无钴富镍正极材料的火焰辅助喷雾热解合成与性能研究

锂离子电池富镍三元正极材料因其成本低、容量高的优势受到广泛关注,受限于钴的高毒性、低储量,富镍正极材料无钴化成为锂离子电池未来的发展趋势。传统液相法制备无钴富镍材料存在步骤繁琐、耗时长、副产物多等问题。火焰辅助喷雾热解(FASP)方法可一步合成正极材料,具有设备简单、耗时短、环境友好等优点。采用FASP方法制备LiNi_(0.8)Mn_(0.2)O_(2)(NM82)无钴富镍正极材料,探究合成条件对NM82结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,FASP可一步合成NM82正极材料,且其在载气流速1.5L/min、锂过量10%、退火温度800℃条件下的锂镍混排水平最低,放电比容量最高,在0.1C倍率下达到180.2mA∙h/g。

高镍正极材料表面锂残渣的研究进展

目前锂离子电池的电化学性能和成本在很大程度上取决于正极材料,其中,具有高比容量和高工作电压等优点的高镍层状正极材料被广泛关注。然而,其表面的锂残渣会严重影响电极的制备和电池的电化学性能,限制了其在新能源汽车等领域的大规模应用。因此,高镍层状正极材料表面锂残渣的研究在进一步提升材料性能和电池安全性能等方面具有重要意义。本文综述了近年来高镍层状正极材料表面锂残渣的研究进展,从锂残渣形成机理,对高镍层状正极材料的影响以及酸碱滴定、傅里叶红外光谱、飞行时间二次离子质谱、固态核磁共振及热重分析结合质谱等锂残渣含量检测方法方面展开,总结了利用去除、物理包覆及原位再利用三种方法有效消除锂残渣对高镍层状正极材料的影响,改善其性能,并对进一步消除锂残渣对正极材料及锂离子电池的影响进行了展望。同时,本文针对锂残渣的展望及研究也同样适用于钠离子电池正极材料表面的钠残渣。本文旨在突出锂残渣原位再利用在高镍层状正极材料改性研究中的应用潜力,为锂离子电池的研究发展提供新的思路。

铈掺杂无钴高镍正极材料LiNi_(0.6)Mn_(0.4)O_(2)的制备及性能

为获得无钴高镍正极材料LiNi_(0.6)Mn_(0.4)O_(2)(NM64)的最佳合成方法,采用水热法和共沉淀法对其进行制备,确定共沉淀法为NM64材料的较佳制备方法。为进一步提高共沉淀法制备的NM64材料(下称“NM64-C”)的倍率性能和循环性能,采用Ce离子掺杂对NM64-C进行了优化。结果表明:摩尔比为0.02的Ce离子(0.02Ce)掺杂的NM64-C材料在0.3 C下100次循环后的容量保留率为79.5%,明显优于基材NM64-C(63.9%)。0.02Ce掺杂的NM64-C材料展现出了良好的电化学性能。

高镍正极材料的稳定改性方法研究综述

高镍正极材料拥有容量高、稳定性好、成本较低以及环境友好等优点,是未来开发高比容量锂离子电池的关键正极材料之一。同时,为获得更高可逆容量以进一步提升电池的比容量,增加材料本体中的Ni元素含量是常用、也被广泛认可的技术手段。不过,随着材料中镍的提升,也带来了诸多问题,诸如阳离子混排程度上升,表-界面副反应活性增多,热稳定性下降,晶体容易出现裂纹并迅速蔓延扩散,以及在空气中容易生成残余锂化合物等。在这些负面诱因的共同作用下,高镍正极材料面临着使用环境要求较高、循环过程中易发生结构破坏以及造成的安全性等问题,阻碍了其进一步推广应用。基于上述考虑,本文梳理了近些年用于稳定高镍正极材料的改性方法,综合分析了各方法的特性及研究现状,经分析认为,后续在锂离子电池高镍正极研发改性的过程中,应从原有改性策略出发,进行更小尺度、更精细化地结构优化,针对电芯的不同应用场景进行材料微观结构的定制化改性,全面实现高镍正极材料的各项性能提升。

