锂离子电池Li1.1Ni0.35Mn0.55O2正极材料的低温放电效率研究

通过共沉淀结合高温固相法合成Li1.1Ni0.35Mn0.55O2正极材料,在材料组分不变的情况下,通过改善合成条件,研究材料自身低温放电效率的变化,在此基础上,对其进行掺杂Co改性。采用X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)表征Li1.1Ni0.35Mn0.55O2正极材料的微观结构和颗粒形貌。通过电化学性能测试表征材料的低温放电效率。结果表明:在烧结温度900℃,保温时间12 h下的材料阳离子排列有序度最好,低温放电效率为52.67%;同时离子掺杂有利于低温性能的改善,掺杂少量Co有利于提高低温放电效率(64.56%)。

焙烧气氛对LiNi0.5Mn0.5O2中Li/Ni混排及电化学性能的影响

用固相法分别在氧气和空气气氛下合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征,用Rietveld精修计算晶体结构中的Li/Ni混排率,研究了混排率与电化学性能的关系.结果显示,在不同的焙烧气氛下均能合成出纯相和结晶性良好的LiNi0.5Mn0.5O2,但两种材料在电化学性能上存在一定的差异.氧气气氛下焙烧合成的材料在首次放电容量,循环稳定性方面均优于空气气氛下合成的材料.在0.1C充放电条件下氧气气氛下焙烧得到的LiNi0.5Mn0.5O2材料首次放电容量达到178mAh·g-1,充放电循环50圈后容量为165 mAh·g-1,容量保持率为92.7%;而在空气气氛下焙烧得到的LiNi0.5Mn0.5O2材料首次放电容量为164mAh·g-1,充放电循环50圈后容量为137 mAh·g-1,容量保持率为83.5%.氧气气氛下合成的材料具有较优的电化学性能可归因于氧气气氛下焙烧合成的LiNi0.5Mn0.5O2具有较小的Li/Ni混排率.

锆掺杂以提升LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高温电化学性能

为解决LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料在高温下循环性能差的问题,本文通过固相法对材料进行锆掺杂改性,研究了不同掺杂量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2晶体结构和电化学性能的影响。研究表明,当锆掺杂量为1%(x)时,可以降低LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2结构中的Li+/Ni2+离子混排,有助于材料电化学性能的提高,尤其是高温循环性能。在25°C、3.0-4.3 V下,Li(Ni_(0.5)Co_(0.2_Mn_(0.3)_(0.99)Zr_(0.01)O_2在1C循环95次后容量保持率为92.13%,优于未掺杂样品(87.61%)。在55°C下,Li(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)_(0.99)Zr_(0.01)O_2在1C循环115次后容量保持率仍有82.96%,远高于未掺杂样品(67.63%)。因此,少量锆掺杂对提升LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的高温循环性能有积极作用。

钾离子电池正极材料K0.5Ni0.33Mn0.67O2的制备与电化学性能

为了探究Ni元素掺杂对正极材料的性能影响,采用共沉淀与固相烧结两步法制备了钾离子电池正极材料K0.5Ni0.33Mn0.67O2。利用X射线衍射和扫描电镜分别对材料进行物相和形貌分析,采用恒电流充放电测试、循环伏安法(CV)研究了K0.5Ni0.33Mn0.67O2的电化学性能和嵌脱K+过程动力学。实验结果表明,制备的K0.5Ni0.33Mn0.67O2材料结晶度高,循环稳定性良好;在10、20、50、100、200 mA/g倍率下的最大放电容量分别为81.20、64.18、59.68、48.42、37.64 mA·h/g,倍率性能良好。

LiNi0.5Mn1.5O4纳米棒的合成及其储锂性能研究

将化学计量比的LiOH·H2O、Ni（NO3）2·6H2O与超细α-MnO2纳米线前驱体均匀混合,在800℃下煅烧12 h合成LiNi0.5Mn1.5O4纳米棒。通过XRD、TEM和电化学测试对样品的晶体结构、表面形貌及电化学性能进行了表征。结果表明:超细α-MnO2纳米线平均直径为10 nm,多根α-MnO2纳米线聚集成簇。LiNi0.5Mn1.5O4纳米棒直径为50 nm,与α-MnO2纳米团簇的直径相仿。电化学测试结果表明:LiNi0.5Mn1.5O4纳米棒的初始放电比能量为475 Wh/kg,循环500圈后容量保持率为99%。

