富锂正极材料Li_2MnO_3-LiMO_2(M=Ni,Co,Mn…)的研究进展

介绍了富锂正极材料Li2MnO3-LiMO2(M=Ni,Co,Mn…)的结构特点和充放电机制,综述了Li2MnO3-LiMO2的制备方法和改性研究进展,指出其发展前景和今后的研究方向。

不同组分下富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(x=0.1-0.8)的晶体结构与电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列富锂锰基正极材料xLi2MnO3?(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2(x=0.1-0.8),通过X射线衍射(XRD)仪,扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同组分下富锂材料的结构与电化学性能.结果表明:Li2MnO3组分含量较高时,材料的首次放电容量较高,但循环稳定性较差;该组分含量较少时,所得样品中出现尖晶石杂相,且放电容量较低,但循环稳定性较好;综合来看,x=0.5时材料的电化学性能最优.x=0.4,0.6时材料也表现出了较好的电化学性能,值得关注.

基于Li_2MnO_3的富锂类高比容量锂离子电池正极材料的研究进展

综述了近几年来基于Li2MnO3的高比容量二元和三元富锂类锂离子电池正极材料的研究进展.重点讨论了富锂材料zLi2MnO3.(1-z)LiMO2(0<z<1,M=Mn0.5Ni0.5,MnxNiyCo(1-x-y),0<x,y<0.5)的结构特点和富锂材料的嵌脱锂机理;总结了二元和三元富锂材料的制备、电化学性能和材料的改性以及材料现阶段存在的问题,探讨了这类富锂材料今后的研究热点和方向.

低温燃烧法合成富锂正极材料0.7Li_2MnO_3-0.3LiNiO_2

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、Mn(NO3)2和尿素为原料,用低温燃烧法合成了富锂正极材料0.7Li2MnO3-0.3LiNiO2。通过XRD、SEM和充放电测试对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了分析,研究了合成条件对产物性能的影响。合成0.7Li2MnO3-0.3LiNiO2的最佳条件是:500℃点火,850℃下回火20 h。在此条件下合成的产物具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌;以0.1 C在2.5～4.6 V充放电,放电比容量可达218.7 mAh/g;以不同倍率充放电的循环性能良好。

富锂正极材料Li_(1+x)[Ni_(0.36)Mn_(0.64)]_(1-x)O_2的制备及电化学性能研究

采用氢氧化物共沉淀-高温固相焙烧法合成了富锂正极材料 Li1＋x [Ni0.36 Mn0.64]1-x O2（x=0.12,0.15,0.18,0.2）。采用 XRD 表征其结构,SEM 表征其形貌,恒电流充放电和循环伏安测试其电化学性能。其中,XRD 结果表明各样品都具有α-NaFeO2型层状结构。结果表明：室温下以30 mA/g 的电流密度,在4.6~2.75 V 的电压范围内充放电,x=0.15的首次放电比容量为237.9 mAh/g,经50次循环后容量保持率为98%。研究发现,层状富锂镍锰正极材料中的 Li2 MnO3组分在充放电过程中会逐渐向尖晶石相转变,这是容量衰减的主要原因。

纯相Li_2MnO_3薄膜的制备及作为锂离子电池正极材料的电化学行为

采用固相烧结法制备了纯相Li2MnO3正极材料及靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)法在氧气气氛、不同温度下沉积了Li2MnO3薄膜.通过X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱表征了薄膜的晶体结构,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜形貌及厚度,利用电化学手段测试了Li2MnO3薄膜作为锂离子电池正极材料性能.结果表明,PLD方法制备的纯相Li2MnO3薄膜随着沉积温度升高薄膜结晶性变好.25℃沉积的薄膜难以可逆充放电,400℃沉积的薄膜具有较高的电化学活性和循环稳定性.相对于粉末材料,400与600℃制备的Li2MnO3薄膜电极平均放电电位随着循环次数的衰减速率明显低于相应的粉体材料.

