抑制混排提升高镍三元材料电化学性能

层状高镍三元材料LiNi_(0.85)Co_(0.11)Mn_(0.04)O_(2)(NCM85)是一种很有前途的高性能锂离子电池正极材料。然而,正极材料在高温煅烧过程中极有可能出现Li损失和阳离子混排现象,导致正极颗粒表面形成无序的岩盐相。提出了一种用H3PO4处理制备等离子体修饰NCM85的方法,在NCM85表面原位形成一层均匀的Li_(3)PO_(4)包覆层,有效地提高了NCM85的电化学性能,稳定了正极-电解质界面。与本体NCM85电极相比,适量Li_(3)PO_(4)包覆层修饰的正极(Li_(3)PO_(4)@NCM85)展现出优异的电化学性能,在2.75~4.3 V电压范围内0.5 C(200 mA/g)倍率循环200圈后,放电比容量为169.2(mA·h/g),容量保持率高达84%,Li_(3)PO_(4)包覆层生成的过程中消耗了材料表面的残锂,减少了Li^(+)/Ni^(2+)的混排,增强了结构的稳定性。此外,Li_(3)PO_(4)包覆层可以提高离子电导率,加快Li+扩散速率,抑制相变、阳离子混合和体积收缩。研究了LPO表面修饰对材料界面机制的影响,对下一代高能锂离子电池正极材料的开发具有一定借鉴意义。

三元材料在空气中暴露后的理化特性分析

研究了不同镍含量的三元材料在温度20℃、湿度60%的环境中暴露不同时间后的理化参数变化情况,结果表明:三元材料的pH值随暴露时间变化较小,而其水分含量则随暴露时间的延长显著增大,说明三元材料在暴露过程中会持续吸收环境中的水分。残余碱成分LiOH的含量随暴露时间的延长未发生显著变化,而Li_(2)CO_(3)含量虽在短时间内变化不大,但长期暴露后,其含量显著增大。通过扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)分析表明,三元材料在空气中暴露的过程中,其表面的残余锂与水分及CO_(2)发生反应,形成了LiOH和Li_(2)CO_(3),而LiOH易与空气中的CO_(2)反应转化为Li_(2)CO_(3)。

锂离子电池富锂锰基三元材料中氧空位簇的形成:第一原理计算

采用第一原理方法计算了两种不同镍含量的锂离子电池富锂锰基三元正极材料Li_(1.2)Ni_(0.32)Co_(0.04)Mn_(0.44)O_(2)(空间群为R3m)和Li_(1.167)Ni_(0.167)Co_(0.167)Mn_(0.5)O_(2)(空间群为C2/m)中氧空位簇的形成能.结果表明,含镍量较少的Li_(1.167)Ni_(0.167)Co_(0.167)Mn_(0.5)O_(2)正极材料中氧空位簇的形成能总是高于含镍量较多的Li_(1.2)Ni_(0.32)Co_(0.04)Mn_(0.44)O_(2)材料中的氧空位簇形成能,这说明含镍量较高的正极材料中氧空位簇更容易形成.无论是含镍量较高的富锂锰基材料,还是含镍量较少的同类材料,过渡金属边上的氧空位簇的形成能总是大于锂离子附近空位簇的形成能,说明氧的脱去更趋向于在Li离子附近发生.较低的温度和较高的氧分压会使氧空位簇的形成能增加,从而抑制氧空位簇的形成.此外,还计算了空位簇边上的过渡金属原子被其它过渡金属原子(Ti和Mo)替位后的氧空位簇形成能.结果表明,除了Li_(1.2)Ni_(0.32)Co_(0.04)Mn_(0.44)O_(2)材料中双氧空位V_(2O-Li)附近的Ni元素被Ti替位外,其余情况下过渡金属Ni和Mn分别被Ti或Mo替位后均能够增大VnO-Li空位簇的形成能,故替位点缺陷的掺杂有抑制氧的损失和提高材料的结构稳定性的作用.