Li2Mn0.5Ti0.5O3的合成与锂离子交换研究

利用固相反应热结晶的方法合成尖晶石型复合金属氧化物Li_2Mn_（0.5）Ti_（0.5）O_3。具有尖晶石型结构的氧化物,可以在嵌入替代离子改变自身氧和锂化学计量数的同时,维持晶体结构的稳定性。这种特性能够用于离子交换研究,用来满足提取锂的需求。采用X-射线衍射方法、原子吸收检测法、Kd值检测等方法对所合成的复合金属氧化物进行锂离子脱嵌性能测试。实验分析表明,离子交换机理是实现锂离子脱嵌的主要原因,硝酸浸出锂离子后的实验样品对锂离子的交换能力高达6.2 mmol/g。

蒸发干燥法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料

以LiNO_(3)、Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O和Mn(CH_(3)COO)_(2)·4H_(2)O为原料,采用蒸发干燥法制备锂电池用LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料。将原料在玛瑙研钵中研磨后置于100℃水浴盆中。待固体物料溶解后,在混合物中加入的无水乙醇和浓度为15.0 mol·L^(-1)的氨水,伴随机械搅拌。将混合物置于120℃的真空干燥室中,干燥2 h(始终在真空氛围中)以获得前驱体。把前驱体放在400℃空气中煅烧4 h,分解硝酸盐和醋酸盐,接着在不同温度的氧气中煅烧6 h,合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料。将合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料放在600℃氧气氛围中退火氧化2 h,再冷却至室温。通过电化学测试得到,在烧结温度800℃,烧结时间6 h的条件下合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料具有较高的锂插层容量和良好的循环稳定性。

锂源对固相合成LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料性能的影响

采用高温固相法烧结制备得到正极材料Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等电化学性能测试手段,探讨高温烧结工艺中不同锂源对材料结构、形貌及电化学性能的影响,结果表明,采用Li OH作为锂源合成的材料与采用其他锂源相比,具有较好的层状结构和电化学性能.该材料在0.1C倍率下的首次充放电容量和库伦效率较高(172.7 m Ah/g,89.08%),在0.5C、1C倍率下循环50次后,材料的放电容量仍保持在144.5 m Ah/g和136.2 m Ah/g.

锂离子导体包覆镍锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能

采用原位包覆法制备表面包覆Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)的Li Ni0.5Mn1.5O4(LNMO),即LNMO@LATP正极材料。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学测试等手段对其物相结构、表面形貌及电化学性能进行研究。结果表明:LATP以无定型态紧密包覆于Li Ni0.5Mn1.5O4的表面,包覆层厚度约为5 nm。由于LATP包覆层具有保护电极材料表面和提高锂离子导电的双重作用,减少了电极过程的副反应,降低了电化学极化,提供了更多的锂离子扩散通道,导致LNMO@LATP具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能,特别是在高温的情况下。室温下在0.2C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为141.5和142.6m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到99.2%和98.0%;而在10.0C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为93.5和70.6 m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到66.1%和49.5%。当循环温度提高到55℃时,LNMO@LATP和LNMO在0.2C循环80次后的放电容量保持率分别为95.5%和79.2%;而在10.0C放电循环80次后,放电容量保持率分别为88.0%和51.0%。

