高电压正极材料镍锰酸锂的改性研究进展

尖晶石型镍锰酸锂具有高工作电压、高安全性以及低成本等优点成为近年来锂离子电池正极材料研究的热点之一,但其自身存在Mn溶解导致结构破坏和循环性能衰减较快的缺点。重点阐述了通过晶型结构控制、离子掺杂和表面包覆等改性方法提高镍锰酸锂材料结构稳定性和循环性能的研究进展。最后,展望了镍锰酸锂材料未来研究的重点和发展趋势。

共沉淀法制备镍锰酸锂烧结过程及其性能分析

镍锰酸锂是锂离子电池中具有更好未来的发展方向之一,其具有的高放电平台、低制备成本和低毒性等特点都是社会对锂电池迫切期望具备的特点。采用共沉淀法制备镍锰酸锂,进行了差热-热重和X射线衍射分析,对烧结反应历程及反应动力学进行了研究,得到了煅烧过程物质的变化过程和反应活化能。对制备得到的镍锰酸锂进行了扫描电子显微镜、X射线衍射分析和首次充放电分析。结果表明:在制备镍锰酸锂正极材料时,700℃前碳酸锂基本不参与反应,此时的反应主要为前驱体的分解与氧化;在700℃后碳酸锂开始熔融分解并与前驱体开始进行反应,且反应速率受温度影响大。

YS/T 1569.1-2022《镍锰酸锂化学分析方法第1部分:镍含量的测定丁二酮肟重量法》行业标准解读

镍锰酸锂是脱胎于锰酸锂的一类尖晶石高压正极材料,产品的化学组成与其在电池内的性能息息相关。本文对推荐性行业标准YS/T 1569.1-2022《镍锰酸锂化学分析方法 第1部分:镍含量的测定 丁二酮肟重量法》进行了介绍,并对主要核心内容进行了解读和讨论。

氧化铟包覆镍锰酸锂正极材料的电化学性能研究

为改善镍锰酸锂的电化学性能,以硝酸铟(In(NO_(3))_(3)·H_(2)O)为原料,通过高温固相法在镍锰酸锂电极材料表面包覆一层惰性氧化铟(In_(2)O_(3)),并研究不同In_(2)O_(3)包覆量对镍锰酸锂复合材料的电化学性能的影响。XRD测试结果显示,包覆氧化铟并不会改变正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)自身结构。当包覆量为7%时,在0.1 mA的测试电流下首次放电比容量为134.21 mAh/g,明显高于未涂覆材料(115.65 mAh/g),100次循环后容量为128.4 mAh/g,容量保持率为95.67%;在0.5 mA的测试电流条件下,首次放电比容量为78.13 mAh/g,100次循环后比容量为56.25 mAh/g,容量保持率为64.44%。In_(2)O_(3)包覆起到保护材料和促进离子传导的作用,可有效提高正极材料的电化学性能。

高压镍锰酸锂电池电解液的研究现状和发展趋势

尖晶石型镍锰酸锂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)(LNMO)由于具有高工作电压(接近5 V)、低成本以及环境友好等优势,可作为下一代高能量密度锂离子电池正极的备选材料。然而,传统的碳酸酯电解液在高压条件下会发生氧化分解,造成电池性能的迅速衰减,因此开发适用于镍锰酸锂电池的耐高压电解质势在必行。本文从含新型溶剂的电解液、高盐电解液、离子液体电解液、固态电解质以及含添加剂的传统电解液等角度对当前应用于LNMO电池的电解液体系进行了系统性概述,并对该领域未来的发展趋势进行了展望。

离子色谱法测定镍锰酸锂正极材料中的硫酸根含量

采用离子色谱法测定镍锰酸锂中硫酸根离子的含量,用盐酸和双氧水溶解试样,通过固相萃取柱净化后至离子色谱仪上进样测试,通过多次对比实验优化了试验方法。在优化的试验条件下,硫酸根在0~20.0μg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数为0.9998。对4个不同含量的样品分别进行了11次平行测定,相对标准偏差(RSD)为1.6%~5.9%。在镍锰酸锂试样中加入硫酸根标液进行加标回收实验,硫酸根离子的加标回收率在96.1%~106.3%。与传统的硫酸钡比浊法相比,离子色谱法操作简便快捷,方法检出限低,测量范围更宽,干扰少,测定结果可靠,再现性良好,适合大批量快速样品分析。