固含量对三元材料锂浆料电池性能的影响

半固态锂浆料电池是能够提供更低成本、有潜力的能源储存技术,使风能和太阳能等可再生能源技术克服其固有的间歇性,提高电网的效率。以单晶结构的Li Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)为活性物质,科琴黑为导电剂,电解液为分散剂,系统研究了活性物质含量在10%~50%范围内浆料的电导率分布、沉降速率、电化学阻抗、浆料组成形貌及所组装的扣式电池的首次充放电效率、比容量、循环稳定性。结果表明:随着活性物质含量的增加,浆料的电导率和沉降速率均呈逐步下降趋势;质量分数为50%的浆料具有最大的初始Rct(855.71Ω),其他浆料的初始Rct在106.06~151.85Ω;三元活性物质为粒径约5μm、形状规则的单晶一次颗粒;质量分数为30%的浆料活性物质周围被科琴黑均匀包围,没有较多的科琴黑的团聚和堆叠;30%的浆料在0.1 C的放电比容量达到171.2 m Ah/g,首次充放电效率高达88.15%,稳定循环250周后,容量保持率仍有80.3%。

三元材料LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_(2)的制备及Ca^(2+)掺杂改性

高镍三元正极材料LiNi_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM,x≥0.6)具有能量密度高、成本合理等优势,是目前最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一.然而,NCM在高截止电压下(≥4.3V)会出现加剧的不可逆相变、阳离子混排及过渡金属溶出等问题,这极大地阻碍了其商业化进程.本文中选用Ca^(2+)对LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_(2)(NCM70)材料进行掺杂改性,采用共沉淀法制备出前驱体LiNi0.7Co0.15Mn0.15(OH)2,随后通过高温固相法合成不同Ca^(2+)掺杂量的NCM70正极材料,并探究了Ca^(2+)掺杂量对材料晶体结构、表面形貌、电化学性能的影响及其失效机制.结果表明:与本体NCM70材料相比,Ca^(2+)掺杂改性的样品电化学性能得到显著提升;当掺杂量为0.5%时,NCM70-0.5%Ca材料具有最优的改性效果,它在倍率1 C、电压2.95~4.5 V下,首圈放电比容量为181.2 mAh/g, 150圈循环后仍维持其初始容量的71.3%.

共沉淀法制备镍钴锰三元材料的研究

随着社会的发展,人们在日常生活中对于电能的使用更加广泛且具体。电池作为储存电能的主要装置,在实际的运用过程中,有着较高的使用性能要求。在我国研究人员不断的深入研究下,镍钴锰三元正极材料在近几年不断发展,并且有较高的实际应用价值。镍钴锰三元正极材料结合了之间的优势,从而形成,从而在啊共沉淀法的制备下产生,更产生合成材料,结合这Ni-Co-Mn三类化合元素的主要优势,提升了镍钴锰三元材料在实际应用过程中的使用效能。在三元正极材料的不断制备中,需要加强高比容量、高倍率、长循环寿命等因素的关注,加强前驱体物理质量的研究和选择。本文以共沉淀法为主要的制备方式,讨论镍钴锰三元正极材料的主要制备过程以及发展情况。

锂离子电池高镍三元材料的研究进展

用于锂离子电池的高镍三元材料由于成本低、能量密度高、可逆容量高、环境友好等优点,是现在以及未来车用动力电池首选正极材料。本文在综述了高镍三元材料的晶体结构特性和电化学特性的基础上,介绍了国内外主要制备方法、掺杂以及包覆等改性措施,重点讨论了不同种类包覆材料对高镍三元倍率性能、循环性能和高温稳定性能的影响。最后,针对高镍三元电解液、安全性、压实密度及循环寿命等问题进行分析与展望。

