单晶高镍三元正极材料的制备及改性研究进展

介绍了单晶高镍三元正极材料的结构特点,总结了单晶高镍三元正极材料常见的制备工艺,并探讨了近年来材料性能改善的主要策略,可为高性能单晶高镍三元正极材料的规模化生产提供借鉴和参考。

TiO_(2)包覆高镍NCM811的电化学性能研究

高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO_(2),改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO_(2)层均匀地包覆在高镍NCM811表面,并且发现,在表面包覆过程中,还发生了体相掺杂。利用表面包覆和体相掺杂的共同作用,在1C放电的条件下,循环200圈后,材料的容量保持率从81.40%提升至92.39%,改善了材料的电化学性能。

工艺参数对Ni-Fe-Co三元合金镀层形貌及耐蚀性的影响

通过电沉积方法在钢基体表面制备Ni-Fe-Co三元合金镀层。讨论了电流密度、温度、pH值对合金镀层表面形貌及耐蚀性的影响。结果表明:在电流密度6A/dm^2,pH值3.6,温度65℃的条件下,获得的合金镀层均匀致密,显微硬度较高且耐蚀性较好。

三元正极材料的复合改性研究进展

富镍层状金属氧化物镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂(NCA/NCM)是一种很有前途的锂离子电池正极材料。循环过程中界面不稳定、体结构退化和电极/电解质界面的副反应导致的容量快速衰退阻碍了其更大规模的商业应用。通过掺杂可以抑制阳离子混排和结构畸变,表面包覆可以保护粒子表面,抑制副反应,联合改性策略可以增强材料整体结构的稳定性,使材料具有良好的循环性能。据此,综述了近年来对富镍三元层状金属氧化物正极材料的复合改性研究进展,并阐述了改性的部分机理,最后对富镍层状金属氧化物正极材料的发展前景做了展望。

锂离子电池高镍三元正极材料改性研究进展

高镍三元正极材料具有能量密度大,电压平台高,无记忆效应等优势,受到研究者们的广泛关注。但受限于其循环稳定性差,阳离子混排,热稳定性差等缺陷,高镍三元正极仍需进行广泛深入的研究。围绕高镍三元正极材料的不足,概括了近年来离子掺杂、表面包覆、共改性、浓度梯度、电解质改性和结构调控等改性策略的最新进展,并对未来的研究方向进行了探讨与展望。

表面原位构建LiAlF_(4)膜层改善高镍三元LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)正极材料结构稳定性

通过球磨和低温煅烧处理LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM)表面的残锂,提出原位构建一层均匀LiAlF_(4)(LAF)包覆层的策略,达到提高NCM表面稳定性,抑制其与电解液副反应的目的。采用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)表征手段研究复合材料改性前后的组成、结构与形貌。结果表明优化后的NCM@LAF微球表面出现一层均匀的无定形LiAlF_(4)包覆层,包覆层的存在能够减少表面残锂的产生,提高电极和电解质界面稳定性;改性后的复合材料(NCM@LAF)表现出优异的电化学性能,在4.5 V的高截止电压下,NCM@LAF在1 C下经过300次循环后的比容量为168.8 mAh/g,容量保持率高达90.0%,在相同的测试条件下,原始NCM样品的容量保持率仅为64.8%,当电流密度增加至3 C时,容量保持率仍高达83.4%;此外,NCM@LAF样品在10 C下仍然能发挥出156.4 mAh/g的高比容量,表现出优异的倍率性能。本研究为改善高镍三元材料的层状结构不稳定特性探索出一种新方法,拓宽了其应用在锂离子电池正极材料的商业化道路。

镍钴锰酸锂三元正极材料的改性研究进展

锂离子电池的容量、循环寿命和安全性等性能很大程度上依赖于正极材料。镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料具有能量密度高、成本低、相对安全等优点而备受关注。但阳离子混排、界面副反应、不可逆相变等问题的存在严重影响了电池的循环和倍率等性能。综述了NCM正极材料的结构特点、问题成因,并从掺杂、表面包覆、单晶和浓度梯度结构等角度探讨了其改性研究情况,对其未来研究方向进行了展望。