双掺杂协同Li_(3)PO_(4)包覆对超高镍正极电化学性能的影响

超高镍层状氧化物LiNi_(x)Co_(y)Mn_(z)O_(2)(x≥0.9,x+y+z=1)凭借高能量密度被应用于锂离子电池正极材料,但由于镍含量的增加导致其容量保持率和热稳定性会急剧劣化。采用共沉淀法制备了LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)超高镍正极,再通过湿法混料结合高温固相法,将Ga^(3+)和Zr^(4+)掺入LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)(NCM)的晶格内并在其表面形成磷酸锂(Li_(3)PO_(4))包覆,以克服其电化学性能的骤降。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)进行表征,结果表明,双离子掺杂协同表面包覆解决了正极材料Li+/Ni^(2+)混排及界面副反应等问题。在2.7~4.3 V电压范围和1C下循环200次,最佳改性量的样品NCMGZ@LPO_(2)容量保持率为83.5%,而NCM仅为64.5%。在4.5 V电压下,NCMGZ@LPO_(2)在0.2C/10C放电比容量分别为215.5/143.5 mAh/g,均高于NCM。

镁掺杂协同氧化铝包覆优化锂离子电池高镍正极材料

锂离子电池高镍Li Ni_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM,x≥0.6)正极材料因具有较高的能量密度和低成本等优势在电池领域备受关注,然而随着镍含量的升高,材料锂镍混排严重且热稳定性下降,导致高镍三元材料的循环稳定性和安全性恶化。本研究针对高镍三元材料阳离子无序排列严重和循环稳定性差的问题,通过共沉淀法在前驱体合成过程中将Mg掺杂进入晶体,得到Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)(Mg1.0)活性材料,进一步利用液相法在材料表面包覆Al_(2)O_(3),成功制备Al_(2)O_(3)涂覆的Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)复合材料(Mg1.0@Al)。X射线衍射(XRD)结果表明,Mg掺杂能够有效扩大材料层间距,抑制阳离子混排;扫描电子显微镜(SEM)结合透射电子显微镜(TEM)结果表明,改性未对NCM811材料整体形貌造成影响,同时能够明显地观察到通过液相法在材料表面包覆的Al_(2)O_(3)涂层。电化学测试结果表明,镁铝协同改性可以稳定NCM811材料结构,减少阴极的界面极化,遏制材料与电解液发生副反应,使得材料表现出优越的电化学性能。Mg1.0@Al在1 C循环100次后表现出稳定的放电电压(ΔV=5.2 m V)、较低的电荷转移阻抗(R_(ct)=51.66Ω)和卓越的锂离子扩散系数(D_(Li)=4.05×10^(-14)cm^(2)/s)。同时,Mg1.0@Al材料在2.8~4.3V电压范围下,展现出卓越的循环性能和倍率性能:1 C下循环100次和400次后仍有188.58 m Ah/g和147.47 m Ah/g的放电比容量,容量保持率分别为95.18%和74.54%;5 C大倍率电流下,放电比容量高达146.3 m Ah/g。

原位掺杂的高镍正极材料LiNi_(0.92)Co_(0.039)Mn_(0.038)Zr_(0.003)O_(2)的烧结工艺与性能

采用共沉淀-固相烧结法成功制备了锆离子原位掺杂的高镍正极LiNi_(0.92)Co_(0.039)Mn_(0.038)Zr_(0.003)O_(2),通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和恒流充放电测试等探究了不同烧结温度、烧结时间以及锂配比对高镍正极材料的结构及电化学性能的影响。结果表明:当烧结温度为720℃、烧结时间为18 h、锂配比为1∶1.02时,烧结得到的材料具有最佳的电化学性能。在30℃、0.1 C的测试条件下,其首次放电比容量为234.5 mAh·g^(-1),首次库伦效率为89.9%;其在1 C倍率下循环100次后容量保持率为98.6%。

锂离子电池高镍正极材料中镍锂混排研究进展

锂离子电池高镍正极材料因具有高能量密度已经被广泛研究,并且广泛应用于新能源汽车及储能器件。镍锂混排是高镍正极材料中常见的物理现象,能对高镍锂离子电池的放电比容量、倍率性能、循环性能、结构稳定性能及安全性能产生重要影响。从镍锂混排的定义、形成机理、检测方法及对高镍锂电池正极材料的影响进行了分析与讨论。

