Li_(2)NiO_(2)补锂剂在锂离子电池中的研究进展

锂离子电池因其长循环寿命、高能量密度、低自放电率等特点被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车。而固体电解质膜SEI的形成导致活性锂不可避免地损失,使得目前使用的大多数电极无法达到其预先设计的理论能量密度。针对这个问题,正极预锂化是一种有效的改善技术。本文概述了正极预锂化技术、介绍了Li_(2)NiO_(2)正极补锂剂在锂离子电池中的应用,旨在为生产高能量密度和长循环寿命的锂离子电池提供参考。

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)研究进展

富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)因具有超过250 mA·h·g^(-1)的可逆比容量和高工作电压(>3.5 V.Li/Li^(+))以及经济成本低的特点,在便携式电子设备中发挥着重要的作用,也被认为是下一代混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的理想动力源,是一种有前途的正极材料。由于富锂锰基正极材料存在低倍率容量、电压衰减严重、初始容量损失大的问题,因此提高电池的容量和寿命是目前研究的重点。为此综述了锂离子电池富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)的储锂机理、制备方法以及改性研究。

Li_(2)FeSiO_(4)锂离子电池正极材料改性研究进展

聚阴离子型Li_(2)FeSiO_(4)材料具有理论容量和能量密度高、原料成本低、安全性能好、对环境无害等优势,是锂离子电池正极材料研究的热点。但Li_(2)FeSiO_(4)电极仍然具有电导率低、循环稳定性差、Li+扩散缓慢等问题,合成高性能的Li_(2)FeSiO_(4)正极材料亟待解决。系统地探讨了材料纳米化、导电材料复合、形貌控制和不同位点元素掺杂方法对Li_(2)FeSiO_(4)正极材料性能的影响。

焙烧温度对锂离子电池正极材料Li_2MnSiO_4/C电化学性能的影响(英文)

采用液相法合成了Li_2MnSiO_4/C复合正极材料,并研究了不同焙烧温度对材料的结构、形貌和电化学性能的影响.利用热重(TG)分析了材料前驱体的热行为,确定了合成Li_2MnSiO_4/C复合正极材料的焙烧温度范围为600-800℃.X射线衍射(XRD)测试结果表明,不同温度下合成的样品材料均具有正交结构,且空间群为Pmn2_1,同时利用扫描电子显微镜(SEM)对所得样品材料的微观形貌及颗粒大小进行了表征.将所得Li_2MnSiO_4/C复合正极材料组装成扣式电池,并在不同的电流密度下进行充放电测试,结果表明:700℃合成的样品材料电化学性能最佳,具有较高的库仑效率及很好的循环稳定性.

乳酸锂兼做锂源和碳源制备高性能Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/C复合正极材料

以乳酸锂兼做锂源和碳源,通过高温固相反应制备锂离子电池Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/C复合正极材料。研究一次球磨混合原料和原料预分解后的二次球磨处理对复合材料晶体结构、颗粒尺寸、颗粒分散性和电化学性能的影响。结果表明,相比一次球磨,经过二次球磨处理制备的Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/C复合材料具有更小的颗粒尺寸和更高的颗粒分散性,并表现出更优异的电化学性能。在3.0~4.3V电压范围,10C倍率下的放电比容量为115mAh·g^(-1),在1C倍率下循环200次容量保持率达到97%;在3.0~4.8V电压范围,5C倍率下循环200次容量保持率为93%,表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

Ti掺杂对锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4结构及电化学性能影响

以钛酸四丁酯为掺杂剂,抗坏血酸为碳源,采用溶胶-凝胶法合成Ti^(4+)掺杂的锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4。通过X线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高频红外碳-硫分析仪、循环伏安及恒电流充放电测试等表征手段分析了Ti元素掺杂对Li_2FeSiO_4结构、形貌、放电容量、循环稳定性的影响。结果表明:掺Ti减小了Li_2FeSiO_4颗粒尺寸,增加了其与电解液间的接触面积,提高了锂离子的迁移率,从而提高了放电容量。在10 mA/g电流密度下,Ti掺杂的试样首次充放电容量分别为206.9 mA·h/g和172 mA·h/g;未掺杂的试样的充放电电容量分别为169.1 mA·h/g和143.7 mA·h/g。

