导电炭黑对富锂锰基层状氧化物电极性能的影响

研究了导电炭黑Super P的添加量对高电压富锂锰基层状氧化物电极电化学性能的影响,采用SEM和交流阻抗分析Super P添加量影响电极性能的原因。结果表明:高电压富锂锰基层状氧化物电极的倍率性能及循环性能均随Super P添加量增加呈先提高后降低的趋势,其中添加5%(质量分数,下同)Super P的电极具有最优的循环性能和倍率放电性能。这是因为提高Super P添加量能够增加Super P颗粒与富锂锰基层状氧化物颗粒之间的电接触,从而在电极中构建更为完善的电子导电网络,降低电极内部组分之间的阻抗,减小电极的极化,然而Super P添加量超过5%时,易发生团聚,不利于其充分发挥导电作用。

氟掺杂改善Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2富锂锰基层状氧化物正极材料的长循环稳定性

针对富锂锰基层状材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(M为Mn、Co、Ni)存在着充放电循环性能差的缺点,采用溶胶-凝胶法制备氟掺杂Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_(2-x)F_x正极材料,以提高这种材料的长循环充放电性能。研究结果表明,氟掺杂材料的晶体结构与未掺杂材料相似,但氟掺杂明显改善了充放电长循环性能的稳定性。在125 mA/g电流密度下电池循环500次,掺杂5%F的Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_(1.95)F_(0.05)材料比容量保持率为79.2%,并且极大地抑制了放电平台电位的衰减,而未掺杂的Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2材料的比容量保持率仅为16%,其放电电位平台已经消失。这些结果表明氟掺杂能有效地抑制富锂锰基层状结构正极材料充放电过程中比容量和放电平台的衰减。

富锂锰基层状氧化物正极材料面临的挑战及解决方案

纯电动汽车和插电式混合动力汽车的快速发展对锂离子电池的能量密度与循环寿命等提出了更高的要求,而正极材料是决定锂离子电池性能的最关键部分。富锂锰基层状氧化物(LMLOs)因具有高比容量(>250 mA·h/g)、高工作电压、低成本以及高安全性等优势被认为是下一代动力电池最有前景的正极材料。尽管如此,首次库仑效率低、电压衰减严重、循环以及倍率性能差等问题阻碍了其实际应用。本文就导致这些问题产生的根源进行了总结,包括不可逆的氧释放、层状结构向尖晶石结构的不可逆转变以及过渡金属离子的迁移和价态变化等。同时,分别从表面包覆、表面及体相掺杂、晶面调控以及表面集成结构四个方面总结了近年来国内外研究者们针对这些问题设计的解决方案。

氟掺杂富锂层状氧化物的电化学性能

富锂锰基正极材料的应用前景广阔,但循环稳定性较差。为增强材料的电化学稳定性,设置F掺杂浓度梯度实验。采用聚合-热解法,通过优化丙烯酸聚合过程中的原料比例,制备Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54) O_(2-x)F_(x)材料,探究F掺杂比例对正极材料微观形貌和电化学稳定性的影响,定量分析首次充放电过程中,不同阶段氧化还原反应的容量释放情况。采用XRD、SEM分析样品的物相组成和微观形貌;采用恒流充放电和电化学阻抗测试分析样品的电化学性能。F掺杂可提升富锂锰基正极材料的电化学稳定性,x=0.03时,样品LMNC-F0.03的层状结构明显,阳离子混排程度低,电化学稳定性最优。以0.5 C在2.0~4.8 V循环100次,放电比容量为186.97 mAh/g,容量保持率为85.76%,放电中值电压保持率为84.93%;2.0 C倍率下的平均放电比容量为147.68 mAh/g。

适配于富锂锰基正极材料电解液体系的研究

为了构建适配于层状富锂锰基正极材料的电解液体系,总结了适配于富锂锰基正极材料的含不同官能团添加剂的电解液体系,并分析了作用机理,展望了匹配于该正极材料电解液的未来研究方向与应用前景。

双位点配位聚合物改性的无钴富锂锰基正极材料电化学性能研究

以无钴Li_(1.2)Mn_(0.53)Ni_(0.27)O_(2)材料、有机单体乙酰乙酸甲基丙烯酸乙二醇酯(Acetoacetate ethylene glycol methacrylate,AAEM)为原料,采用溶液原位聚合法在无钴Li_(1.2)Mn_(0.53)Ni_(0.27)O_(2)材料表面形成有机物包覆层,得到一种高循环稳定性和界面稳定性的层状正极材料。借助透射电子显微镜、X射线光电子能谱、电化学阻抗谱等测试手段,研究AAEM对富锂锰基层状正极材料的影响。结果表明,与原始材料相比,经过AAEM改性的Li_(1.2)Mn_(0.53)Ni_(0.27)O_(2)材料在2-4.7 V的电压区间,以1C倍率经300圈循环后,容量保持率可达82%,高于原始材料经300圈循环后的67%。因此借助双位点螯合聚合物包覆层上的配位基团能够与过渡金属离子络合,提高电极/电解质之间的界面稳定性,使正极材料的循环稳定性增加,提高材料的电化学性能。

锂离子电池富锂锰基层状正极材料的稳定性

富锂锰基层状正极材料(xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2,M=Ni,Co,Mn等)因其比容量高、成本低廉以及环境友好等优点,被认为是未来锂离子电池正极材料的最佳候选者之一。然而,该正极材料存在长循环中电压衰减过快、循环性能不佳和倍率性能较差等问题,严重阻碍了该材料的商业化应用。在这篇综述中,我们结合最新的研究进展从富锂锰基层状正极材料的稳定性出发,阐述了该材料的结构特性及电化学行为,并从体相掺杂和表面修饰两个方面,综述了提升富锂正极材料循环过程中稳定性的手段。最后,我们对该领域的发展趋势进行展望并认为体相掺杂和表面调控相结合的联合改性机制是未来该领域发展的方向。