草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2,并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌.使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能.结果表明,pH为7.0时,合成的材料颗粒更小、分布最均匀,材料具有良好的层状特征,且材料中锂镍的混排程度最小.电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能,在0.1C的倍率下,材料的首次放电比容量达到了185 mAh.g-1,在循环20周后,放电比容量仍然保持在160 mAh.g-1.X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价,Mn为+4价.

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的循环性能

采用共沉淀法可以制备出首次放电容量高达210mA·h／g的LiNi0．5Mn0.5O2材料（2．8～4．5V，电流密度30mA／g），但材料循环性能受制备过程中的处理工艺影响很大，处理不严格将导致材料循环性能严重下降。围绕材料的循环性问题，对其机理进行了分析并在此基础上对制备工艺进行了进一步改善：分别从配锂方式，烧结过程中的升降温速率以及烧结的保温制度进行了系统研究。结果表明：采用改进配锂方式，缓慢升温速率（2℃／min），高低温结合的烧结制度和快速风冷工艺所制备的材料首次放电容量达到188mA·h／g，30个循环后仍保持在174mA·h／g，循环效率有了明显的提高。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及电化学性能

采用液相共沉淀法和固相烧结法分别制备镍钴锰复合氢氧化物(Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料。通过X射线衍射和电化学性能测试对所得样品的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2具有很好的α-NaFeO2层状结构,以20 mA/g的电流密度在2.5～4.3 V的电压区间充放电时,最高首次放电比容量达175 mA.h/g,首次库伦效率在89%～90%之间。当首次放电比容量为160～170 mA.h/g时,30循环未见容量衰减。锂含量对其电化学性能影响的结果表明:锂含量(n(Li)/n(Ni+Co+Mn))在1.03～1.09的范围内,随着锂含量的增加,放电比容量略有减小,但循环性能、中值电压以及平台性能都得到提高;当锂含量超过1.09时,循环性能、中值电压以及平台性能开始降低。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2合成工艺优化

以球形三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2以及LiOH.H2O为原料,用正交实验优化锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2合成工艺,考察烧结温度、保温时间以及锂与金属元素(Ni、Co、Mn总量)物质的量比等因素对材料电化学性能的影响。得到最佳条件:烧结温度为800℃,保温时间为12 h,锂与金属元素物质的量比为1.06。按最佳工艺合成的样品在0.2 C、1 C首次放电比容量分别为165.1 mA.h/g和151.6 mA.h/g,且表现出良好的循环稳定性。

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。

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。

锂离子正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的合成与掺杂Al的性能研究

采用共沉淀法合成镍钴锰氢氧化物前躯体,使其和碳酸锂混合均匀后,高温焙烧合成锂离子正极材料LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2,研究了掺杂Al（OH）3对材料循环性能的影响.用X射线衍射和扫描电镜对合成的粉末进行了表征,用电性能测试仪研究了材料的电化学性能.研究发现：温度为850℃时焙烧的材料具有最优的电性能,1C电流初始放电比容量达到157.2 mAh/g（2.75~4.2V）,循环50次放电比容量保持率为94.8%,循环100次材料的放电比容量保持率为90.1%.通过少量掺杂Al（OH）3的电池材料结晶性有所提高,晶型趋于完整,但是材料的放电比容量有所降低,前100次循环掺杂对材料循环稳定性无显著改善效果.

初始Li/(Mn+Ni)摩尔比对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2电化学性能的影响

以Li2CO3,MnCO3和Ni(OH)2为原料,采用一步固相反应制备锂离子电池层状结构正极材料LiNi0.5-Mn0.5O2,采用X射线衍射和扫描电镜对其结构和形貌进行表征,并研究配料时不同初始Li/(Mn+Ni)摩尔比(1.0,1.05,1.1,1.2,1.5)对LiNi0.5Mn0.5O2电化学性能的影响。X射线衍射结果表明,在600℃预烧12 h而后800℃烧结24 h的条件下各样品结晶完整,初始Li/(Mn+Ni)摩尔比为1.5时样品有未知相杂质生成。扫描电镜分析表明,随着初始Li/(Mn+Ni)摩尔比的增大,颗粒团聚加剧。电化学测试结果表明,随着初始Li/(Mn+Ni)摩尔比(≥1.05)的提高,初始容量有下降趋势。初始Li/(Mn+Ni)摩尔比为1.05和1.1时样品首次放电容量分别为167.0 mA.h/g和147.2 mA.h/g,循环20次后容量保持率分别为88.2%和97.8%。