锂离子电池正极材料Li_2MnO_3的研究进展

Li2MnO3在稳定富锂锰正极材料结构及贡献容量等方面扮演着重要角色。综述了Li2MnO3的晶体结构和充放电机理方面的最新研究进展,尤其关注堆垛层错等晶体缺陷对电化学活性的作用,以及愈来愈受到重视的高活性Li2MnO3材料的制备。

特殊形貌的Li_2MnO_3及富锂锰基正极材料研究

Li_2MnO_3及富锂锰基正极材料具有较高的容量,是锂离子电池正极材料的研究热点。综述了采用不同方法制备特殊形貌的Li_2MnO_3、富锂锰基正极材料以及通过掺杂和包覆来改善其电化学性能的研究进展,并对Li_2MnO_3及富锂锰基正极材料的研究趋势进行了展望。

Sn-Cl共掺杂的锂离子正极材料Li2MnO3的结构及电化学性能研究

以乙酸盐为原料,柠檬酸为络合剂,通过溶胶-凝胶的方法制备富锂阴极材料Li2MnO3,选用草酸亚锡(SnC2O4)为锡源,用Sn4+代替Mn4+,获得不同掺杂量的材料.适当含量的Sn4+掺杂可以提高材料的放电比容量,在低电流下获得256.3 mAh·g-1的高放电比容量,但由于Sn4+离子半径过大,不能起到稳定结构的作用,材料的倍率性能较差.在此基础上,选用氯化亚锡(SnCl2)进行掺杂改性,在材料中同时引入Sn4+和Cl-掺杂,获得了层状结构更完整的粉末样品.通过共掺杂改性的阴极材料可以在20 mA·g-1的电流密度,经过80圈的循环仍然保持153mAh·g-1的放电比容量,且此时还未出现衰减现象,库仑效率保持在96%以上;在400 mA·g-1的电流密度下提供的比容量可高达116 mAh·g-1,是未掺杂样品的2倍左右.

共沉淀法合成球形正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2(x=0.2、0.4、0.6)及其性能研究

以氨水作为络合剂，采用氢氧化物共沉淀法合成了球形富锂锰基正极材料xLi2MnO3·（1-x）Li（Ni1／3Co1／3Mn1／3）O2（x=0．2、0．4和0．6），并对合成的不同组分样品材料的化学成分、结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明，样品材料的化学组分与其理论含量相同，随着x的增大，材料的粒度变小，在电压范围为2．5～4．6V条件下进行充放电性能测试时，材料的首次充放电容量随着x值减小而增加，且当x=0．2时，材料在不同倍率条件下具有最大的放电容量。

Al^(3+)掺杂0.5Li_2MnO_3-0.5LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的研究

采用聚合热解法制备了掺入3%Al3+的富锂锰基Li[Li0.2Co0.13Ni0.13Mn0.51Al0.03]O2材料,经过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)实验表明,掺入3%Al3+样品仍然保持层状结构,没有观察到杂质相的存在。在2.0~4.8 V范围内进行恒流充放电测试表明,掺Al3+样品在30 mA/g的电流密度下,首周充放电比容量可达349.1和303.8 mAh/g(首次库仑效率87%);在100 mA/g的电流密度下,100次循环后,容量保持率为91.7%,显示出高的循环稳定性。这些结果表明掺杂Al3+能够在一定程度上提高富锂氧化物材料层状结构的稳定性,为发展高容量和高稳定性正极材料提供一种新途径。

复合正极材料Li_2MnO_3-LiMO_2的研究现状

综述了锂离子电池复合正极材料Li2MnO3-LiMO2(M=Co、Ni和Mn)的研究进展;重点介绍了首次充放电过程中组成及结构的变化以及为改善首次充放电效率和倍率性能所进行的后处理。通过电化学活化、酸处理、表面包覆等方法处理后,该类材料的首次充放电不可逆容量可降低,倍率性能及循环稳定性可得到很大提高。

锂离子电池正极材料Li2MnO3的合成及改性

采用固相法合成Li2MnO3,粒子纳米化对Li2MnO3的性能有很大的影响,通过扫描电子显微镜法(SEM)测试发现样品颗粒大小在100 nm左右,通过电化学工作站测试发现未处理的Li2MnO3材料的首次充电比容量为169.4 mAh/g,放电比容量为117.8 mAh/g,比用普通的固相法合成Li2MnO3的比容量(51 mAh/g)要高很多.用不同浓度的过硫酸铵处理Li2MnO3,通过X射线衍射光谱法(XRD)、SEM测试发现过硫酸铵处理并没有破坏Li2MnO3的结构,过硫酸铵处理后的样品颗粒尺寸比未处理的要小一些,通过电化学工作站测试发现:处理后材料的首次效率、比容量、循环性能、倍率性能都大有改善.处理后的Li2MnO3在2C以下充放电时,30%-Li2MnO3、40%-Li2MnO3的倍率性能明显优于Li2MnO3.