具有不同组成的镍钴锰三元材料的最新研究进展

镍钴锰三元材料近年来在移动电话、笔记本、数码相机等电子设备电池的应用方面取得了巨大的成功,相关研究及开发也得到了学术界的空前关注。镍钴锰三元材料为三元材料中最为重要的一类材料,目前已有多种这类三元材料成功地应用于锂离子电池。本文将介绍近年来镍钴锰三元材料的一些最新研究进展,主要介绍几种典型的具有不同镍钴锰比例的几类三元材料(333,523,811,622,424)的制备技术、结构研究、性能研究、掺杂及包覆改性等方面的研究进展,并对这些材料的应用前景及存在的问题做了简介。并在此基础上,对镍钴锰三元材料的未来发展趋势作了展望。

功率型磷酸铁锂材料电池与三元材料电池对比

利用相同的电池结构,分别选用三元材料与磷酸铁锂材料制作电池,进行不同条件下放电、充电及循环测试,三元材料在充电倍率、放电倍率、不同温度放电性能上具有优势,而磷酸铁锂材料在循环性能上更优,1 C循环5 000次后仍能保持80%以上的初始容量。

碳纳米管增强三元材料的电化学性能

以碳纳米管(MWCNTs)代替导电碳黑(SP)添加到镍钴锰(LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2)三元材料,制成正极浆料涂覆于铝箔上并组装成扣式电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行结构和性能表征,通过恒流放电和电化学阻抗(EIS)检测电池的电化学性能。分别对掺杂了0.5%、1.%、2%、5%、10%MWCNTs的三元材料进行电化学性能检测,结果显示,5%MWCNTs的三元材料在0.1C放电时,首次和第30次循环的放电比容量分别达到179m A·h/g和167m A·h/g;对比含5%SP的三元材料,放电比容量分别提升了9.9%和8.4%,循环稳定性和倍率性能大幅度提高。以20MPa压力对极片进行密实处理,电极的电化学性能进一步改善,首次和30次循环放电容量分别达到204m A·h/g和187m A·h/g。

锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用

对近年来锂离子电池正极材料氧化镍钴锰锂的研究进展进行了综述,介绍其结构、性能特点、制备方法、电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究情况,论述了三元材料的研究现状和市场应用,环保、高能的三元材料将成为下一代动力锂离子电池的首选。

某三元材料锂离子电池低温性能研究

为研究三元材料锂离子电池的低温性能,以国内某公司生产的37Ah三元材料锂离子电池为研究对象,对不同环境温度下三元材料锂电池充放电电压、内阻及容量等性能进行研究。研究结果表明,当环境温度低于0℃时,三元材料锂离子电池端电压、内阻、容量等性能均会出现不同程度的下降;环境温度低于-10℃,充放电电压曲线均呈现非线性变化,内阻变化较剧烈,严重影响电池寿命;环境温度低于-20℃时,无法进行大倍率放电;环境温度低于-30℃,大小倍率放电无法进行,充电容量大幅度下降。

磷酸铝纳米包覆对三元材料性能的影响

为提高三元正极材料的性能,采用纳米AlPO4包覆。并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)和恒流充放电对包覆和未包覆的材料进行结构表征与性能测试分析。结果表明,AlPO4包覆并没有改变电极材料的晶体结构,仅在电极材料表面形成均匀的包覆层,厚度约为4nm。包覆后的电极材料在3～4.5V的充放电电压范围内,循环性能明显优于未包覆的材料,并且包覆量越高,材料的性能越好。但是包覆量太高会影响其初始容量,研究表明,0.2%的包覆浓度能够提高材料的电化学性能。

从专利角度分析三元材料的发展与分布

随着新能源产业的发展,锂离子电池正极材料三元材料即LiNi1-x-yCoxMnyO2系列材料的研究倍受各国政府重视,该文从全球三元材料专利的角度出发,对全球趋势,各国以及各大申请人在该领域的专利申请情况做了详细分析,从而对各国以及各大申请人的专利布局做了进一步研究,从而对我国在该领域的专利布局给出参考性意见。

