Ti、Mg离子复合掺杂对LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2性能的影响

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的结构及其电化学性能的影响.结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化.1%(摩尔分数)的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的倍率放电能力,平台保持能力和高倍率下的循环性能.交流阻抗谱表明钛镁离子掺杂抑制了LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2在高放电倍率下循环的电化学反应阻抗Rct的增加.采用几种不同价态的金属离子复合掺杂是改善嵌锂的镍钴锰系金属氧化物的倍率放电能力的有效途径.

锂离子电池正极材料LiNi_(0·4)Co_(0·2)Mn_(0·4)O_2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料，应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0．4Co0．2Mn0．4O2正极材料．X射线衍射技术（XRD）及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术（SEM）、综合热分析（TG—DSC）表征结果和电化学测试结果表明，该材料具有单一层状结构，颗粒大小均匀，热稳定性好，首次放电比容量高达208．7mA·h／g（2．0—4．6V，0．1C），电化学性能优异．非原位（ex situ）XRD测定结果表明，材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减．

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2研究进展

三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2具有能量密度大、比容量高、成本低等优点,已基本实现产业化。但该材料的容量保持率低和热稳定性能差阻碍了其全面快速的发展。综述了制备工艺的优化、掺杂和包覆等改性方法对三元正极材料性能的影响,重点介绍了热电化学和数值模拟的研究现状和应用。

纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其电化学性能

为改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。

LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2与LiMn_2O_4共混正极材料电化学性能

为开发具有优良循环性能和安全性能的大型锂离子电池的正极材料,将不同比例的LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2和Li Mn2O4材料进行共混,研究了LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2和Li Mn2O4共混以及共混比例(10∶0、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、0∶10)对锂离子电池的首次放电性能、循环性能和倍率性能以及交流阻抗和循环伏安曲线的影响,并采用扫描电镜对电极材料进行了表征.研究结果表明,共混比例会影响材料的电化学性能,8∶2,7∶3和6∶4配比的混合材料的体积比容量、循环性能和倍率性能要好于纯LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2和Li Mn2O4材料.其中,8∶2配比的材料性能最好.

高振实密度球形LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2粉末的合成及性能

以共沉淀法制备的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2CO3粉末为前驱体,按一定的比例将碳酸锂与前驱体混合,然后采用高温固相法合成高振实密度球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料。该材料的振实密度达到2.60g/cm3,与商品化LiCoO2的密度相当。SEM分析表明,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料与前驱体形貌有良好的继承性,均为理想的球形。XRD物相分析表明,在不同合成温度下的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2产物均为具有α-NaFeO2层状结构的纯相物质,在较高合成温度下所得材料的结晶度较高。电化学性能研究表明,在2.7～4.3V的电压范围内,电池的放电比容量在0.2C倍率下为168.1mA·h/g,在1C倍率下为157.6mA·h/g;经50次循环后,两种放电条件下的电池容量保持率分别为95.1%和97.2%,显示出良好的电化学性能。

合成方法对LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2电化学性能的影响

分别采用混合氢氧化物法和溶胶-凝胶法制备了三元的锂离子电池LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料。采用XRD,SEM以及BET等方法对正极材料进行表征,并对其电化学性能进行测试。实验结果表明,不同的合成方法和工艺条件导致了材料的晶相结构、表观形貌、比表面积以及电化学性能上的差异。LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料中出现的阳离子相互占位将导致其电化学性能变差。与溶胶-凝胶法制备的样品相比,混合氢氧化物法制备的样品具有较高的比表面积(3.2m2/g)和较高的放电比容量。在充放电电压范围为2.5～4.3V、充放电电流为20mA/g条件下,混合氢氧化物法所制备样品的首次放电比容量为180.1mAh·g-1,20次循环后放电容量为160.2mAh·g-1,并显示出较好的循环稳定性。