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%。

固相法合成xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_2

以过渡金属乙酸盐和碳酸锂为原料,使用固相法合成xLi2MnO3·（1-x）LiMn0.6Ni0.2Co0.2O2（x=0.7、0.6、0.5和0.4）。对制备的材料进行XRD测试和电化学性能分析。当x=0.5时,材料0.5Li2MnO3·0.5LiMn0.6Ni0.2Co0.2O2具有较好的层状结构和电化学性能,以0.1 C在2.0-4.8 V循环,首次充、放电比容量分别为218.0 m Ah/g和162.1 mAh/g,循环5次的容量保持率为97.91%。

0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的电化学行为及结构稳定性研究

对低温燃烧法合成的富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的充放电性能、充放电循环过程中Mn离子的价态变化、电化学阻抗变化以及正极材料的结构变化进行了系统的研究。研究结果表明,在开头的若干次充放电循环中,富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的放电比容量随循环次数的增加而增加,经过若干次循环后可以达到一个相当高的水平,其循环性能良好。以0.1 C在2.5～4.6 V之间充放电,放电比容量可达244 mAh/g,第50次循环,仍保有233 mAh/g。充放电过程中晶格中的Mn4+离子部分转变为Mn3+并参与电化学反应,这是造成放电比容量随循环次数增加而增加的原因,而显微结构和晶体结构保持稳定及电化学阻抗的降低是材料具有良好循环性能的原因。

回火处理对0.5Li_2MnO_3-LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2性能的影响

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、Mn(NO3)2和尿素为原料,用低温燃烧法合成正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2,研究回火处理对产物结构、形貌和电化学性能的影响。回火处理提高了产物的结晶度和电化学性能。回火处理的最佳条件为:在850℃下回火20 h。在此条件下合成的0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能良好,以0.1C在2.5～4.6 V循环,放电比容量最高达217.1 mAh/g,第50次循环仍有191.6 mAh/g。

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

随着新能源如电动汽车、储能电站的蓬勃发展，人们对下一代高性能锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命提出了更高的要求．而富锂锰基正极材料xLi2Mn03·（1-x）LiM02（O〈x〈1，M=Mn、Co、Ni…）具有可逆比容量高（240～280mAh·g^-1，2．0～4．8V）、电化学性能较佳、成本较低等优点，已吸引了研究者的关注，有望成为下一代锂离子电池用正极材料．本实验室采用固相法和溶胶．凝胶法制备不同的富锂锰基正极材料，其中，溶胶-凝胶法制得的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13C0.13]O2电极首周期放电比容量277．3mAh·g^-1，50周期循环后容量272．8mAh·g^-1，容量保持率98．4％．本文重点结合本实验室的研究工作，对新型富锂锰基正极材料xLi2MnO3·（1-x）LiMO2的结构、合成、电化学性能改性和充放电机理等进行总结与评述．

采用基于乙醇体系的一步草酸共沉淀法制备层状富锂锰基正极材料(英文)

首次报道了一种新颖的基于乙醇溶液的一步草酸共沉淀法合成富锂锰基正极材料的方法。在这种方法中,包括锂元素在内的所有元素均能在共沉淀反应步骤发生沉淀反应,以此实现更为均匀的元素混合。此外,相比传统的草酸铵共沉淀法,该法省略了前驱体初烧的步骤,节约了合成的时间和成本。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了两种方法所制备的富锂锰基正极材料的结构、形貌与电化学性能。结果表明,一步草酸共沉淀法合成的富锂材料,拥有更好的结晶性、更大的层间距;材料的颗粒更为均匀和细小。这些晶体结构与形貌上的优势,使得该法制备的富锂材料展现出了更高的放电比容量、更好的循环性能和倍率性能。这些结果均展示了我们所提出的一步草酸共沉淀法的可行性与优势。这种新颖而简便的共沉淀法,可推广于其他层状材料的合成与设计。

Li_2MnO_3的电化学活性及脱嵌锂机理研究进展

富锂固溶体正极材料xLi2MnO3.(1-x)LiMO2(M=Co,Ni,Mn…),首次不可逆容量很大程度上与组分中的Li2MnO3电化学过程有关。富锂固溶体正极材料4.5V区域充电平台是组分中Li2MnO3电化学活化过程;Li2MnO3首次循环不可逆容量较大,约在50～100mAhg-1,4.5V电位脱出Li+同时脱出O2-,等效脱出不可嵌入的Li2O;Li2MnO3与分解的电解液发生离子交互反应后,H+占据不可逆位置,阻碍了Li+的嵌入;多周循环晶体结构改变,形成不可逆结构并有新相生成。本文综合介绍近几年关于Li2MnO3结构、常温脱嵌锂机理、高温下电解液分解及循环后结构变化等方面的研究现状。