锂配比对富锂锰基正极材料电化学性能的影响

富锂锰基材料(LLMO)具有高容量和高工作电压,是理想的正极材料。本文考察不同锂配比制备出富锂锰基材料,通过电感耦合等离子体(ICP)和扫描电镜(SEM)表征样品的理化数据和形貌。利用恒流充放电测试材料的电化学性能。结果表明,RM55-1.1样品具有较大的比表面积,在0.5 C首次放电比容量为185.8 mAh/g,高于其他锂配比样品比容量。经过101次循环后,其容量保持率为88.75%。在1 C的电流密度下能够达到164.8 mAh/g,具有较好的倍率性能。同时,RM55-1.1样品具有较低的电池直流内阻(DCR)增长率。因此,适量的锂配比(Li/Me=1.05~1.15)制备出的富锂锰基正极材料具有较高的容量和良好的循环性能。

以废旧锂离子电池正极材料为原料制备Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)AlxO_(2)

以废旧锂离子电池正极材料为原料,采用燃烧法制备高性能富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)Al_(x)O_(2),实现了多组元金属离子的高值转化和全量利用,从根本上缩短产品化路径,消减二次污染。SEM和XRD检测表明,所有样品形貌差别不大,基本呈球形,直径约0.5μm,样品均无杂相峰出现,且都具有六方晶系的ɑ-NaFeO_(2)结构、R3m空间群,具有良好的层状结构。电化学测试表明,当x=0.03时,所得样品具有最佳的电化学性能,0.5 mA恒电流条件下,首次放电容量为238 mAh/g,200周循环后放电容量保持率为80.3%。

锂离子电池Li_(2)FeP_(2)O_(7)正极材料的制备及其电化学性能

采用固相球磨法制备了Li_(2)FeP_(2)O_(7)/C正极材料,研究了烧结温度、碳包覆含量以及碳源对其结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明:高温固相烧结合成样品的适宜温度为680℃,以柠檬酸为碳源、碳包覆量为5%时,合成的Li_(2)FeP_(2)O_(7)/C晶型完整,晶粒较小且均匀,0.1C倍率下的放电比容量可达102.6 mAh/g,0.5C倍率下的初次放电比容量可达83.4 mAh/g,循环30次后放电比容量为80.7 mAh/g,展现了较好的循环性能以及倍率性能。

Li_(2)ZrO_(3)原位包覆提升LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)三元材料电化学性能研究

高镍三元LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM60)因其具有较高的放电比容量以及能量密度,是一种非常有发展潜力的锂离子电池正极材料。然而由于较为严重的结构/界面恶化现象(如微裂纹,界面副反应等),NCM60材料的电化学性能及循环寿命受到严重的限制。采用单晶化策略,成功合成出了微米级单晶NCM60正极材料;并以Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_(2)前驱体为基体,采用预包覆和共锂化的方法,在单晶正极材料NCM60表面均匀包覆Li_(2)ZrO_(3)快离子导体层。一方面,表面均匀包覆Li_(2)ZrO_(3)层改善了材料充放电过程中锂离子的扩散动力学,有助于降低电极极化程度;另一方面,Li_(2)ZrO_(3)具有稳定的晶体结构,通过与NCM60材料紧密结合,提高材料机械稳定性,有效抑制微裂纹的产生并减轻界面副反应程度。正如预期,适量Li_(2)ZrO_(3)改性的材料(LZO@NCM60)展现出优异的电化学性能,在1 C(170 mA/g)电流密度,2.95~4.6 V电压范围内循环150次后仍有158.5 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达86.7%。深入研究了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。

3LiMnPO_4·Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的制备及其电化学性能研究

以五氧化二钒干凝胶、碳酸锰、磷酸二氢铵、碳酸锂、乙炔黑为原料,采用固相法在相对较低的温度条件下合成了x Li Mn PO4·y Li3V2(PO4)3锂离子电池复合正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,750℃下烧结15 h合成的3Li Mn PO4·Li3V2(PO4)3为结晶良好的两相结构,颗粒粒径较小且分布比较均匀,其在室温、0.2 C倍率下首次充放电容量分别为144.8 m Ah/g和139.8 m Ah/g,循环50次后容量为130.5 m Ah/g。