抑制混排提升高镍三元材料电化学性能

层状高镍三元材料LiNi_(0.85)Co_(0.11)Mn_(0.04)O_(2)(NCM85)是一种很有前途的高性能锂离子电池正极材料。然而,正极材料在高温煅烧过程中极有可能出现Li损失和阳离子混排现象,导致正极颗粒表面形成无序的岩盐相。提出了一种用H3PO4处理制备等离子体修饰NCM85的方法,在NCM85表面原位形成一层均匀的Li_(3)PO_(4)包覆层,有效地提高了NCM85的电化学性能,稳定了正极-电解质界面。与本体NCM85电极相比,适量Li_(3)PO_(4)包覆层修饰的正极(Li_(3)PO_(4)@NCM85)展现出优异的电化学性能,在2.75~4.3 V电压范围内0.5 C(200 mA/g)倍率循环200圈后,放电比容量为169.2(mA·h/g),容量保持率高达84%,Li_(3)PO_(4)包覆层生成的过程中消耗了材料表面的残锂,减少了Li^(+)/Ni^(2+)的混排,增强了结构的稳定性。此外,Li_(3)PO_(4)包覆层可以提高离子电导率,加快Li+扩散速率,抑制相变、阳离子混合和体积收缩。研究了LPO表面修饰对材料界面机制的影响,对下一代高能锂离子电池正极材料的开发具有一定借鉴意义。

SiO_(2)@Li_(2)SiO_(3)双包覆`层策略改善正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)循环稳定性

针对高镍层状金属氧化物(LiNi_(x)Mn_(y)Co_(1-x-y)O_(2),0.8≤x<1,NCM)随着Ni摩尔分数增大而容量严重衰退问题,提出了利用SiO_(2)@Li_(2)SiO_(3)双包覆层改性单晶NCM正极材料、提高其电化学性能的策略。合成过程中,通过SiO_(2)+2LiOH=Li_(2)SiO_(3)+H2O反应消耗材料表面残锂,改善界面锂离子扩散动力学,抑制界面副反应。SiO_(2)@Li_(2)SiO_(3)双包覆层改性正极材料在120次循环后放电比容量为156.88 mAh/g,容量保持率为70.52%。

氮化碳包覆LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)正极用于高能量密度和长寿命锂电池

高容量的富镍层状氧化物是二次锂基电池系统中很有前途的正极材料。然而,其较差的离子导电性和电极/电解液界面处的副反应导致其倍率和循环性能不理想。本文利用离子导电率优异的二维材料gC_(3)N_(4)对富镍材料LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)实现均匀包覆,包覆层gC_(3)N_(4)可有效抑制富镍材料寿命过程中的结构退化和晶间裂纹,并阻止活性材料与电解液的直接接触,从而稳定电极/电解液界面,防止副反应的发生。此外,g-C_(3)N_(4)的包覆增强了表观锂离子扩散系数方面的锂脱/嵌动力学,所合成的包覆材料在3~4.5 V、1 C下循环200次后的容量高达175.2 mAh/g,而在5 C下仍能获得154.3 mAh/g的可逆容量,大大优于未包覆材料性能表现。本研究为构建具有优异综合性能的高镍三元金属氧化物正极超薄界面层提供了新思路。