锂离子电池高镍正极材料的合成与改性研究进展

电动汽车、智能手机等领域的迅速发展促使人们开发高能量密度、长寿命、高安全性和低成本的锂离子电池。高镍材料具有比容量高、成本较低的优点,近年来成为锂离子电池正极材料的研究热点。然而,其表面残锂、阳离子混排、表面重构和晶界微裂纹等问题降低了高镍正极材料的安全性和稳定性。对高镍正极材料近期的研究进展和未来的发展方向进行了总结和展望。

高镍正极材料中钴元素的替代方案及其合成工艺优化

高镍三元正极材料LiNi_(x)Mn_(y)Co_(1−x−y)O_(2)(x>0.8)因其高能量密度而备受瞩目。在高镍三元正极材料中,Co不但有助于增强层状正极材料结构稳定性,而且能够提高正极材料导电性能,因此被认为是一种非常重要的元素。但是由于目前全球范围内钴矿资源紧缺,在一定程度上限制了含钴正极材料在新能源电动汽车领域的发展应用。基于此,本文将不同的过渡金属离子掺杂到高镍层状材料中形成无钴化正极材料,并进行高镍正极材料无钴化的可行性分析。通过实验对比发现,资源存储量丰富并且价格低廉的Zr在一定程度上可以取代Co元素,得到的正极材料LiNi_(0.85)Mn_(0.1)Zr_(0.05)O_(2)表现出良好的电化学性能,在0.2C倍率以及2.75–4.3 V的截止电压范围内,其放电比容量为179.9 mAh·g^(−1),80周容量保持率为96.52%。

泡沫镍镀钴提高镍正极性能

研究了泡沫镍基体电镀钴对镍正极的放电容量尤其是大电流放电性能的影响,结果表明:泡沫镍基体的镀钴层能改善基板与活性物质间的导电网络,减小活性物质与基体间的接触电阻,提高镍正极的大电流放电性能和快充快放性能。

镍正极掺杂NiOOH的MH/Ni电池性能

将化学氧化法合成的NiOOH以一定的比例掺杂到商用球形Ni(OH)2粉末当中,以此作为镍正极活性材料,制成额定容量为1 5Ah圆柱密封AA型MH/Ni碱性蓄电池·采用恒流充放电和交流内阻分析方法测试了该电池的性能·结果表明:镍正极掺杂NiOOH的MH/Ni电池在活化效率和循环寿命方面得到了明显的改善和提高,掺杂NiOOH的镍正极具有更高的反应活性及更小的电化学反应阻抗,因而表现出良好的电化学性能·实验表明,镍正极活性材料中NiOOH的掺杂量为1%～3%时对电池性能有较好的影响,掺杂量过多会降低电池的放电容量·

抑制富镍正极材料微裂纹产生的研究进展

富镍正极材料因具有能量密度高、成本低等优点而备受关注。但其较差的结构稳定性导致循环性能不理想,极大地限制了该类材料在锂离子电池中的广泛应用。讨论了微裂纹的产生原因及微裂纹对富镍正极材料电化学性能的影响,综述了抑制微裂纹产生的改进措施,并对富镍正极材料的进一步改性作了展望。

全浓度梯度高镍正极材料的可控制备及性能

针对全浓度梯度高镍正极材料批次一致性控制问题,采用Ni、Co、Mn三种溶液单独配制,各自通过程序精确控制流量进入反应釜的新思路和梯度降温烧结方式,实现可控制备。制备的全浓度梯度LiNi0.82Co0.08Mn0.10O2的0.1 C放电比容量为210.9 mAh/g,制作成的18650电池比能量为240 Wh/kg和669 Wh/L,具有较好的大电流充放电能力,适用于-20~55℃,1 000次循环后容量保持率为85.2%。高镍正极材料的浓度梯度化设计,显著提高了材料表面结构的稳定性,与商业化的高镍正极材料相比,在循环性能、倍率和安全性能等方面都具有明显优势。

压电材料K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)表面修饰高镍正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)的电化学性能研究

