锂离子电池高镍正极材料的制备及性能优化

高镍三元正极材料具有很高的理论容量,可被用于提高锂离子电池体系的能量。目前研究较多的高镍材料是镍摩尔分数在三元素中占比为80%的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2),但是为了追求更高的能量密度,具有更高镍摩尔分数(镍摩尔分数>88%)的超高镍材料也需要被研究。然而,镍含量的提升对材料结构稳定性造成的负面影响阻碍了高镍材料的实际应用。因此,优化高镍材料的制备工艺十分重要。本工作首先制备了镍摩尔分数为88%、90%、92%、94%以及98%的超高镍材料,探究了它们的基本物理化学性质与电化学性能,验证了镍摩尔分数提升对于材料容量和结构稳定性带来的影响。进一步地,本工作选取了镍摩尔分数为90%的高镍材料(Ni90),着重探究了烧结温度对其性质的影响,发现Ni90材料颗粒会随着烧结温度的上升而增大,而在750℃的适宜烧结温度下,材料能在结构和颗粒尺寸上达到平衡,得到倍率和循环综合性能最好的Ni90材料。同时,对于不同镍含量的材料,也需要选择适中的温度进行烧结,才能兼顾材料的性能与稳定性。

K/Co共掺杂的钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3的制备和电化学性能研究

Na3V2(PO4)3 (NVP)材料是一种聚阴离子型磷酸盐类材料,它结构稳定、安全性高、工作电压高并且具有优异的结构。这些优点与其他电极材料相比,更有助于钠离子的快速迁移,这使得它成为一种非常具有发展潜力的钠离子电池正极材料。但由于NVP材料导电性有一定的缺陷,导致它的倍率性能和循环寿命不够优秀。我们对NVP材料采用离子掺杂的改性方法增强其电化学性能。本研究使用K和Co元素共同掺杂的改性思路,使用溶胶凝胶法成功制备出了K0.1Na2.95V1.95Co0.05(PO4)3材料作为钠离子电池正极材料。通过对该材料的表征分析和电化学分析,结果显示在1 C电流密度下,该材料具有107.5 mA·h/g的高比容量,高于NVP的比容量[1 C时99.2 mA·h/g],并且在循环500圈后仍然保持了70.41%的容量。通过分别掺杂部分K 和Co2 到Na1和V3 位点,使晶胞体积变大来加速Na 的转移,用来改善材料的电化学性能。

普鲁士蓝类钠离子电池正极材料导电性研究进展

发展具有快充性能(即超高倍率性能)的钠离子电池是目前储能领域研究的重点和热点。普鲁士蓝及其类似物(PBAs)具有有利于钠离子储存和扩散的开放式三维骨架结构,已经被证明作为钠离子电池正极材料具有巨大的潜力。然而,目前所制备的PBAs大多数存在结构缺陷和结晶水,以及其本身较差的电子电导率,导致其倍率性能不理想。本文针对PBAs导电性差的问题,从离子导电和电子导电两个方面进行讨论,首先分析了PBAs中结构缺陷以及结晶水的存在对离子导电的影响以及其本身价键结构对电子电导的影响。综述了近期对于提高PBAs导电性的相关研究:①改变晶体结构,通过减少PBAs晶体内部缺陷及结晶水,从而降低钠离子迁移距离及减少阻碍;②设计特殊的PBAs晶体结构,能有效减少钠离子传输路径;③采用复合导电材料,能构建新的电子运输途径。最后对提高PBAs导电性的三种策略进行了总结和展望,指出应该在优化PBAs结构的基础上,复合导电材料,同时增强离子电导和电子电导,以期达到最佳的倍率性能。

钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT的制备及电化学性能研究

为改善钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)的导电性,提高其充放电性能,采用Cr^(3+)掺杂提高正极材料本征导电性,采用包覆碳和复合碳纳米管(CNT)构筑高效导电网络以加快纳米活性物颗粒间的电子传导,制备并探究了Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT复合材料的结构与电化学性能。结果表明,当Cr^(3+)掺杂量x为0.075、CNT添加质量分数为3%时,所制备材料表现出较小的电荷传递阻抗和优异的高倍率充放电性能。其0.1 C和20 C倍率下的放电比容量分别达到120.64 mAh/g和87.11 mAh/g,10 C倍率下循环500次后容量保持率高达92.37%。