三元聚羧酸分散剂的合成及其在建筑涂料中的应用

建筑水性涂料分散剂在分散效率和耐水性能上存在矛盾。以烯烃类单体烯丙基聚氧乙烯醚(APEG-2400)、甲基丙烯酸(MAA)、苯乙烯磺酸钠(SSS)或烯丙基磺酸钠(SAS)及分子量调节剂异丙醇(IPA)为原料,过硫酸铵(APS)做引发剂,按不同比例聚合得到新型系列的水性涂料用三元聚羧酸分散剂。同时,研究磺酸单体在不同种类、比例下对分散剂的分散性和耐水性的影响,并得到该体系下较优的配比。合成分散剂的结构采用FT-IR和1H NMR进行表征,相对分子质量及其分布、表面张力等则分别采用凝胶渗透色谱仪和表面张力仪进行表征。探讨不同磺酸基团的组成、比例及整体分子量对粉料的分散性能和涂料应用性能的影响。结果表明:烯丙基聚氧乙烯醚-甲基丙烯酸-苯乙烯磺酸钠三元体系下(n(APEG-2400)∶n(MAA)∶n(SSS)∶n(IPA)∶n(APS)=1∶4∶10∶1∶1.05),在75℃下滴加反应150 min,所得样品分散效果较佳;数均分子量在18000左右的所得分散剂具有相对适中的表面张力(23.9 mN∙m^(−1)),对应所得的涂料具有更好的热储稳定性和耐水刷性(大于1500次)。

LiF表面修饰协同F掺杂提升LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)正极材料电化学性能

富镍层状氧化物因高比容量和良好的倍率性能被认为是最有潜力的下一代高比能锂离子电池(LIBs)正极材料之一,但界面不稳定性和结构退化等因素导致的容量快速衰减阻碍了该类材料的商业化进程。利用LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM)的表面残锂构建了均匀的LiF涂层,并通过低温煅烧使部分F-掺杂到体相,同时优化NCM晶体表层和内部的结构稳定性。优化后的复合材料(F-NCM)在4.5 V截止电压下,以1 C电流密度循环400次后的比容量为130.8 mAh/g,保持率达到68.8%。通过与未改性的样品对比,该优化策略对放电容量和循环性能显示出明显的提升效果。此外,F-NCM也表现出良好的倍率性能,在高倍率10 C下,可以释放出161.9 mAh/g的比容量。

Ni-Sn-P三元镀层的制备与海洋防腐

以四氯化锡为锡盐,以十二烷基硫酸钠为表面活性剂,通过控制镍盐硫酸镍、还原剂次亚磷酸钠、缓冲剂乙酸钠、络合剂柠檬酸钠和稳定剂硫代硫酸钠的用量,在温度为90℃、pH值为4.5~5.5的条件下,采用正交法制备Ni-Sn-P三元镀层,并优化其制备工艺条件。通过扫描电子显微镜观察发现,三元镀层表面致密无针孔,具有优异的耐中性盐雾性能,可拓展其在海洋防腐领域的应用。

Ni-W-P-SiC-WS_2耐磨减摩复合镀层的制备及性能研究

在金属表面制备高硬度、耐磨损且摩擦系数低的功能涂层，可以有效减少摩擦功耗，延长机械设备的使用寿命。采用化学复合镀方法，在不锈钢基质上实现Ni—WP—SiC—WS2镀层的镀覆，并对镀层的表面形貌、微观结构、成分、硬度、摩擦学性能和耐蚀性等进行了测试和分析，研究结果表明，NiW—P—SiC—WS2镀层表面平整，由胞状物和分布均匀的复合颗粒组威；镀层中P的含量在5％～8％之间，属于中磷镀层。与同等实验条件下的二元合金镀层Ni—P—SiC—WS2镀层相比，由于W的共沉积，三元合金镀层Ni—W—PSiC—WS2的微观硬度、腐蚀性能和耐磨性均有所提高，同时自润滑性能更加优异。

均匀设计在优化钛白粉无机包膜工艺中的应用

采用溶胶-凝胶法,研究了金红石型钛白粉锆硅铝三元无机包膜的新工艺。通过均匀实验设计,系统研究了各因素对金红石型钛白粉三元无机包膜性能的影响,采用Nano-ZS、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)等测试手段,考察金红石型钛白粉三元无机包膜的包膜效果。金红石型钛白粉三元无机包膜工艺的优化配方为:分散剂为0.20%,Zr含量为0.6%,Si含量为3.0%,Al含量为1.6%,转速为340r/min。

H13钢表面粉末烧结金属陶瓷覆层的组织及性能

研究了真空粉末烧结法在H13钢表面上制备三元硼化物基金属陶瓷覆层的组织及性能,论述了烧结工艺对覆层显微组织的影响,分析了覆层与钢基底界面形成特点、覆层的微观硬度分布.结果表明,在1 220～1 250℃下反应烧结,可获得厚度为1～3mm的三元硼化物(Mo2FeB2)基金属陶瓷覆层,覆层和钢基底通过Fe、B、Cr、Ni、V、Mo相互扩散渗透产生牢固结合,硬度达到1 200 HV,有利于提高钢的耐磨性能.