Li_(2)MnSiO_(4)/C锂电池复合电极材料制备及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成Li_(2)MnSiO_(4)/C锂电池复合正极材料,并用XRD和ESEM分别进行晶体结构和形貌表征,并进行电化学性能测试。结果显示,复合材料呈类球状颗粒,粒间无团簇,分散性较好,晶体属于正交晶系Pmn21空间群。充放电测试结果表明,首次充放电比容量分别为153.6mAh/g和144mAh/g,50次循环后充放电比容量分别为140mAh/g和134mAh/g,100次循环后充放电比容量分别为131mAh/g和125mAh/g;经过200次充放电循环后比容量依然保持在61mAh/g和60mAh/g。在不同倍率下循环稳定性测试结果表明,高倍率下电流密度越大充放电越不稳定。交流阻抗测试结果显示:对比Li_(2)MnSiO_(4),Li_(2)MnSiO_(4)/C电极材料的接触电阻R1、电极表面电荷转移电阻R2扩散阻抗Ws均要小,表明碳复合有利于提高Li_(2)MnSiO_(4)电极材料的电化学性能。

Li_(2)NiO_(2)的加入对LiCoO_(2)/石墨+Si全电池电性能的影响

研究正极补锂材料Li_(2)NiO_(2)的添加对正极片以及电池电性能的影响。主要从正极片膜片电阻率,电池容量、首效、常温和高温循环以及其他电性能等方面进行测试分析。正极补锂材料的加入显著提升了电池容量及循环性能,同时降低了循环过程中直流内阻(DCR)增长率。当添加量达到6.5%时电池容量提升了8.0%。常温循环400周后容量保持率增长了13.3%,高温循环300周后容量保持率增长了7.2%,但同时补锂剂的加入也增大了正极片的膜片电阻率以及电池的初始DCR值。

煅烧温度和补锂量对LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2的影响

用化学共沉淀法制备前驱体Ni1/3Mn1/3Co1/3(OH)2,通过高温固相法制备了正极材料Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2。用XRD、SEM、电化学性能测试和电化学阻抗谱分析了煅烧温度和补锂量的影响。样品具有完整的α-NaFeO2层状结构。n(Li)∶n(Ni+Co+Mn)=1.12∶1.00、在840℃下煅烧12 h所得样品,在4.30～2.75 V的0.2C首次可逆放电比容量为154.50mAh/g,第20次循环的容量保持率为92%。

Li_(2)TiO_(3)包覆提高LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)的电化学性能

结合共沉淀法、溶剂热法和固相法,将Li_(2)TiO_(3)包覆在LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)正极材料表面,合成z Li_(2)TiO_(3)@LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)(z=0、0.03、0.05和0.08)正极材料。通过XRD、SEM和透射电子显微镜(TEM)对合成材料的结构、形貌和元素分布等进行分析。Li_(2)TiO_(3)均匀地包覆在LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)的表面,减缓LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)材料的团聚程度;包覆过程中,少量的Ti^(4+)掺杂进入材料的内部,可降低锂镍混排程度。以40 mA/g(0.2C)在2.5~4.5 V充放电,0.03Li_(2)TiO_(3)@LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)的电化学性能较好。与LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)正极材料相比,包覆Li_(2)TiO_(3)不仅将电极的放电比容量由125.44 mAh/g提高到138.40 mAh/g,而且将容量保持率由76.66%提升到89.23%(循环120次时)。这是因为具有三维结构的Li_(2)TiO_(3)包覆层和Ti^(4+)掺杂可降低锂镍混排,减轻极化,降低迁移电阻,增加材料的结构稳定性,提高Li^(+)的迁移速率。

通过络合法实现锰基前驱体的可控制备

文章主要就氨比对富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni_(0.2)O_(2)的前驱体制备及其成品性能的影响进行了研究,指出氨水作为络合剂,有利于锰基前驱体形成规则形貌,从而使成品性能更优。

富锂锰基氧化物表面錮氧化物修饰及其电化学性能

本文研究了镧氧化物对Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)(Lirich)的表面包覆改性及电化学性能。其中,包覆比例为5%的复合材料在0.1C倍率下,首次放电容量高达274.3mAh g^(-1),首次库伦效率为95.01%。此外,在包覆层的保护作用下,20次循环后的容量仍高达231.4mAh g^(-1。这是由于La与0具有较强的结合能力,进入Lirich材料晶格诱导形成LaMnO_(3)相,降低了晶格“氧缺失”现象,拓宽Li^(+)扩散通道,提高材料在循环过程中的结构稳定性。