采用原位包覆法制备压电材料K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(KNN)表面修饰高镍正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2),并对其进行电化学性能研究。XRD图谱表明,KNN表面修饰样品并未改变高镍正极材料的层状结构。通过XRD结构精修也证实了KNN的存在且本体材料的晶体结构未受影响。EDS面扫描结果表明,KNN已成功地包覆在高镍正极材料的表面。电化学性能测试结果表明,在2.8~4.3 V电压范围内,0.1 C倍率下改性样品KNN@NCM83的初始放电比容量升高;循环100圈后,改性样品仍保持157.8 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为82.3%,而原始样品NCM83仅保持133.6 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为75.2%。与原始样品相比,KNN@NCM83表现出了更优异的倍率性能,在5 C和10 C倍率下的放电比容量分别为155.6、148.6 mA·h/g,表明KNN能有效提高高镍正极材料的Li^(+)传输效率,进而提高样品的倍率性能。EIS测试结果表明,在充放电循环后KNN@NCM83电极表面生成的固体电解质界面膜(CEI膜)薄而稳定且电荷迁移阻抗较小,充分说明改性样品的结构稳定,可逆性良好。

镍正极中钴添加剂掺入方式的研究

以钴作为Ni(OH)2活性物质的添加剂,研究了化学共沉积-表面沉积-机械混合、化学共沉积、表面沉积、机械混合4种掺入方式对镍电极性能的影响。通过恒流充放电对比测试表明,在钴添加剂掺杂量相同的前提下,采用化学共沉积-表面沉积-机械混合分步复合掺入方式的镍电极其放电容量和放电平台得到明显改善和提高。X射线衍射(XRD)和循环伏安(CV)法对镍电极分析表明,分步复合掺入方式的钴添加剂能够在镍电极中能够形成良好的导电网络,充电过程中更能有效的抑制-γNiOOH的生成,提高了析氧过电位,增强了镍电极氧化还原反应的可逆性,提高了活性物质的利用率,大大提高了钴添加剂对镍正极的优化作用。分步复合掺入方式弥补了单一掺入方式的不足,使镍电极表现良好的电化学性能。

高镍正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)的研究进展

高镍正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)由于比容量高、价格低等优点,被认为是最有前景的正极材料之一。在介绍NCM622存在的问题的基础上,分别从合成方法、改进措施等方面进行总结,并对NCM622的未来发展进行展望。

MH/Ni电池用泡沫式镍正极的进展

本文综述了近几年来有关Ni(OH)_2的制备、物理和化学性质以及对Ni(OH)_2电极活性有重要影响的添加剂方面的研究与应用的新进展,介绍了泡沫式镍电极的制备方法,探讨了获得高性能泡沫镍电极的工艺途径,指出当前我国泡沫镍电极产业化过程中存在的一些问题,并就泡沫镍及其电极的未来发展提出了一些看法。

锂离子电池用层状高镍正极材料的研究进展

层状高镍正极材料(Ni≥80%)以其较高的比容量和良好的循环寿命,被认为是极具前景的高比能量动力电池正极材料。文章总结了高镍正极材料存在的问题,介绍了高镍正极材料的改性研究进展,展望了高镍正极材料的应用和发展方向。

高镍正极材料微裂纹诱导容量衰减的应对策略研究进展

随着锂离子电池在电动汽车、储能等领域的广泛应用,其正极材料尤其是钴酸锂、镍钴锰酸锂及镍钴铝酸锂三元正极材料的需求量也随之剧增。然而由于钴资源稀缺,“高镍低钴化”成为近年来锂离子电池行业的重要关注点和发展方向。高镍正极材料(Ni的摩尔分数大于60%)凭借着容量高、成本低廉等优势获得了广泛的关注和研发,其产业化步伐逐渐加快。然而其仍然面临着诸多限制其大规模应用的问题,其中微裂纹的产生诱发的快速容量衰减问题被越来越多的研究证明是常规球状高镍正极材料容量衰减的首要因素。本文综述了近年来针对这一问题的几种典型应对策略的研究进展,包括填隙包覆处理、径向有序设计以及采用高镍单晶正极材料。本文对以上典型应对策略的技术手段、工艺参数和电化学性能进行了总结和归纳。最后对于进一步的研究方向进行了展望。