Mg、F掺杂镍锰酸锂正极材料的制备及性能研究

采用固相烧结+高速气流雾化工艺制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料,采用液相离子掺杂方式制备Mg、F掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料。利用SEM、XRD、DLS等对材料微观形貌、结构、粒度分布进行表征,利用恒流充放电测试研究电化学性能。结果表明,与未掺杂样品相比,Mg、F掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)电极具有优异的倍率性能(5 C放电比容量为114.12 mAh/g)和循环稳定性(1 C条件下150次充放电后,容量保持率在96.5%)。Mg、F掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料纳米化程度提高、结构稳定性增强、界面阻抗降低,从而材料的高倍率放电及循环性能得到了提升。文章提供了一种改善镍锰酸锂极材料电化学性能的有效途径,具有较高的市场推广价值。

正极材料镍锰酸锂LiNi_xMn_(1-x)O_2(0

在高温下合成了球型的锂离子二次电池正极材料镍锰酸锂(LiNixMn1-xO2,0<x<1)。作为反应物质的球型镍锰碳酸盐是采用均相沉淀法合成。文章讨论了不同的镍、锰含量对产物形貌、结构和电化学性能的影响。所生成的镍锰酸锂LiNixMn1-xO2颗粒由一级晶粒构成,具有较大的比表面积,经过X射线粉末衍射的分析,在006和102以及008和110分峰明显,为典型的层状盐结构。根据实验结果,在不同的n(Ni)/n(Mn)比例有不同的最佳反应温度,x=0·5时,合成温度为1000℃时,其放电比容量为153mAh/g,循环性能很好。

从废旧钴镍锰酸锂电池中回收有价金属的新工艺

提出了一种环境友好型的从废旧钴镍锰酸锂电池中回收锂、钴、镍、锰的新方法.采用苹果酸作浸出剂和双氧水作还原剂对预处理得到的正极活性物质进行还原浸出,并通过研究不同反应条件对苹果酸浸出液中锂、钴、镍、锰浸出率的影响,从而找出最佳反应条件.研究结果表明:最佳反应条件为反应时间30min、反应温度80℃、苹果酸浓度1.2mol/L、液液体积比为1.5%、固液比40g/L.在此条件下,苹果酸浸出液中锂、钴、镍、锰浸出率分别达到了98.9%,94.3%,95.1%和96.4%.

磷酸钐包覆对高电压镍锰酸锂正极材料电化学性能的影响

尖晶石型镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4))因制备成本低、放电平台高及循环寿命长等优点,越来越多地应用于大型储能设备、能量转换设备、动力汽车等领域.然而LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)在高电压(5 V)充电状态下电解液易分解,从而导致比容量降低以及循环性能衰退.针对以上问题,采用水热法制备磷酸钐(SmPO_(4))表面包覆改性LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料,研究了SmPO_(4)包覆量对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料电化学性能的影响.结果表明,当SmPO_(4)包覆量为0.5%(质量分数)时,改性材料(LNMO@SP-0.5)的电化学性能最优,在0.2C和5C倍率下的放电比容量分别为129.2和90.9 mA·h/g,而未包覆的材料Pristine LNMO的放电比容量分别仅有114.2和77.7 mA·h/g.在常温1C倍率下循环200次后,LNMO@SP-0.5的容量保持率为93.4%,而Pristine LNMO的容量保持率仅为86.6%.这归因于SmPO_(4)包覆能够有效缓解LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料与电解液之间的副反应,降低电极的极化程度和电荷转移电阻,增加了Li^(+)的扩散系数.