高温固相法合成LiNi_(0.25)Co_(0.5)Mn_(0.25)O_2及其结构性能研究

采用高温固相法合成了层状LiNi0.25Co0.5Mn0.25O2正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及恒电流充放电测试,研究了LiNi0.25Co0.5Mn0.25O2材料的结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明950℃7 h合成的样品具有最好的电化学性能,在0.1 C时2.5～4.3 V间,其首次充放电比容量分别为166.3 mAh/g和150 mAh/g,循环10周容量保持96%;XRD精修结果表明Li层中只有1.1%的位置被Ni所占据。

燃烧法制备层状正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2

用燃烧法制备了正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,研究了合成条件对产物的影响。XRD、SEM及电化学测试结果表明:n(Li)∶n(Mn+Ni)=1.05∶1.00、n[CO(NH2)2]∶n(NO3-)=1.0∶1.0,在900℃下烧结4h所得样品为α-NaFeO2层状结构;一次颗粒粒径为0.1～1.0μm;在2.7～4.5V的首次放电比容量为181.7mAh/g,第20次循环时的容量保持率为83.5%。

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.

层状正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.25)Mn_(0.25)O_2的结构及电化学行为

采用溶胶-凝胶方法制备了正极材料LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2。XRD、XPS测试结果表明:LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2中阳离子排列有序度较高,层状结构明显;Co、Mn分别以+3、+4价形式存在,Ni以+2、+3价形式存在,且Ni2+与Ni3+的含量之比约为1∶1。SEM测试结果表明:正极材料LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2结晶粒径较均匀。充放电测试结果表明:与LiCoO2相比,尽管LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2的放电电压平台较低,但放电容量较高;在恒流充电模式下,当充电截止电压由4.35V升高至4.75V时,首次放电容量由179mAh·g-1增至201mAh·g-1,50次循环后,容量保持率由74.95%增至78.48%;在先恒流再恒压的充电模式下,电池首次放电容量为212mAh·g-1,50次循环后,容量保持率提高到87.71%。循环伏安测试表明:在2.80～4.80V扫描范围内,该正极材料发生Ni2+/Ni3+,Co3+/Co4+两对电化学反应。EIS测试表明:随着充电截止电压的增大,该正极材料的传荷电阻变小。

LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的合成及其AA电池电化学性能

采用共沉淀法合成LiNi0.5Mn0.5O2正极材料.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征合成材料的结构和形貌.研究不同Li/(Mn+Ni)摩尔比、不同焙烧制度、不同化成制度对LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能的影响.结果表明,当Li/(Mn+Ni)摩尔比1.08、一次焙烧温度为500℃,二次焙烧温度为850℃下焙烧得到的材料电化学性能最佳.

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。

层状的LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2合成及其电化学性能

采用超声波辅助溶胶-凝胶法合成层状的锂离子电池的正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,并用热重分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构与形貌进行了研究,电化学性能采用循环伏安法(CV)、交流阻抗和充放电测试进行表征。结果表明,在950℃灼烧12h的材料结晶度比较好,其晶胞参数a=0.2879nm,c=1.431nm,结构比较理想。当材料在2.8～4.2V间进行充放电时,其首次放电容量为170mAh/g,50次循环后容量的保持率为89%。

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％。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2制备及光谱研究

用共沉淀法合成了Li Ni0.5Mn0.5O2材料.为了探索共沉淀法合成Li Ni0.5Mn0.5O2的最佳工艺,详细研究了研磨时间、pH值、预处理温度、煅烧温度、煅烧时间和冷却方式等对材料结构的影响.以氢氧化锂为锂源,Ni(NO3)2.6 H2O和Mn(Ac)2.4 H2O为镍源和锰源,锂与镍、锰物质的量比为1.1∶0.5∶0.5,经强氧化剂处理,900℃下煅烧12 h后经淬冷制备了Li Ni0.5Mn0.5O2样品.采用XRD,Raman和XPS对该样品进行了分析,结果表明:材料为标准的α-NaFeO2层状结构,属于六方晶系;镍以正二价的形式存在,锰主要以正四价存在,非常接近理论计算的理想结构.

碳酸盐共沉淀法制备LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2及其性能

以化学共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2CO3前驱体,合成了振实密度高达2.60g/cm3的球形正极材料LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2。研究表明,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2为10μm左右的球形粉体,为纯相的α-NaFeO2层状结构。在2.7～4.3V,0.2C倍率进行充放电,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的首次放电比容量170.2mAh/g,50次循环后容量保持率为94.3%;在2.7～4.6V,在0.2C倍率下放电,首次放电比容量为191.8mAh/g,循环50次后容量保持率为90.5%。LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的首次循环伏安测试结果和交流阻抗测试结果进一步表明材料具有良好的电化学性能。