单晶和多晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2性能对比分析

【目的】对不同晶体特征的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)进行分析,深入了解高镍三元锂电池的特点。【方法】将不同前驱体与氢氧化锂混合,并通过高温烧结合成单多晶NCM811(SC-811和PC-811),进行电化学测试。【结果】结果表明,在0.5 C倍率下,PC-811的首次放电比容量可达204.5 mAh/g优于SC-811的189.4 mAh/g;PC-811在低倍率时比容量较高,而SC-811在高倍率时比容量较高;此外,低温放电时,SC-811的容量保持率比PC-811高,说明SC-811具有更好的低温耐受性。【结论】SC-811具有稳定的晶体结构、良好的循环性能和低温性能,而PC-811具有较高的放电比容量和能量密度。

熔融盐法合成球形锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0．2O2

采用热分析法对不同组成的LiOH—LiNO3二元体系进行研究，绘制了具有最低共熔点的该二元体系T-x相图，该体系的最低共熔点为175．7℃．利用低共熔混合物LiNO3-LiOH为锂盐，与前驱体球形Ni0.8Co0.2（OH）2混合烧结制备出了球形锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0．2O2.探讨了Li／（Ni＋Co）摩尔比、合成温度、合成时间等因素对产品的影响．X射线衍射分析表明合成的材料具有规整的层状NaFeO2结构，SEM表明所得材料为球形．充放电测试表明在3．0～4．3的电压范围内，首次放电比容量可达170mAh·g^-1，充放电效率为95．5％．结果表明采用该工艺可以制备出电化学性能良好的LiNi0.8Co0．2O2正极材料．

正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的合成工艺优化及电化学性能

采用高温固相法合成锂离子电池富镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,对其工艺条件进行优化,对产物进行X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及电化学性能分析。结果表明:在氧气气氛下,锂与金属元素摩尔比为1.05:1、烧结时间15 h、烧结温度750℃为最佳合成工艺条件。按最佳工艺合成的样品在1C首次放电容量高达174.9mA·h·g^(-1),50次循环后比容量为158.5 mA·h·g^(-1),容量保持率为90.62%,表现出良好的循环稳定性。XRD和SEM表征表明,在氧气气氛下烧结的样品有良好的层状结构,阳离子混排程度小,具有较好的类球形,粒径均匀分布在10~20μm。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,工艺条件的优化有助于提高正极材料的电化学性能。

熔融盐法合成高密度锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2

采用热分析法对不同组成的LiOH-LiNO3二元体系进行研究,绘制了具有最低共熔点的该二元体系的步冷曲线和t-x相图,该体系的最低共熔点为175.7℃。利用低共熔混合物LiNO3-LiOH为锂盐,与高密度前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2混合经2个恒温阶段烧结(600℃恒温6 h、800℃恒温24 h)制备出了振实密度高达3.23 g/cm3的锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2。X射线衍射分析表明合成的LiNi0.8Co0.2O2具有规整的层状NaFeO2结构。电性能测试表明:在0.5 mA/cm2放电电流密度和3.0—4.3 V的电压范围内,LiNi0.8Co0.2O2首次放电比容量达175(mA.h)/g,放电比容量为163(mA.h)/g,库仑效率为93%。实验结果表明采用该工艺能够制备出电化学性能良好的锂离子正极材料。

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）正极材料的磷酸表面改性

针对新一代空间型号产品对储能电源提出的更高需求,提出采用表面改性的方法提升LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料在锂离子电池中的循环稳定性。通过采用磷酸(H3PO4)对NCA正极材料进行表面处理,H3PO4会与NCA颗粒表面的含锂碱性物质发生反应,从而在NCA颗粒表面生成稳定且导电性良好的Li3PO4界面层。循环以及阻抗测试结果表明,经H3PO4表面处理的NCA材料组装电池循环50次后电池容量为170.5 mA·h/g,容量保持率达到94%以上,界面阻抗得到抑制。H3PO4表面处理有效抑制了NCA颗粒表面碱性残留对电化学性能的不良影响,提升了界面稳定性,获得了更好的循环性能。