锂离子电池正极材料LiNi0．3Co0．4Mn0．3O2的制备及性能

采用共沉淀法制备前驱体,并采用高温固相法合成单相层状结构LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2材料(R-3m空间群)。用X射线衍射、恒电流充放电方法对所合成材料与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料进行结构和电化学性能对比分析。研究结果表明,LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2具有有序的二维层状结构,在2.75～4.3 V电压区间以0.1C倍率进行充放电,首次放电容量、效率分别为152.3 mA.h/g和84.4%,LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2具有更高的放电平台率,首次放电时3.6 V平台率为95.0%;以0.2C倍率进行30次充放电循环后,放电容量保持率为初始容量的97.4%。

AlF_3包覆改性LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的制备与性能

制备了4．6V高截至电压下具有良好循环表现的AlF23覆改性LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料，通过XRD、SEM、交流阻抗（IMP）分析、充放电测试研究了不同用量AlF3包覆LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料的结构与电化学性能。结果表明，AlF3以非晶态形式包覆于LiNi0.4C0.2Mn0.4O2材料颗粒的表面。当包覆量〈1．0％（摩尔分数，下同）时，AlF2包覆导致轻微的初始容量损失，但显著抑制了高充电电压下膜阻抗和电荷传递阻抗的增加，较好改善了LiNi0．4Co0.2Mn0.4O2材料的循环稳定性；当包覆量达到2．0％以上时，因AlF3无电化学活性，使得初始容量损失过大。综合各方面表现，0．5％AlF3包覆样品的电化学性能较佳，2．5～4．6V范围0．5C放电容量为182．2mAh·g^-1循环30次后容量保持率达88．1％。

氧化钛包覆对LiCo_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(0.4)O_2结构和性能的影响

采用SEM、XRD、XPS、恒电流充放电等方法研究了不同量的氧化钛包覆对LiCo_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(0.4)O_2结构和电化学性能的影响。结果表明,0.3mol%氧化钛包覆能显著改善LiCo_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(0.4)O_2的循环性能、倍率放电能力及高截止电压(3.0-4.5V)下的循环性。XPS数据表明氧化钛包覆能明显的抑制样品表面的氧化活性,从而减少了电极材料表面与电解液的反应,改善了LiCo_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(0.4)O_2的电化学性能。

锂离子蓄电池LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的合成及性能

采用共沉淀前驱体法合成锂离子蓄电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,针对材料的制备条件、形貌、密度、晶体结构以及电化学活性方面进行了较系统的研究。对材料进行扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)分析以及电性能测试,结果表明样品颗粒均匀,为类球形,振实密度为1.8g/cm3;衍射峰与标准的a-NaFeO2层状结构完全对应,为层状嵌锂复合氧化物;LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2在电压2.5～4.3V范围内表现出较好的电化学性能,循环17次后仍保持大约150mAh/g,具有很好的发展前景。

高功率锂离子电池的研制及快充性能

研制额定容量5Ah的高功率LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2三元正极材料锂离子电池,对比陶瓷隔膜与普通隔膜对电池倍率性能的影响,并研究电池的快速充电性能、高倍率循环性能及安全性能。相比普通隔膜,陶瓷隔膜可提升电池的倍率性能。采用陶瓷隔膜制备的电池最高可进行200A(40C)放电(3.0-4.1V),放电容量可达4A时的75.2%,而采用普通隔膜的电池仅为16.3%。陶瓷隔膜电池50A充电的恒流比达到87.0%,具有良好的快充性能;以20A在3.0-4.2V循环1000次,容量保持率为85.2%,且循环后负极表面无析锂,表明电池具备20A的长期高倍率循环能力。在过充、过放、短路及针刺实验中,电池未起火、爆炸.

氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的机理

用共沉淀法制备前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,焙烧前驱体与Li2CO3制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM和DSCTGA分析焙烧中间产物的结构、形貌及变化,探索制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的机理。随着焙烧温度的升高,前驱体分解成(Ni0.5Co0.2Mn0.3)3O4,随后Li2CO3参与反应,形成Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的生成在650℃时结束,但层状结构在900℃时才趋于完美。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的合成及其高温容量衰减研究

采用共沉淀-高温固相烧结法合成了富镍型三元复合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2.恒流充放电测试表明,材料在3.0～4.4 V下0.2C放电容量达到179.2 mAh.g-1,但在55℃下经历100次充放电循环后发生急剧的容量衰减.电化学交流阻抗谱、X射线光电子能谱和原子发射光谱等实验表明,在高温高电压下,电解液与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极材料之间的副反应加剧,导致过渡金属原子溶出,该材料局域结构被破坏.同时,电极材料表面还沉积了高阻抗的LiF/MFx层,使得在电极的充放电过程中电荷转移阻抗和Li+扩散阻抗不断增加,以致电池容量急剧衰减.