石墨烯复合导电剂SP/CNTs/G对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池性能影响

用气相沉积法(CVD)和转移法制备了石墨烯,用超声分散及搅拌的方法分别制备了导电碳黑(SP)导电浆料,导电碳黑(SP)、碳纳米管(CNTs)复合导电浆料(SP/CNTs)及导电碳黑(SP)、碳纳米管(CNTs)和石墨烯(G)复合导电浆料(SP/CNTs/G),通过扫描电镜(SEM)、四探针测试、恒流充放电测试、循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS)等方法研究了导电剂对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面形貌、电阻率和电化学性能的影响。结果表明:添加质量分数2%复合导电剂SP/CNTs/G的样品电阻率较小,0.2 C首次充放电比容量分别为201.93 m Ah·g^(–1)和180.29 m Ah·g^(–1),首次充放电效率为89.28%。3.0C循环5次后的放电比容量为161.45 m Ah·g^(–1),容量保持率仍有89.69%,1.0C循环50次后放电比容量为166.97 m Ah·g^(–1),容量保持率为96.65%,倍率和循环性能优良。

以Ni-Mn水滑石为前驱体制备LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2及锂过量对其性能的影响

以共沉淀法制得的前驱体与LiOH混合，在空气中800℃烧结12h得层状结构正极材料LiNi0.5Mn0．5O2。X射线衍射结果表明，前驱体为层状镍锰水滑石结构；各LiNi0.5Mn0．5O2样品结晶完整但均有少量Li2MnO3杂质，且锂过量25％还有不明杂质生成。扫描电镜分析表明：前驱体为多孔隙的蜂窝结构；随着掺锂量的增加，LiNi0．5Mn0．5O2样品团聚加剧。电化学测试结果表明：在2．5～4．5V范围内，锂过量10％所合成样品首次放电容量最高达181．2mAh／g；锂过量20％所合成样品循环性能最好，首次放电容量为172．8mAh／g，循环30次容量保持率为97．7％。

Li_3PO_4掺杂的Li(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3))O_2锂离子电池正极材料的流变相法合成及电化学性能表征

采用氢氧化物共沉淀法制备了锂离子电池正极材料前驱体（Ni0.5Co0.2Mn0.3）（OH）2，并用流变相反应法合成了Li3PO4掺杂的Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2锂离子电池正极材料。运用X射线粉末衍射和恒电流充放电对产物进行了结构和电化学性能的表征，结果表明Li3PO4掺杂的Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2具有标准的层状α-NaFeO2结构，样品为1μm左右的片状一次颗粒聚集而成的类球形二次颗粒。掺杂1%（质量分数）Li3PO4的 Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2锂离子电池在0.1C的倍率下首次放电比容量达到188.6 mA·h·g-1（2.2～4.6 Vvs Li＋/Li），30次循环后容量保持率为92.9%。循环伏安、交流阻抗测试表明Li3PO4的掺杂可减少充放电过程中电解液和电极之间的电荷传递电阻和锂离子扩散电阻，减小极化作用，从而提升了Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2材料的电化学性能。

Mg-F共掺杂对Li_(1.1)(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成正极材料层状Li1.1[Ni1/3Co1/3Mn(1/3-x)Mgx]O2-yFy(0≤x≤0.04,0≤y≤0.04)。通过原子吸收光谱(AAS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等手段研究了掺杂元素对材料结构和电化学性能的影响。结果表明,镁氟掺杂后的样品具有单相的典型六方晶系结构,合成材料颗粒分布比较均匀。在充放电倍率为0.1 C和电压范围为3.0￣4.3 V的条件下,与未掺杂样品相比,Li1.1[Ni1/3Co1/3Mn(1/3-0.04)Mg0.04]O2-0.04F0.04具有较高的放电比容量和容量保持率。其首次放电比容量和库仑效率分别为158 mAh/g和91.3%,20个循环后容量保持率达92.1%。Li1.1[Ni1/3Co1/3Mn(1/3-0.04)Mg0.04]O2-0.04F0.04是一种有前景的锂离子电池新型正极材料。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的研究进展

综述了Li Ni0.5Mn0.5O2的研究进展。对固相合成法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法和离子交换法等制备方法进行了介绍;提出了目前Li Ni0.5Mn0.5O2正极材料存在的一些问题,同时对Li Ni0.5Mn0.5O2正极材料发展前景进行了展望。

基于尖晶石正极材料的柔性锂离子电池的制备和测试

发展了一种新颖、简单且普适性很强的制备柔性无支撑的电极薄膜方法,并成功地组装和测试了LiMn2O4/Li4Ti5O12,LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12以及LiNi0.5Mn1.5O4/石墨3种全电池.以这种方法制备的锂离子电池具有能量密度高的特点,在某些特定的领域具有潜在的应用前景.此外,这种技术还有可能应用于锂离子电池的原位光谱分析.

