单晶和多晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2性能对比分析

【目的】对不同晶体特征的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)进行分析,深入了解高镍三元锂电池的特点。【方法】将不同前驱体与氢氧化锂混合,并通过高温烧结合成单多晶NCM811(SC-811和PC-811),进行电化学测试。【结果】结果表明,在0.5 C倍率下,PC-811的首次放电比容量可达204.5 mAh/g优于SC-811的189.4 mAh/g;PC-811在低倍率时比容量较高,而SC-811在高倍率时比容量较高;此外,低温放电时,SC-811的容量保持率比PC-811高,说明SC-811具有更好的低温耐受性。【结论】SC-811具有稳定的晶体结构、良好的循环性能和低温性能,而PC-811具有较高的放电比容量和能量密度。

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2,并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌.使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能.结果表明,pH为7.0时,合成的材料颗粒更小、分布最均匀,材料具有良好的层状特征,且材料中锂镍的混排程度最小.电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能,在0.1C的倍率下,材料的首次放电比容量达到了185 mAh.g-1,在循环20周后,放电比容量仍然保持在160 mAh.g-1.X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价,Mn为+4价.

Ti、Mg离子复合掺杂对LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2性能的影响

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的结构及其电化学性能的影响.结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化.1%(摩尔分数)的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的倍率放电能力,平台保持能力和高倍率下的循环性能.交流阻抗谱表明钛镁离子掺杂抑制了LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2在高放电倍率下循环的电化学反应阻抗Rct的增加.采用几种不同价态的金属离子复合掺杂是改善嵌锂的镍钴锰系金属氧化物的倍率放电能力的有效途径.

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的循环性能

采用共沉淀法可以制备出首次放电容量高达210mA·h／g的LiNi0．5Mn0.5O2材料（2．8～4．5V，电流密度30mA／g），但材料循环性能受制备过程中的处理工艺影响很大，处理不严格将导致材料循环性能严重下降。围绕材料的循环性问题，对其机理进行了分析并在此基础上对制备工艺进行了进一步改善：分别从配锂方式，烧结过程中的升降温速率以及烧结的保温制度进行了系统研究。结果表明：采用改进配锂方式，缓慢升温速率（2℃／min），高低温结合的烧结制度和快速风冷工艺所制备的材料首次放电容量达到188mA·h／g，30个循环后仍保持在174mA·h／g，循环效率有了明显的提高。

共沉淀法制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2过程中加料速度对其性能的影响

采用共沉淀法制备Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体,与LiOH.H2O混合后在氧气气氛中焙烧得到LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,探讨共沉淀反应过程中快速加料和慢速加料制度对前驱体形貌和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试对样品进行表征。结果表明:慢速加料法减小了材料的粒径,合成了平均粒径在0.5μm左右的球形Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体,且粒径分布比较集中;所合成LiNi0.8Co0.1-Mn0.1O2正极材料具有良好的层状结构,且无杂相存在;缓慢加料法得到的样品的电化学性能有很大提高,在0.1 C、0.5 C和1 C下首次放电比容量分别达到223.5、194.3和190.7 mA.h/g,循环30次后,容量保持率为80.09%、80.80%和85.84%。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2研究进展

三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2具有能量密度大、比容量高、成本低等优点,已基本实现产业化。但该材料的容量保持率低和热稳定性能差阻碍了其全面快速的发展。综述了制备工艺的优化、掺杂和包覆等改性方法对三元正极材料性能的影响,重点介绍了热电化学和数值模拟的研究现状和应用。

纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其电化学性能

为改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。

高镍三元正极材料后处理降碱工艺

以高镍含量镍钴锰氢氧化物、氢氧化锂为原料,采用高温固相法合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811)。温度为750~850℃、n(Li)∶n(Ni+Co+Mn)为1.02∶1.00~1.08∶1.00,合成的NCM811材料保持纯相,但材料中残留的碱性杂质仍然较多。通过引入磷酸二氢铵、纯水淋洗等手段,可较为简便地处理残留的碱性杂质。与未处理的相比,淋洗降碱后的样品在3.0~4.3 V充放电,0.5 C、1.0 C及2.0 C倍率性能约有1%的降低,但0.1 C首次充放电效率由89.1%上升到93.0%,1.0 C放电比容量由179.2 m Ah/g上升为181.8 m Ah/g,循环100次,容量保持率由90.8%上升到94.1%。