三元材料及其前驱体产业化关键设备的应用

介绍了前驱体合成、过滤、洗涤、干燥以及三元材料配混料、烧结、粉碎、除铁等工序的产业化关键设备应用情况,比较了不同设备的优势和劣势,为三元材料及其前驱体的产业化提供重要借鉴。

锂离子电池三元材料专利技术分析

锂离子电池三元系层状正极材料即Li Ni1-x-y CoxMnyO2,相对于单一组分层状材料如钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂,具有放电容量大、循环性能好等优点,是具有良好应用前景的正极材料之一,特别是在全球新能源产业持续发展的环境下。为了解锂离子电池三元材料专利技术在世界范围以及中国的发展情况,以德温特世界专利索引数据库(DWPI)和中国专利文摘数据库(CNABS)的检索结果为基础,对三元材料专利申请量趋势、制备方法及技术功效、重要申请人、技术发展路线及三元材料核心专利做了详细分析。结果表明,三元正极材料在全球范围及中国的专利申请量持续增加,但国外来华申请量并没有明显增长;国内三元材料发展起步晚,基础和核心专利欠缺,与日韩企业还具有较大差距;在制备方法上的专利申请主要为共沉淀法和固相法;围绕三元材料的改性主要为提高电化学性能,但安全性和成本问题没有得到有效突破。基于上述分析,对我国在三元材料领域的专利布局提出一些参考建议。

晶种模板法共沉淀工艺制备Ni-Co-Mn三元材料前驱体

三元材料前驱体的物理性质受到氢氧化物沉淀反应过程中各工艺参数的影响,包括氨水浓度、反应温度、反应过程pH值、反应时间、搅拌速度等。本文在传统氢氧化物共沉淀法制备三元正极材料前驱体的工艺基础上创新性地采用了晶种模板法,并对共沉淀反应的较佳工艺参数进行了分析,得到如下结论:采用一次沉淀法获得的共沉淀反应最佳工艺参数为反应温度50℃、反应时间7 h、体系pH值11.0、搅拌速度1 100 r/min、碱浓度170 g/L;以晶种模板法制备的三元材料前驱体振实密度可以超过2.1 g/cm^(4),D50范围为3~6μm,比目前市售产品的颗粒更加均匀,更趋于球型,比表面积更小,更适于制备单晶三元正极材料。

锂离子电池高镍三元材料的研究进展

主要介绍了锂离子电池高镍三元材料的发展背景以及现阶段研究现状等,对高镍三元材料的合成工艺以及改性手法进行了简要说明,并且其进行了对比分析,最后对高镍三元材料的发展方向和应用前景进行了展望。

电感耦合等离子体光谱仪测定锂电池三元材料中硫的干扰分析

本文针对电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)测定锂电池三元材料中硫元素时的干扰问题,分别研究了镍、钴、锰等个元素对硫元素180.669、181.972、182.562 nm的3个波长的光谱干扰.结果表明,钴对3条波长没有干扰,镍和锰在180.669 nm处有重叠光谱干扰,干扰系数分别为0.024/100,0.172/100,锰在181.972 nm处有重叠光谱干扰,干扰系数为0.248/100,通过与实际样品的测定结果对比,用干扰系数计算得到的数值与真实值一致,说明了干扰的真实性.

倍率及温度对三元材料体系锂离子蓄电池安全性的影响

本文以对100%SOC三元材料体系锂离子蓄电池新品进行过充电为方法,在不同倍率、不同温度下的进行安全性试验,并对试验数据进行分析,得到特征曲线。该曲线表明电流、温度对电池安全性影响的差异是明显的,而且电池随环境温度升高安全性降低,并且在特定温度下存在一个对电池过充电影响最大的倍率值,而非通常所认为的随电流增大而影响变大。