富锂正极材料Li_(1+x)Ni_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备及电化学性能

通过液相沉淀法制备球形Ni（OH）2,与Mn（NO3）2和CH3COOLi·2 H2O混合,经高温固相法制备富锂Li1＋xNi0.5Mn0.5O2正极材料。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电化学交流阻抗及恒流充放电测试对样品的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,当x=0.2时制备的富锂材料,阳离子混排低、颗粒均匀,表现出最好的电化学性能。在2.0∽4.8 V之间,20 m A/g条件下最高放电比容量为201.4 m Ah/g,60 m A/g下放电比容量仍可达到113.1m Ah/g。

海藻酸辅助合成5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

首次利用海藻酸为模板剂,辅助合成了Fd3m空间群结构的锂电正极材料Li Ni0.5Mn1.5O4,同时分析了其结构、形貌及电化学性能等.与普通共沉淀法相比,海藻酸辅助制备的样品表现出了良好的形貌特征和电化学性能.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察的结果表明:制备的材料结晶度较高,颗粒晶型完整并达到微-纳级别.充放电测试结果表明:0.2C第一次放电表现出127.8 m Ah/g的比容量,且50次循环保持率在99%以上.同时,循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试结果可很好的解释其容量较高的原因.

新型钠离子电池正极材料Na(Ni_(0.5)Mn_(0.5))O_2的制备和电化学性能

以C H 3C O O N a,N i（ C H 3C O O ）2 ,4 H 20 和M n （ C H 3C O O ）2 ,4 H 20 为原料,经过溶解、干燥和焙烧,得到产物N a （ N i0.5M n 0.5） 0 4 . 利用X R D ,S E M 对材料进行了结构和形貌的分析,结果显示产物含有少量的N iO 相,呈片状形貌,颗粒小于5μm ,有一定程度的团聚. 对材料进行了不同倍率的充放电性能测试,产物展示了较好的电化学性能,0. 1 ,0 . 2 , 0 . 5 ,1 和5 倍率时的放电容量分别为1 24,1 21,1 1 6 .7 ,110. 1 和7 3 .8 m A . h /g .产物在2. 0 - 4. 0 V 电压区间充放电循环3 0 次后,室温和55 t 下的容量保持率分别为94. 8 % 和91. 1% ,显示具有较好的髙温性能,可以作为钠离子电池正极材料.

升温速率对高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4晶粒形貌及电化学性能的影响

采用低温固相法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,考察升温速率对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料结构、晶粒尺寸和形貌以及电化学性能的影响。结果表明:升温速率对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的晶粒形貌和电化学性能有重要的影响。当升温速率为10℃/min时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的晶粒尺寸较小,形貌不规则,电化学性能不理想;当提高升温速率到20℃/min时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的晶粒尺寸变大,同时大部分的晶粒形貌变成规则的八面体状,样品不仅容量高而且具有非常优异的倍率性能;当继续提高升温速率到30℃/min时,样品的晶粒尺寸基本不变,但表面出现破碎,破坏了晶粒八面体的完整性,样品的容量和倍率性能降低。因此,在低温固相合成时,升温速率控制是一种调控LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料晶粒形貌和电化学性能非常简单而有效的方法。

不同制备方法对正极材料0.5Li_2MnO_3·0.5Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2结构、形貌、电化学性能的影响

分别采用氢氧化物共沉淀、碳酸盐共沉淀、喷雾干燥的方法合成了层状α-Na Fe O2结构的富锂正极材料0.5Li2Mn O3·0.5Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2,通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对不同合成方法所得的样品进行了表征。实验结果表明:氢氧化物共沉淀合成的前驱体所制备的正极材料0.5Li2Mn O3·0.5Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2具有良好的电化学性能,0.05C倍率下首次放电容量可达247.1 m A·h/g,0.2C倍率条件下经过50次循环,容量保持率为98.7%。