Li-Ni-Mn-O锂离子电池正极材料研究进展

Li-Ni-Mn-O正极材料由于具有比容量高、资源丰富、价格便宜、污染少等优点,而被视为最具发展潜力的锂离子电池的正极材料之一,近年来受到广泛关注。综述锂离子电池正极材料Li-Ni-Mn-O的研究进展,阐述其结构特征、制备方法及电化学性能。指出这些材料目前存在的主要问题并介绍解决方法,最后指出Li-Ni-Mn-O正极材料的发展前景和今后的研究方向。

快速共沉淀过程pH值对Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_2及LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2性能的影响

采用快速共沉淀法制备Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2前驱体,利用前驱体与LiOH.H2O的高温固相反应得到锂离子电池层状正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,探讨pH值对材料结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学测试对合成样品进行表征。结果表明,pH值为11.00~12.00时,合成的Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2前驱体均无杂相;pH值为11.50时,合成的前驱体制备出的正极材料具有良好的电化学性能,0.1C倍率下首次放电比容量为192.4 mA.h/g;经过40次循环,容量保持率为91.56%。

高振实密度球形LiNi_(0.5)Co_(0.3)Mn_(0.2)O_2粉末的合成及性能

以共沉淀法制备的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2CO3粉末为前驱体,按一定的比例将碳酸锂与前驱体混合,然后采用高温固相法合成高振实密度球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料。该材料的振实密度达到2.60g/cm3,与商品化LiCoO2的密度相当。SEM分析表明,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料与前驱体形貌有良好的继承性,均为理想的球形。XRD物相分析表明,在不同合成温度下的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2产物均为具有α-NaFeO2层状结构的纯相物质,在较高合成温度下所得材料的结晶度较高。电化学性能研究表明,在2.7～4.3V的电压范围内,电池的放电比容量在0.2C倍率下为168.1mA·h/g,在1C倍率下为157.6mA·h/g;经50次循环后,两种放电条件下的电池容量保持率分别为95.1%和97.2%,显示出良好的电化学性能。

正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的合成工艺优化及电化学性能

采用高温固相法合成锂离子电池富镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,对其工艺条件进行优化,对产物进行X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及电化学性能分析。结果表明:在氧气气氛下,锂与金属元素摩尔比为1.05:1、烧结时间15 h、烧结温度750℃为最佳合成工艺条件。按最佳工艺合成的样品在1C首次放电容量高达174.9mA·h·g^(-1),50次循环后比容量为158.5 mA·h·g^(-1),容量保持率为90.62%,表现出良好的循环稳定性。XRD和SEM表征表明,在氧气气氛下烧结的样品有良好的层状结构,阳离子混排程度小,具有较好的类球形,粒径均匀分布在10~20μm。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,工艺条件的优化有助于提高正极材料的电化学性能。

初始Li/(Mn+Ni)摩尔比对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2电化学性能的影响

以Li2CO3,MnCO3和Ni(OH)2为原料,采用一步固相反应制备锂离子电池层状结构正极材料LiNi0.5-Mn0.5O2,采用X射线衍射和扫描电镜对其结构和形貌进行表征,并研究配料时不同初始Li/(Mn+Ni)摩尔比(1.0,1.05,1.1,1.2,1.5)对LiNi0.5Mn0.5O2电化学性能的影响。X射线衍射结果表明,在600℃预烧12 h而后800℃烧结24 h的条件下各样品结晶完整,初始Li/(Mn+Ni)摩尔比为1.5时样品有未知相杂质生成。扫描电镜分析表明,随着初始Li/(Mn+Ni)摩尔比的增大,颗粒团聚加剧。电化学测试结果表明,随着初始Li/(Mn+Ni)摩尔比(≥1.05)的提高,初始容量有下降趋势。初始Li/(Mn+Ni)摩尔比为1.05和1.1时样品首次放电容量分别为167.0 mA.h/g和147.2 mA.h/g,循环20次后容量保持率分别为88.2%和97.8%。

锂离子电池正极材料LiNi_(0·4)Co_(0·2)Mn_(0·4)O_2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料，应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0．4Co0．2Mn0．4O2正极材料．X射线衍射技术（XRD）及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术（SEM）、综合热分析（TG—DSC）表征结果和电化学测试结果表明，该材料具有单一层状结构，颗粒大小均匀，热稳定性好，首次放电比容量高达208．7mA·h／g（2．0—4．6V，0．1C），电化学性能优异．非原位（ex situ）XRD测定结果表明，材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减．

