0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的电化学行为及结构稳定性研究

对低温燃烧法合成的富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的充放电性能、充放电循环过程中Mn离子的价态变化、电化学阻抗变化以及正极材料的结构变化进行了系统的研究。研究结果表明,在开头的若干次充放电循环中,富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的放电比容量随循环次数的增加而增加,经过若干次循环后可以达到一个相当高的水平,其循环性能良好。以0.1 C在2.5～4.6 V之间充放电,放电比容量可达244 mAh/g,第50次循环,仍保有233 mAh/g。充放电过程中晶格中的Mn4+离子部分转变为Mn3+并参与电化学反应,这是造成放电比容量随循环次数增加而增加的原因,而显微结构和晶体结构保持稳定及电化学阻抗的降低是材料具有良好循环性能的原因。

一种合成锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的新方法

以LiNO3、Ni(CH3COO)2.4 H2O、Co(CH3COO)2.4 H2O和Mn(CH3COO)2.4 H2O为原料,采用共沉淀-燃烧法在空气中合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。采用原子吸收光谱仪(AAS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和充放电测试仪对合成产物的成份、形貌、结构和性能进行了表征。实验结果表明,所合成的正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结晶良好,粒度适中,大小均匀,具有α-NaFeO2型层状有序结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35 V电压区间充放电,其首次放电比容量达到169.05 mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有152.83 mAh/g。在深度充电状态下具有良好的结构稳定性。

LiFePO4／C复合正极材料的固相法合成

以LiOH.H2O、FeC2O4.2H2O、NH4H2PO4和C6H12O6.H2O为原料,采用一步固相法在氮气氛下合成了LiFePO4/C复合正极材料。采用XRD、SEM和电池性能测试仪对合成产物进行了表征。研究了煅烧温度、煅烧时间、葡萄糖用量和锂过量对合成产物结构和电化学性能的影响。实验结果表明,采用一步固相法合成LiFe-PO4/C的最佳条件为:将经过高能球磨的前驱体在氮气氛下于650℃煅烧18h,葡萄糖用量为其它原料总质量的10%,锂过量10%(摩尔分数)。在此条件下合成的LiFePO4/C具有单一的橄榄石型结构和良好的电化学性能,0.1C的首次放电容量达到154.87mAh/g,30次循环后放电容量仍保持138.97mAh/g。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.2)O_2的草酸共沉淀合成

以NiSO_4·6H_2O、MnSO_4·H_2O、Co(NO_3)_3·6H_2O和LiNO_3为原料,通过草酸共沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4) Co_(0.2)O_2。采用SEM、XRD和充放电试验对合成样品进行了表征。研究了合成温度、合成时间以及锂过量对合成产物结构的影响。实验结果表明,采用草酸共沉淀法合成LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2的最佳条件为:将共沉淀合成的掺钴Ni-Mn复合草酸盐与LiNO_3的混合物于850℃煅烧20h,锂过量10%(摩尔分数)。合成的LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2具有α-NaFeO_2型层状结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35V的首次放电比容量达到158.7mAh/g,经20次循环后放电比容量稳定在145mAh/g左右。

正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.2)O_2的制备和性能

采用草酸共沉淀法合成了锂离子正极材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2。用XRD、SEM和充放电实验对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了表征;用DSC对合成产物在不同充电状态下的热稳定性进行了研究。结果表明,采用草酸共沉淀法合成的正极材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2具有α-NaFeO2型层状结构,阳离子有序度高,粒度均匀适中,电化学性能良好,首次放电比容量达到158.7 mAh/g,30次循环后放电比容量还有144.8 mAh/g;过充电状态下具有良好的热稳定性。

LiNi0.5Mn0.45Al0.05O2的低温燃烧合成

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、Mn(NO3)2、Al(NO3)3.9H2O及尿素为原料,用低温燃烧法合成了LiNi0.5Mn0.45Al0.05O2。通过正交实验对合成条件进行了优化,最佳条件为:在600℃点火使原料发生自蔓延燃烧反应,将燃烧产物在750℃回火处理12 h,原料中锂过量10%。XRD、SEM及充放电测试结果表明:此条件下所得产物具有-αNaFeO2型层状结构、球状形貌,以0.1C在2.5～4.6 V充放电,放电比容量在第2次循环时最高,为183.85 mAh/g,第50次循环时仍有167.27 mAh/g。

回火处理对0.5Li_2MnO_3-LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2性能的影响

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、Mn(NO3)2和尿素为原料,用低温燃烧法合成正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2,研究回火处理对产物结构、形貌和电化学性能的影响。回火处理提高了产物的结晶度和电化学性能。回火处理的最佳条件为:在850℃下回火20 h。在此条件下合成的0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能良好,以0.1C在2.5～4.6 V循环,放电比容量最高达217.1 mAh/g,第50次循环仍有191.6 mAh/g。

正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5-x)Cr_xO_2的低温燃烧合成

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、50%Mn(NO3)2溶液、Cr(NO3)3.9H2O和尿素为原料,采用低温燃烧法合成了LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2,研究了回火温度、回火时间、锂过量和掺铬量对正极材料电化学性能的影响。结果表明,采用低温燃烧法合成LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的优化条件为:回火温度850℃、回火时间16h、锂过量15%,适宜掺铬量x=0.02。在优化条件下合成的正极材料具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌和良好的电化学性能,以0.1C速率在2.5～4.6V之间充放电,首次放电容量为179.9mAh/g,第50次循环放电容量仍保有171.0mAh/g,容量保持率达到95.1%。

回火处理对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2结构和电化学性能的影响

以硝酸锂、四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、四水合乙酸锰、氨水和草酸为原料,通过共沉淀-燃烧法合成了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,采用XRD、SEM和充放电试验对合成产物进行了表征,研究了回火处理对合成产物结构和电化学性能的影响。实验结果表明,燃烧反应形成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结晶度较低,电化学性能差,需要进行回火处理。对燃烧反应产物进行回火处理的最佳工艺条件是:回火温度800℃,回火时间15h。在此条件下回火所合成的LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2结晶度高,具有α-NaFeO2型层状有序结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35V之间0.1C倍率下的首次放电容量达到169.1mAh/g,第50次循环放电容量仍保有152.8mAh/g。