离子筛MnO_2·0.4H_2O的固相法制备及特性研究

以单水氢氧化锂和四氧化三锰为原料,用固相法制备出锂离子筛锰酸锂,改变n(锂)/n(锰)之后,用同样的方法制备出另一物质Li1.33Mn1.67O4,经硝酸洗涤脱锂后制备了锂离子筛MnO2·0.4H2O。测定了酸洗时前驱体的锂洗脱率、锰溶损率,研究了锂离子筛MnO2·0.4H2O的饱和吸附量、稳定性、pH滴定曲线。结果表明,前驱体Li1.33Mn1.67O4经硝酸二次酸洗后,锂洗脱率和锰溶损率分别为62.7%和6.0%。在含0.1 mol/L氢氧化钠和10 mmol/L氯化锂的溶液中,经固相法制备的锂离子筛MnO2·0.4H2O对锂离子的饱和吸附量达到24.6 mg/g,并且具有较好的稳定性,pH滴定曲线表明锂离子筛对锂离子具有很好的选择性。

高容量锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2的制备与性能

采用化学共沉淀法预先合成球形前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3（OH）2,再与锂源共混后高温煅烧合成高容量正极材料Li Ni0.5Co0.3Mn0.2O2。探讨了不同烧结制度对材料结构性能的影响。X射线衍射（XRD）结果表明,产物结构为α-Na Fe O2型层状结构。扫描电子显微镜（SEM）显示材料具有良好的球形形貌。测试材料的电化学性能,在2.75~4.20 V和2.75~4.35 V充放电截止电压,0.5 C充放电电流下,首次放电比容量分别为162.2和172.6 m Ah/g,循环3周后容量保持率分别为96.73%和94.62%。材料还表现出良好的倍率性能。

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。

反应温度对LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2组织结构及电化学性能的影响

在共沉淀法合成Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2的基础上制备了锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2.通过XRD,SEM和电化学测试对不同反应温度下LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征.测试表明随着反应温度的提高,c/a和I(003)/I(104)值也在增加,表明温度的升高可以减少锂镍离子的混排,使层状结构更加完整,进而电化学性能也更优异.900℃下反应所得到的样品,以0.2C放电,其首次放电容量为148.3mAh/g,库伦效率最高可达9.8%.循环40个周期后容量保持率为93.9%,具有较好的电化学性能.

正极材料zLi_2MnO_3·(1-z)LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.2)O_2的合成与性能

富锂锰过渡金属层状正极材料以其成本低、安全、容量高受到广泛关注,X射线衍射(XRD)和电化学性能测试显示以共沉淀结合煅烧成功合成富锂层状正极材料zLi2MnO3.(1-z)LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2(z=0.2,0.4,0.6)。其中z=0.4组分的放电容量达到210mAh/g(2-4.8V,0.05C),远高于z=0.6组分,而经20个充放电循环的稳定性也优于z=0.2组分。微分容量分析表明z=0.2组分中因Ni/(Co+Mn)比值较大和Li2MnO3含量较少可能导致其容量逐渐衰减。z=0.6则因所含LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2量较少,造成其放电容量较低;z=0.4拥有最佳Li2MnO3及LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2组合使其容量和循环性能最好。

氢氧化物共沉淀法合成LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2及其性能研究

以氢氧化物共沉淀法合成了Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2前驱体,然后以Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2和LiOH为原料,合成出了层状结构的锂离子电池正极材料Li Ni0.4Co0.2Mn0.4O2。通过XRD、SEM和电化学测试对Li Ni0.4Co0.2Mn0.4O2材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明,800℃烧结12h合成的样品粒度大小分布比较均匀,以0.2C充放电,其首次放电容量为148mAh.g-1,循环30次后容量为136mAh.g-1。