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。

LiNi_(0.8)Co_(0.2-2x)Al_xMn_xO_2材料的制备与电化学储能性能

采用高温固相法制备了LiNi_(0.8)Co_(0.2-2x)Al_xMn_xO_2(x=0,0.005,0.01,0.025,0.04,0.05)系列材料,并对材料的形貌、结构和电化学性能等进行了表征.研究结果表明,所得材料均具有α-NaFeO_2结构,阳离子混排程度随着锰、铝元素的增加和钴元素的减少呈现先减小后增加的趋势.当x=0.01时,材料的锂镍混排程度最低,拥有最小的电荷转移阻抗和较大的锂离子扩散系数,电化学性能和稳定性最好.在0.1C下,放电比容量可达175.2 mA·h/g;在0.2C下,循环50周后容量保持率为92.7%.

阳离子无序和表面化学残留物对层状氧化物阴极初始库仑效率影响的研究

锂层状氧化物LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)是电动汽车高能锂离子电池中最有前途的正极材料之一。然而,目前NCM622的一个问题是其初始库仑效率(ICE)只有约87%,比LiCoO_(2)或LiFePO_(4)至少低6%。在本工作中,我们研究了在烧结过程中形成的表面化学残留物(如LiOH和Li_(2)CO_(3))和Li/Ni阳离子混排对ICE的影响。结果表明,当烧结温度从825℃提高到900℃时,样品的ICE从80.80%提高到86.68%,而相应的Li/Ni阳离子混排和表面化学残留物也有所减少。进一步地,我们使用HNO_(3)溶液洗涤去除825℃烧结后的样品的表面残留物,发现尽管Li/Ni阳离子紊乱有所增加,但ICE提高3.57%。这些结果表明,通过适当的烧结工艺和后处理技术将表面残留量和Li/Ni阳离子混排降至最低是获得高ICE并改善NCM622电化学性能的关键。

Si4+掺杂提高LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能

将共沉淀法和固相法相结合,将Si 4+掺杂到LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2中,合成LiNi 0.5-x Si x Mn 0.5 O 2(0≤x≤0.08)正极材料。通过XRD及精修、等离子体发射光谱(ICP)、SEM和透射电子显微镜(TEM)等方法,对合成材料的结构、成分和形貌进行分析。Si 4+掺杂不仅可降低材料的锂镍混排程度,还能增强结构稳定性,且不会改变材料的形貌。以40 mA/g(0.2 C)的电流在2.5~4.5 V充放电,LiNi 0.47 Si 0.03 Mn 0.5 O 2(x=0.03)正极材料具有最好的电化学性能,不仅比容量(149.25 mAh/g)较未掺杂材料(125.44 mAh/g)提高20%,而且容量保持率在120次循环后也提高了7.7%。Si 4+掺杂能降低材料的锂镍混排程度,有利于Li+的迁移;能提高材料的结构稳定性,抑制电压的下降并减轻极化。