富镍三元正极材料的改性研究进展

随着便携式电子产品和电动车领域的高速发展,对高能量密度锂离子电池的性能提出了更高的要求。相比传统的钴酸锂正极材料,富镍层状金属氧化物具有较高能量密度和较低的原料成本,被视为理想的锂离子电池正极材料。然而,其结构缺陷和不稳定的界面化学特性会恶化材料的电化学性质、热力学稳定性和安全性能。本文主要回顾了近年来关于富镍三元正极材料的改性研究进展,旨在为今后富镍三元正极材料的设计提供重要思路,并实现其工业化应用。首先,介绍了富镍正极材料本身存在的固有缺陷和电化学性能衰减机制。其次,讨论了通过调控表界面结构提升富镍材料性能的改性策略,包括包覆电化学惰性物质、设计元素全浓度梯度及核壳结构、构筑核壳异质结构和调控包覆物质厚度等。然后,总结了通过元素的体相掺杂提升富镍正极材料性能的策略,包括碱金属位掺杂、过渡金属位掺杂、氧位掺杂和复合共掺杂。最后,对该领域的未来发展进行了总结和展望,希望能激发更多创新性的见解和策略,以促进富镍三元正极材料的实际应用。

激光熔覆Mo_2Ni_3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层组织与耐磨性

以39Mo-35Ni-26Si(w％)合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面制得以Mo_2Ni_3Si金属硅化物为初生相,以Mo_2Ni_3Si/NiSi共晶相为基体的金属硅化物耐磨复合材料涂层。涂层的常温干滑动磨损试验结果表明,在磨损过程中,Mo_2Ni_3Si/NiSi共晶相轻微地优先磨损,Mo_2Ni_3Si金属硅化物微微凸出于磨损表面,起到抗磨的骨干作用。由于Mo_2Ni_3Si金属硅化物具有很高的硬度和很强的原子间键合力,在磨损过程中难于变形和粘着,激光熔覆Mo_2Ni_3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层具有优异的耐磨性,与1Cr18Ni9Ti标样相比,涂层的耐磨性提高了56倍。

喷涂法制备钢用耐磨涂层材料

用橡胶酒精溶液调制原料粉末成为料浆 ,采用喷涂法喷涂在 45 #钢基体上 ,经真空烧结成功制备出三元硼化物基耐磨涂层材料 ,其表面三元硼化物基涂层的硬度HRA为 84。用差示扫描量热仪分析得出烧结温度为 12 90℃ ,用扫描电镜 (SEM )、能谱 (EDS)和X射线衍射(XRD)对其微观结构进行了测试 ,结果表明 :涂层是由三元硼化物基硬质相和铁基粘结相组成 ,硬质相和粘结相分散均匀 ;在涂层和 45 #钢基体的界面由于存在化学反应和元素扩散使得这种新型涂层材料界面结合良好 ,界面结合强度高。磨损实验表明此种涂层材料具有优异的耐磨性。

三元共聚法包覆片状铜锌合金粉

以丙烯酸、苯乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为单体,偶氮二异丁腈为引发剂,通过共聚反应在片状铜锌合金粉表面包覆一层致密的带有苯环和羧基的共聚物膜,并对共聚反应温度和时间对包覆铜锌合金粉耐酸性能的影响进行系统研究。试验结果表明:在80℃反应4h的共聚包覆后的铜锌合金粉耐酸性能较好。运用光学显微镜、SEM、IR、XRD和TG对包覆样品进行了分析。