Cu掺杂P2型Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.67)O_(2)钠离子电池正极材料的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了一系列形貌规则、表面光滑的Cu掺杂层状P2型Na_(0.67)Ni_(0.33-x)Cu_(x)Mn_(0.67)O_(2)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)。采用SEM、XRD、EDS、XPS对材料进行了形貌、结构和成分表征。将材料用作钠离子电池正极材料,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了其电化学性能,获得了最佳掺杂比例。研究发现,掺杂未改变材料的层状结构和形貌,通过Cu掺杂引入了高电化学活性的Cu^(2+)作为取代基,增加材料的表面活性储钠位点,材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能。在2.0~4.3 V的电压范围和0.1 C的倍率下,Cu掺杂比例x=0.15时Na_(0.67)Ni_(0.18)Cu_(0.15)Mn_(0.67)O_(2)的初始放电比容量为126.74 mAh/g,100次循环后容量保持率为79.10%,与未掺杂材料相比提高了50.92%。材料电化学性能的增强可归因于Cu^(2+)插入过渡金属层,由于Cu^(2+)(0.73A)的半径大于Ni^(2+)(0.69A),过渡金属层间距扩大,为Na+扩散提供了通道,进而提高了Na+扩散速率。当充电到高压时可抑制Na+脱/嵌过程中Na^(+)空位的产生,从而稳定材料的晶体结构并抑制材料发生P2-O2相变,提高了材料的循环稳定性。

钠离子电池正极材料专利预警分析

钠离子电池正极材料作为钠离子电池关键材料,对电化学储能具有重要的研究价值。本文首先分析钠离子电池正极材料的全球专利的申请趋势和技术主题,然后重点对过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物两大技术分支的专利信息进行梳理和分析,从专利侵权的角度对钠离子电池正极材料专利申请中存在的问题进行预警分析,并从规避知识产权风险、提高自主知识产权的运用和保护等方面给出总结与建议。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

普鲁士蓝类似物作为钠离子电池正极材料的应用进展

目前,锂离子电池被应用在多种储能领域,锂资源的持续消耗导致锂离子电池的成本高昂。由于丰富的钠资源储量以及价格优势,钠离子电池被认为是一类具潜力的新型储能装置。相对于锂离子来说,钠离子较大的离子半径对于电极材料的稳定性存在威胁。普鲁士蓝类似物具有易于调控的骨架结构、简单的合成工艺、较低的成本和环境友好等特点,适合作为钠离子电池正极材料。本文总结了普鲁士蓝类似物的结构与电化学性能之间的关系,并对其作为钠离子电池电极材料的研究方向进行了展望。

球磨法高性能Na_(3)MnTi(PO_(4))_(3)@rGO-KB钠离子电池正极材料制备

钠超离子导体(NASICON)结构的聚阴离子材料由于具有稳定的晶体结构而引起了极大的关注.然而,NASICON型材料导电性差、能量密度低和库仑效率低等固有缺陷限制了其发展.为此采用高能球磨法对Na_(3)MnTi(PO_(4))_(3)(NMTP)晶粒表面进行科琴黑(KB)和还原氧化石墨烯(rGO)的碳包覆,极大地提高了材料的导电性和离子传输效率,使其在常温和低温下的比容量和循环性能均有明显提升.在常温下NMTP@rGO-KB的质量比容量高达166.6 mAh/g,具有5000圈的循环稳定性和优异的倍率性能.在-30℃的低温下质量比容量为111.4 mAh/g,循环1000圈后质量比容量保持率为85.3%,平均库仑效率高达99.9%,为低温钠离子电池开发提供了广阔的应用前景.

钠离子电池层状金属氧化物正极材料的研究进展

钠离子电池凭借成本低、安全性能高、低温性能好、循环寿命长等特点,被认为是一种有望替代锂离子电池用于大规模储能的二次电池。近十几年来,钠离子电池的各种正极材料得到广泛研究,其中P2和O3型层状金属氧化物正极材料体系被认为是最有潜力的正极材料体系。本文主要从化学组成、掺杂改性、结构优化等方面,评述了近五年来在改善该类材料容量、稳定性以及倍率性能的发展,并对层状正极材料在钠离子电池中的应用进行了展望。

锰基普鲁士蓝作为钠离子电池正极材料的研究进展

近年来,由于锂资源的短缺和快速消耗,锂离子电池的成本急剧增加,因此寻找新型储能系统显得日益重要。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理,可以作为锂离子电池的一种经济高效的替代品。锰基普鲁士蓝材料因其原材料分布广泛、成本低、结构稳定、环境友好且制备工艺简单等优点,是一种极具潜力的钠离子电池正极材料。综述了有关锰基普鲁士蓝材料的储钠机理、合成方法、修饰路线及材料应用的最新进展,从迁移离子、过渡金属、结合水与空位分析了普鲁士蓝材料对钠离子电池电化学性能的影响,并对可能的发展方向进行了展望。

钠离子电池过渡金属氧化物正极材料研究进展

近年来,钠离子电池(SIBs)由于资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为储能领域的研究热点。然而,钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率,成为制约储钠材料发展的主要因素,而发展高性能的嵌钠正极材料是提高钠离子电池比能量和推进其应用的关键。围绕近几年氧化物类嵌钠正极材料体系方面的研究工作,综述了SIBs中过渡金属氧化物正极材料近十年的研究进展,并探讨过渡金属氧化物正极材料的结构和提高电化学性能的关系,分析了提高正极材料可逆容量、电压、结构稳定性的可能途径,为SIBs电极材料的发展提供参考。

钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠的研究进展

钠离子电池(SIB)是继锂离子电池(LIB)后,最具有应用前景的电池技术之一,而磷酸焦磷酸铁钠是一种具备较高可逆比容量、长循环寿命的复合型钠离子电池聚阴离子型正极材料。系统地总结了磷酸焦磷酸铁钠的制备方法与电化学性能,揭示了磷酸焦磷酸铁钠材料具备的基本结构特性与储钠电极反应机制。同时,分析了已有的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的改性方法和电化学性能提升机制,展望了该领域的发展趋势,指出深入的理论研究和工艺改进是重要的研究方向。

高钠含量P2型钠离子电池正极材料研究

采用高温固相法合成了高钠含量的P2型层状氧化物钠离子电池正极材料Na_(0.93)Li_(0.125)Ni_(0.25)Mn_(0.45)Ti_(0.125)Zn_(0.05)O_(2)(NLNMTZ).研究发现,该材料电化学曲线平滑,表现出良好的循环稳定性和出色的倍率性能.在20 mA/g下,容量高达117.6 mAh/g;在200 mA/g下,700次循环后容量保持率为80%.

水系钠离子电池正极材料研究进展

近年来,随着新能源行业不断发展,金属锂储备锐减和价格攀升使得二次电池转向其他金属离子电池发展,钠离子电池凭借储备丰富、价格低廉等优势成为良好的替代品。围绕水系钠离子电池正极材料的研究广泛开展,主要的正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士蓝类似物。本文总结介绍了不同材料的结构特征以及研究方向,并对水系钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。

钠离子电池层状正极材料研究进展

近年来,随着锂资源价格持续快速上涨,资源丰富且价格低廉的钠离子电池受到了广泛的关注,钠离子电池的性能主要取决于正极材料,层状过渡金属氧化物(Na_(x)MO_(2))正极材料具有能量密度高,倍率性能好的优势,但空气稳定性和循环稳定性较差。通过体相掺杂以及表面包覆改性的策略能够大幅改善材料的空气稳定性和结构稳定性,使其成为兼顾动力和储能电池应用需求的正极材料。

废旧钠离子电池正极材料回收处理研究进展

随着钠离子电池工艺的逐渐完善,钠离子电池的应用范围越来越广泛、使用量逐渐增加,对废旧钠离子电池的回收处理工作就尤为重要。综述了废旧钠离子电池正极材料回收研究进展。

钠离子电池Cu基正极材料的研究

钠离子电池O3型NiFeMn(NFM111)基层状氧化物正极材料因具有优异的容量而被广泛研究,但材料的空气稳定性及成本问题也限制了其产业化的进程。本项工作中,通过引入廉价的Cu元素替代部分Ni元素,不仅降低了成本,还实现了材料的高空气稳定性。材料的结构表征主要通过XRD、SEM来研究,材料的残碱数据主要通过化学分析来研究。试验结果表明,Cu基正极材料(Na_(0.98)Cu_(0.11) Ni_(0.22) Fe_(0.33) Mn_(0.34)O_(2),CNFM)具有极低的表面残碱(Na_(2)CO_(3):2579μg/g,NaOH:108μg/g)和优异的电化学性能,0.1 C充放电克容量分别为135.29、127.24 mAh/g,首次效率高达94.05%,且在1 C的电流密度下容量高达118.84 mAh/g,循环50周后容量保持率高达93.98%。

钠离子电池正极材料NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)的制备与储钠性能

钠离子电池作为可替代锂离子电池的下一代电池,具有独特优势,然而要开发出低成本、良好可逆性和长循环寿命的电极材料仍然存在许多技术难题。本文通过简单的共沉淀法合成Ni_(0.4)^(Ⅱ)Fe_(0.2)^(Ⅱ)Mn_(0.4)^(Ⅱ)(OH)_(2)前驱体,再在空气气氛下加入碳酸钠进行煅烧,制备得到用于钠离子电池的NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料的物相结构,结果表明制备的材料是典型的层状斜方六面体结构,部分材料呈现单晶特征。采用恒流充放电的测试方法表征材料的电化学性能。在0.1 C的电流密度下,该材料的初始充电容量可达141.9 mAh/g,放电容量为140.0 mAh/g,首次库仑效率高达98.7%。此外,在0.2 C、0.5 C、1 C、2 C和3 C的倍率下,该材料的放电比容量分别为129.5 mAh/g、112.6 mAh/g、97.8 mAh/g、82.9 mAh/g和72.8 mAh/g,且在0.5 C下循环100圈后的容量保持率约为70.0%,具有良好的倍率性和一定的循环稳定性。

锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展

高镍三元材料存在表面结构不稳定、锂镍混排、晶间裂纹等问题,导致材料的循环性能降低以及高比容量无法充分发挥,表面包覆是解决上述问题的主要手段。目前的包覆材料主要有电化学惰性材料、离子/电子电导性材料和复合包覆材料,从这三个方面综述了高镍三元材料的表面改性研究。介绍了不同类型包覆材料的界面改善稳定机制、离子在固液界面的迁移率提升机理、界面副反应抑制机制以及对材料电化学性能的影响,并对高镍三元正极材料包覆改性的发展方向进行了展望。