高密度锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2的合成与表征

利用低共熔混合物LiNO3-LiOH为锂盐，与高密度前驱体Ni0.8Co0.2（OH）2混合烧结制备出了高密度锂离子电池正极材料LiNi0．8Co0.2O2。探讨了合成温度、合成时间等因素对产品的影响。X射线衍射分析表明合成的LiNi0.8Co0.2O2具有规整的层状NaFeO2结构，充放电测试表明在3．0～4．3V的电压范围内，首次放电比容量可达168mAh／g，充放电效率为95％。结果表明采用该工艺可以制备出电化学性能良好的高密度LiNi0．8Co0.2O2正极材料。

ZrO2包覆对LiNi0.8Co0.2O2结构和性能的影响

为提高锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2的综合电化学性能,采用高温固相法对其表面进行ZrO2包覆。以X射线衍射、扫描电子显微镜、电化学阻抗和电化学充放电等方法对材料进行表征。结果显示,ZrO2可均匀分布在LiNi0.8Co0.2O2表面而不影响其晶体结构,但对电化学性能影响明显,即首次放电容量略有降低,由168.25 mAh/g降到157.43 mAh/g;1C、2C倍率性能有较大改善,循环性能的提高尤其突出,在100周循环内,LiNi0.8Co0.2O2的容量保持率从90.68%提高到97.70%。其原因是:(1)包覆层有效避免了电解液与正极材料直接接触、抑制副反应的发生;(2)包覆过程中生成的Li2ZrO3提高了材料的离子导电性。该研究结果为改善锂离子电池正极材料综合电化学性能提供了简便、有效的方法。

铌掺杂对镍基正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 电化学性能影响

解决镍基正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的电化学循环稳定性和高温循环性能是其产业化推广应用的关键。研究了掺杂铌改性高镍正极材料,优化材料的电化学性能,提升循环稳定性。首先以硫酸盐为原料,在N2保护气氛下,采用共沉淀法合成三元球形Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体,通过高温固相反应与LiOH·H2O,Nb2O5合成Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-xNbxO2(x=0,0.01,0.02,0.03)系列正极材料。X射线衍射结果表明,Nb5+离子可少量进入正极材料晶格,并在正极材料表面形成化学稳定性好的Li3NbO4。当x=0.02时,在室温25℃,电压2.75~4.2 V,0.2 C倍率下首次放电比容量为172.9 mAh/g,100次循环后容量保持率为97.47%,在50℃,0.5 C倍率下循环20次容量基本不变,平均放电比容量为183.7 mAh/g,且该样品具有较好的倍率性能。

快离子导体LiTi2(PO4)3在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的原位反应包覆及其电化学性能

通过原位反应法,利用富镍层状金属氧化物LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(LNCM811)正极材料表面残余的氢氧化锂和碳酸锂,与C8H20O4Ti和(NH4)H2PO4反应,在LNCM811表面原位生成快离子导体LiTi2(PO4)3(LTP)包覆层。这种原位反应的包覆方法有利于移除LNCM811表面有害的残留物氢氧化锂和碳酸锂。而且,获得的LTP均匀包覆层不仅可以有效地抑制LNCM811表面和电解液的直接接触及其副反应,还可以确保充放电循环过程中LNCM811正极材料的快速Li+传导。因此,在LTP包覆层的多重作用下,LTP包覆的LNCM811正极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能:在0.2C时,首次放电比容量高达200.6 mAh·g^-1,200圈后的可逆容量依然有155.7 mAh·g^-1;在2C和5C的高电流密度下,200圈后的可逆容量仍然有126.4和111.9 mAh·g^-1。

烧成温度对溶胶凝胶法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,研究了烧成温度对材料结构、形貌和电化学性能的影响。采用XRD、SEM及恒流充放电测试对材料性能进行表征。分析结果表明,材料均呈现典型的α-NaFeO2层状结构且阳离子有序度较好。不同烧成温度时材料形貌呈现不规则块状且粒径随着温度的增加而增大;温度低于780℃时,材料结晶性不好,生长不完全;温度高于800℃时,材料团聚现象严重、形貌不规整。烧成温度为800℃时材料有较好的电化学性能,在5 C高倍率充放电下,首次放电比容量为147.95 mAh/g,循环200次后,容量保持率为76.71%。