高电压正极材料镍锰酸锂的制备及性能研究

以镍、锰氧化物和碳酸锂为原料,采用高温固相法直接合成高电压正极材料镍锰酸锂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)。主要考察了烧结温度、烧结时间和Li/M等因素对工艺的影响。结果表明:在烧结温度为800℃,烧结时间为15h,Li/M为0.53时,合成的镍锰酸锂材料的综合性能达到了最佳。在此合成条件下合成的镍锰酸锂材料的1C放电比容量为129.53mAh/g,50次循环后1C放电比容量为122.60mAh/g,50次循环容量保持率94.56%,证明电池的循环性能良好。

高压镍锰酸锂电池电解液体系探索研究

新型正极材料高压镍锰酸锂的平台电位在4.75Vvs Li^+/Li,因此普遍认为电解液在高电位下的氧化分解是限制其应用的瓶颈。我们的研究工作发现,在半电池内、以纯碳酸酯为溶剂,镍锰酸锂表现出较好的循环稳定性,常规溶剂组合可以实现循环300周后容量保持80%以上,溶剂优化后,甚至达到92%以上的保持率。这表明高压镍锰酸锂电池正极一侧对添加剂的需求并不迫切。但是,我们发现部分常用石墨负极添加剂会对高压镍锰酸锂的循环性产生负面作用。本文中列举了碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸乙烯酯(ES)的氧化行为,发现它们分别在4.6V和4.05Vvs Li^+/Li会有明显分解反应。含有VC、ES添加剂的电解液使得镍锰酸锂电池的放电容量显著降低,在其电极表面有一层厚厚的沉积物,同时电池的阻抗显著增加。实验结果表明,在商品电池内广泛使用的负极添加剂,可能会优先在高压镍锰酸锂一侧发生正极氧化分解。因此,镍锰酸锂电池需要重新设计电解液体系。

高电压镍锰酸锂正极/电解液界面本征性质的研究

高电压正极材料的应用是提高锂离子电池能量密度的有效手段,然而高电压下正极/电解液界面稳定性成为决定锂离子电池在高电压工作条件下循环性能和安全性能的关键因素,因此高电压下正极/电解液界面具有重要的研究价值.但是,目前报道的正极/电解液界面的研究中通常使用传统的极片制备方法,这需要引入导电剂和粘结剂,会对后期正极活性物质表面钝化膜的形貌和组分表征带来干扰,甚至造成固体电解质界面(SEI)膜存在的假象,难以获得正极材料与电解液之间界面的本征信息.这里,我们采用溶胶凝胶旋涂法制备了不含导电剂和粘结剂的镍锰酸锂(LNMO)正极,以其为研究对象,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)技术,结合电化学阻抗谱(EIS)研究了LNMO正极/电解液界面在充放电过程中的结构演变过程以及本征性质.研究结果显示在充放电过程中,电解液中溶剂和电解质都会参与反应,其中Li PF6的降解主要发生在高电压下,其降解产物在放电过程中又会被反应消耗掉.它们的降解产物沉积到LNMO正极形成表面膜,该表面膜的主要成分随着电压的不同组分有所不同.

高功率型镍锰酸锂正极材料的研究进展

尖晶石结构的镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)具有三维扩散通道,有利于锂离子的传输且结构稳定,具有高的能量密度与功率密度,是未来最具实用价值的功率型锂离子电池正极材料之一。其中倍率是评价锂离子电池功率性能的重要标准。综述了形貌控制、体相掺杂、表面包覆等多种提升LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4倍率性能的方法,阐述了不同方法在改善锂离子电池电化学性能方面的作用,并指出高功率型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料目前需要解决的问题和研究方向。

共沉淀法合成镍锰酸锂正极材料前驱体

通过共沉淀法合成了类球形镍锰酸锂正极材料前驱体,研究了反应温度、溶液pH值、溶剂组成和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)添加量对前驱体镍锰碳酸盐形貌、粒径及物相组成的影响。结果表明,适宜的合成条件为:pH=9.0,反应温度80℃,乙醇与水体积比1∶3,表面活性剂CTAB添加量为1.5倍临界胶束浓度(CMC)。在该条件下制备的前驱体镍锰碳酸盐具有层片状堆垛的类球形结构;煅烧后得到的镍锰酸锂材料为无序型的尖晶石结构,属于Fd⁃3m空间群,结晶度高,粒径约150 nm。对镍锰酸锂进行电化学性能测试,结果显示,LiNi0.5 Mn1.5 O4在0.5C下的最大放电比容量为124.8 mAh/g,20次循环后容量保持率为62.3%,在大倍率下放电后再次回到0.5C,放电比容量为73.8 mAh/g。

镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,对高能量密度动力电池的需求日益迫切。开发高电压正极材料及其适配性电解液,成为下一代高能量密度动力电池的主要研究方向。镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)材料以其高电压(4.7V,vs.Li/Li^+)、高能量密度(达650W·h/kg)、资源丰富且价格低廉而受到广泛关注。然而,镍锰酸锂材料在长期的充放电循环过程中,锰从电极材料中溶解,破坏了电极材料的结构,导致电池性能恶化。介绍了镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展。指出离子掺杂、表面包覆、复合方法是改善镍锰酸锂电化学性能的有效途径。同时,通过引入成膜添加剂、改变锂盐的种类及浓度、调整主溶剂的种类及比例等方法,可以提高电解液的耐高压性能,提高镍锰酸锂电极与电解液的界面稳定性,也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后提出,适用于锂离子电池的5V高电压电解液的研发相对滞后,其是制约高电压电池体系应用的主要问题。

镍锰酸锂的固相法合成及结构分析

以二氧化锰、硝酸镍、碳酸锂为原料,采用固相法工艺合成了镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)正极材料,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对在不同焙烧温度、不同焙烧时间下制得的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4进行了表征。结果表明,900℃焙烧10h制得的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的粒径约1μm,晶体结构完整,呈现规则的多面体形貌。

界面化学对镍锰酸锂正极材料电化学性能影响的研究现状及分析

尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料因理论比容量和理论比能量高、工作电压高、资源丰富且价格低廉等优点而备受关注,但该材料因为高电压下电解液的分解及界面副反应导致循环性能和倍率性能不佳,制约着材料的推广应用。结合近几年的研究报道,介绍了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料的结构及脱嵌机制、表/界面化学、改性方法,着重介绍了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料的表面性质及不同组分之间的界面反应机制及对正极材料电化学性能的影响,指出LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料的晶面取向、颗粒形貌、表面元素分布、包覆及离子掺杂是改善镍锰酸锂材料电化学性能的有效途径。同时,通过溶剂替代、成膜添加剂的添加、改变锂盐的种类及浓度等方式,开发与之匹配的耐高压电解液也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后,对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料表面改性和电解液界面构筑方面进行了总结和展望,旨在为提升该材料性能的相关研究提供参考。

以镍锰酸锂为正极材料的固态电池制备与性能研究

由于液态电池存在安全隐患,开发新型材料的固态电池成为研究热点。以高电压材料镍锰酸锂作为正极材料,PES-LATP@PVC复合物为固态电解质组装固态锂离子电池,在常温下,利用X射线衍射仪、电化学工作站等测试电池的充放电性能和电化学性能。结果表明:制备的聚合物电解质具有阻燃性;组装的半电池在常温、0.2C电流下的首次充电比容量可达132.0775 mA·h/g,放电比容量为64.7751 mA·h/g,充放电效率为49.04%;循环结束后的电池阻抗为1755Ω,循环伏安(CV)测试表现出明显的氧化还原峰。

高电压正极材料镍锰酸锂的表面包覆及其电化学性能

设计并合成了一种新型的核-壳结构材料磷酸钴锂异质层包覆镍锰酸锂.橄榄石型的磷酸钴锂纳米颗粒均匀地生长于尖晶石型镍锰酸锂表面,磷酸钴锂包覆层不仅能够有效地诱导镍锰酸锂表面产生微量Mn^(3+),同时还能够减缓Mn^(3+)的歧化反应并阻止锰的溶出.NM-CP5样品具有最佳的电化学性能,在0.5 C的放电倍率下,容量可达137 mAh·g^(-1),充放电100次后容量仍保持132 mAh·g^(-1)(容量保持率达98.5%).