~(-1))。电化学阻抗图谱表明,铬氧化物包覆能够有效降低材料表面的电荷转移阻抗。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的研究进展

锂离子电池三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2具有可逆比容量高、成本低等优点,应用前景广阔。阐述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的晶体结构特征及作为锂离子电池正极材料使用时的优、缺点;综述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备方法及离子掺杂、表面包覆等对其电化学性能的影响;评述了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2当前面临的主要问题及解决途径。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4改性研究进展

尖晶石结构正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4因具有理论比容量高、比能量大、放电平台高(~4.7 V)、价格低廉等优点而备受关注。但该材料循环性能和倍率性能不佳,制约着材料的推广应用。主要综述通过掺杂、包覆、形貌控制等手段来提高该材料电化学性能的最新研究进展,旨在为提升该材料性能的相关研究提供参考。     

内多孔型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的制备及性能

控制前驱体的沉淀反应条件,制备出内部疏松外部紧密的Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体。将前驱体配锂后进行高温烧结,控制烧结条件,最终合成出了内部具有大量孔隙的内多孔型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料。X射线衍射光谱法(XRD)测试结果表明,材料有着良好的晶体结构。电性能测试表明,材料在0.2 C下首次放电比容量为175.1 mAh/g,在3 C的大倍率下放电比容量达157.3 mAh/g,倍率性能优异,且在2 C循环100次后,容量保持率达96.2%。以上结果表明,内多孔型的结构有效地提高了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环稳定性和倍率性能。     

LiNi0.6Co0.1+xMn0.3-xO2(x=0,0.1)正极材料的合成与电化学性能研究

采用高温固相法在相同条件下合成了LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2与LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料,利用XRD、SEM表征了材料的结构与形貌,通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了其电化学性能。结果表明,室温条件下以0.2 C倍率在3.0～4.3 V电压范围内,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2的首次放电比容量为171.8 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为78.5%;LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的首次放电比容量为174.6 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为83.0%。CV与EIS测试表明,相比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2材料有更大的极化与电荷转移阻抗。     

液相无焰燃烧法制备尖晶石型LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4及其电化学性能

通过液相无焰燃烧法制备了尖晶石型LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4正极材料,采用XRD、SEM、循环伏安、交流阻抗及恒电流充放电测试等手段,分析了温度对产物晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。XRD结果表明掺Ni后的LiMn_2O_4仍为单一的尖晶石结构物相。SEM结果表明Ni掺杂改善了材料的形貌,稳定了材料的结构。电化学测试表明:700℃制备的LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4电化学性能较优,在1C下初始放电比容量为105.0mAh·g~(-1),Rct值最小为135.6Ω,表明在电化学反应期间锂的嵌入和脱出引起的动力学阻抗最小;在0.5C~10C倍率循环中,700℃的样品比容量恢复率明显要高于其他温度的样品,表现出较好的循环可逆性和倍率循环稳定性。