高镍正极材料(LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2)45℃循环失效机理研究

本文研究了高镍NCM811材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2高温45℃循环失效机理.通过电化学交流阻抗谱(EIS)技术分析发现45℃循环失效前后SEI膜阻抗(RSEI)和电荷转移阻抗(Rct)增长率最快,分别达到83.43%和211.34%.采用XPS、TEM及FFT转换、XRD、XANES等手段分别分析了RSEI和Rct增长的主要影响因素.其中,RSEI增长因素主要包括部分有机SEI膜组分转化成碳酸锂等无机成分,同时反应生成的LiF富集在活性物质周围,SEI膜厚度增长,阻抗升高. Rct增长因素主要包括晶体结构被破坏,层状晶相结构向尖晶石和岩盐相的转化,材料开裂,使电荷转移阻抗增加.此外,对固相传质阻抗(Rw)影响因素也进行了分析,主要包括锂镍混排加剧,过渡金属元素溶出导致锂离子固相传质阻抗上升.

Mg^2+和F-共掺杂提高LiNi0.8Co0.15Al0.05O2电化学性能

采用传统固相法对锂离子电池富镍系LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料进行了Mg^2+和F^-共掺杂改性研究,借助X射线衍射(XRD)、XRD数据精修、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电测试、循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等手段探究Mg^2+和F^-共掺杂对材料晶体结构、表面形貌和电化学性能的影响。物理测试表明,Mg^2+和F^-共掺杂后正极材料仍保持α-NaFeO2结构,无杂质生成,且共掺杂后正极材料晶胞参数增大,离子混排程度降低,这有利于Li+在晶格中的脱嵌迁移。此外,共掺杂后正极材料的微观形貌未发生明显变化。电化学性能表明,Mg^2+和F^-共掺杂样品表现出优异的电化学性能,1 C倍率下循环200圈后,放电比容量仍保持有144.1 mAh·g^-1,容量保持率高达83.1%。优异的电化学性能归因于Mg^2+和F^-稳定了材料的晶体结构,减少了材料极化,抑制了电池电荷转移阻抗的增加。本工作的开展为其他锂离子电池正极材料性能提升提供了思路。

导电剂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2全电池的影响

采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,研究了SP 与KS-6复合,以及SP、CNTs、KS-6三种导电剂按一定比例复合对其全电池电化学性能和内阻的影响。结果表明:添加KS-6能与SP 互补协同,改善电池性能,降低内阻;SP∶KS-6 配比为5∶5时,容量保持最好,循环200次,放电比容量159.1 mAh/g,内阻值和内阻平均增长速度最小。添加CNTs后,由于CNTs 的特殊空间结构,具有保液能力及高电导率性能,电池性能更佳;[SP+CNTs(8∶2)]+KS-6(5∶5)时,循环200次,放电比容量174.9 mAh/g,内阻值43.1 mW,内阻平均增长速度0.052 mW/次。

原子层沉积制备Al2O3包覆层对LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2性能的影响

研究了原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术制备的Al2O3包覆层对高镍三元材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2性能的影响,主要包括形貌特征、晶胞结构以及电化学性能的影响。通过ALD技术在LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2表面包覆厚度约为1.5nm的Al2O3包覆层后,对高镍三元材料的晶胞结构参数以及体相R-3m层状结构无显著影响。因Al2O3电导率较低,包覆后主要使得电荷转移阻抗升高,从38.87mW升高至45.76mW,从而导致包覆后材料的比容量比空白样品低3mAh/g,放电倍率性能以及低温性能变差。包覆后材料在25和45℃下采用1C倍率100%DOD充放电,循环寿命得到明显提升。25℃下,在容量保持率达到90%时循环寿命提升34.45%;45℃下,容量保持率达到80%时,循环寿命提升20.59%,表明ALD技术制备的Al2O3表面保护层有效地提升了活性物质与电解液之间的界面稳定性。