正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的合成及电化学性能

将液相共沉淀法制备的Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2与LiOH.H2O混合,固相烧结合成微米级的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。XRD谱表明,合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料为典型的α-NaFeO2层状结构,无杂质峰;从SEM像可以看出,产物颗粒为类球形,分散性好,由一次粒子紧密堆积而成,平均粒径为3μm;电化学测试结果表明,在2.8～4.3 V电压范围内,750℃焙烧15 h合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的电化学性能最优,0.1 C时,其首次放电容量为186.748 mA.h/g,分别高于700和800℃时的首次放电容量172.947和180.235 mA.h/g。材料在0.5和2 C时循环40次后,容量保持率分别为98.32%和88.72%,循环性能良好。

锂离子电池正极材料LiNi0．3Co0．4Mn0．3O2的制备及性能

采用共沉淀法制备前驱体,并采用高温固相法合成单相层状结构LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2材料(R-3m空间群)。用X射线衍射、恒电流充放电方法对所合成材料与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料进行结构和电化学性能对比分析。研究结果表明,LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2具有有序的二维层状结构,在2.75～4.3 V电压区间以0.1C倍率进行充放电,首次放电容量、效率分别为152.3 mA.h/g和84.4%,LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2具有更高的放电平台率,首次放电时3.6 V平台率为95.0%;以0.2C倍率进行30次充放电循环后,放电容量保持率为初始容量的97.4%。

锂离子电池镍掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的电子结构

采用密度泛函平面波赝势方法对LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4的几何结构进行了优化,并计算了相应的电子结构。计算的结果表明:在Li+脱嵌前后,LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4均为导体,且锂元素主要以离子形式存在于两种材料中,O2p轨道与Mn(Ni)的3d轨道形成了较强的共价键。Li+嵌入导致Mn(Ni)3d轨道的态密度峰发生移动。Ni的掺杂导致Mn(Ni)和O2p轨道的成键作用得以加强,电子在Mn(Ni)3d轨道的填充发生变化,从而提高了电池的充放电电压。

高致密球形LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2颗粒的合成及性能研究

以氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,通过共沉淀制备了高致密、粒度均匀的球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2.通过焙烧该前驱体和LiOH.H2O的混合物制备出球形锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.采用XRD、SEM、TEM、TGA/DSC以及恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,球形前驱体是由纳米级一次颗粒团聚形成,而不是晶粒的长大,且反应时间对前驱体的形貌、粒径分布及振实密度有显著影响.750℃焙烧16 h后的正极材料,保持了完好的球形形貌,具有最佳的层状结构和电化学性能,振实密度最大(2.98 g/cm3),首次放电容量为202.4 mAh/g,倍率性能佳,在3C的放电电流下容量为174.1 mAh/g,且循环性能优良,在40次循环以后,放电容量保持率为92.3%.

高功率锂离子电池的研制及快充性能

研制额定容量5Ah的高功率LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2三元正极材料锂离子电池,对比陶瓷隔膜与普通隔膜对电池倍率性能的影响,并研究电池的快速充电性能、高倍率循环性能及安全性能。相比普通隔膜,陶瓷隔膜可提升电池的倍率性能。采用陶瓷隔膜制备的电池最高可进行200A(40C)放电(3.0-4.1V),放电容量可达4A时的75.2%,而采用普通隔膜的电池仅为16.3%。陶瓷隔膜电池50A充电的恒流比达到87.0%,具有良好的快充性能;以20A在3.0-4.2V循环1000次,容量保持率为85.2%,且循环后负极表面无析锂,表明电池具备20A的长期高倍率循环能力。在过充、过放、短路及针刺实验中,电池未起火、爆炸.

氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的机理

用共沉淀法制备前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,焙烧前驱体与Li2CO3制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM和DSCTGA分析焙烧中间产物的结构、形貌及变化,探索制备Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的机理。随着焙烧温度的升高,前驱体分解成(Ni0.5Co0.2Mn0.3)3O4,随后Li2CO3参与反应,形成Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的生成在650℃时结束,但层状结构在900℃时才趋于完美。