单晶LiNi0.83Co0.1Mn0.07O2正极材料的合成及电化学性能

采用共沉淀-高温固相法合成单晶LiNi0.83Co0.1Mn0.07O2正极材料。采用XRD,SEM和恒流充放电等测试手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能等进行研究。测试结果表明,材料形成形貌良好的单晶颗粒,Li+/Ni2+离子混排程度较低,材料具有良好的a-NaFeO2层状结构。在2.75~4.3 V下,扣式电池0.1 C首次放电比容量达209.63 mAh/g,库仑效率为91.19%,0.2 C循环100次后容量保持率为100.09%。

La^3+掺杂对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备添加了La^3+的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,通过XPS、X射线分析仪、扫描电镜、电化学工作站、电池充放电测试系统详细地探讨了不同添加量的La^3+对材料的结构、形貌和电化学性能的影响。结果显示,与无添加的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料比较,添加了La^3+的材料一次颗粒尺寸更大,球形度更好且材料的电极Rsf+Rct阻抗均显示有所降低;当添加x=0.01时,材料的大电流循环稳定性得到了较大提升,1 C条件下经过100次循环后,添加La^3+材料容量保持率为75.81%,而未添加材料容量保持率只有49.57%;添加了La3+材料制得的电池在0.5、1、5 C倍率下的放电比容量也要明显高于无添加材料。

热处理温度对TiO2包覆LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的电化学性能影响

采用共沉淀法制备了镍基正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(LNCA),通过浸渍-水解法在LNCA表面包覆了1%的TiO2,研究了热处理温度对1%TiO2@LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的电化学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学工作站和电池测试仪等对材料进行表征。结果表明,提高热处理温度,可以使样品表面的包覆层均匀致密,但750℃热处理样品的阳离子混排程度有所增加;TiO2表面包覆并热处理后提高了材料的热稳定性能,有利于提高样品在大倍率放电时的循环性能,热处理温度为650℃时具有最佳的电化学性能。当包覆层为TiO2和Li2TiO3混合物时,对循环性能的改善能力优于包覆层为单纯的TiO2或Li2TiO3。

LiAlO2包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的电化学性能

采用高温固相法在LiMi0.8Co0.1Mn0.1O2表面包覆一层LiAl02。XRD和SEM分析结果表明:包覆前后的材料均为具有R-3m空间群的α-NaFeO2层状结构;包覆量为1%的样品颗粒表面形成了一层均匀的絮状包覆物LiAl02。电化学性能测试结果表明:包覆量为1%的样品性能较好,以20 mA/g的电流在2.5 -4.3 V充放电,首次放电比容量为165.47 mAh/g,较未包覆材料低17.33 mAh/g,但循环稳定性得到提高,循环30次的容量保持率达90. 88%,高于未包覆材料的59. 71%。

微量CNTs包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的表面。CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料通过SEM、XRD以及电化学测试系统进行表征和测试。结果表明CNTs包覆量为0.5%(质量分数)的CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料性能最佳。在0.1,5C下的首次放电比容量分别为215.59,175.78mAh·g^-1。在0.1C下充电、大倍率5C下放电,CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料仍能保持首次放电容量的81.54%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提高了10.48%。在1C倍率下循环100次其容量保持率可达93.02%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提升了15.42%。

高镍系正极材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2的制备及性能表征

以镍钴氢氧化物为原料,采用异丙醇铝水解法合成Ni0.88Co0.07Al0.05(OH)2,将前驱体与锂源充分混合,通过3种烧结条件制备出球形LiNi0.88Co0.07Al0.05O2正极材料,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。研究表明,在500℃下保温3 h、700℃下保温14 h的条件下合成的LiNi0.88Co0.07Al0.05O2具有良好的综合电化学性能,0.2C放电比容量达192.2 mAh·g^-1,首次充放电效率为81.6%,1C放电比容量为190.7 mAh·g^-1,100周后放电比容量为141.1 mAh·g^-1,容量保持率达到73.4%。