全固态硫化物锂电池中NCM正极及其界面研究

采用硫化物电解质的全固态锂电池被视作解决传统液态锂电池安全问题与能量密度提升的最有效方案。正极材料作为锂电池的主要组成部分之一,很大程度上决定着全固态锂电池的基本性能。镍钴锰酸锂(NCM)三元体系正极材料因具备能量密度较高和成本较低的优点,以及与硫化物电解质的可兼容性而受到广泛关注。然而,NCM三元材料存在安全性低、循环稳定性差等缺点,与硫化物电解质接触界面仍存在许多问题亟待解决。因此,分析和研究NCM三元正极材料的结构组成和界面优化,对于提高全固态锂电池稳定性和安全性具有重要的意义。聚焦于当前主流三元正极材料以及与硫化物固态电解质界面问题的匹配性研究,阐述了NCM三元正极材料在全固态锂电池应用中所面临的挑战、解决策略和发展机遇,并对NCM三元正极的进一步发展和应用提出展望。

腈基功能化有机硅氧烷成膜添加剂的合成及其在NCM811/Li电池中的应用

设计合成了一种腈基功能化有机硅氧烷化合物2-甲基-4-(1,1,3,3,3-五甲基二硅氧烷)丁腈(DSMCN),研究其作为电解液添加剂在高能量密度高镍三元NCM811电池中的电化学性能。利用线性扫描伏安法(LSV)测试了DSMCN的氧化电位,考察了DSMCN添加剂对富镍三元NCM811电池的循环、倍率和高温等条件下的电化学性能。在25℃下,NCM811/Li电池在1 C倍率下循环200圈后,容量保持率由基础电解液的80.93%提升至94.89%;在55℃的高温下,容量保持率从59.52%提升至88.09%。电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试发现,DSMCN化合物能够在NCM811电极表面参与形成更稳定、均匀致密的正极电解质界面膜,展现出更优的电化学动力学特征,降低了界面阻抗,有利于常/高温下电极/电解液界面的Li+扩散和电荷转移,从而提高了NCM811电池的电化学性能。

三元锂正极材料电化学性能及回收技术分析

“双碳”目标出台后,新型能源在能源消耗结构中的占比迅速提高,锂离子电池(LIBs)储能市场也稳步发展,动力电池也进入了报废高潮。而正极作为电池性能提升的关键性因素更是受到了国内外的广泛关注。为了兼顾正极材料的容量、结构稳定性、安全性,以及回收其中的有价金属,本文特针对NCM三元正极材料的现存问题进行分析,深入学习了电化学性能改性和回收等技术,并针对现有技术的不足提出改进思路,为之后的研究提供参考。

复合炭导电剂改性高镍三元NCM811正极材料研究

高镍三元正极材料在发展高比能量锂离子电池方面具有良好的应用前景。为研制兼具高比容量和高导电性的高镍正极材料,本文从改善镍钴锰(NCM)811高镍三元正极电子导电性的角度出发,研究了二元复合炭导电剂对高镍三元811正极电化学性能的影响及其机制。结果表明,线性气相生长炭纤维(VGCF)的结晶度和石墨化程度最高,导电性最佳,其次为多壁炭纳米管(MW-CNT)。以零维粒状炭黑(CB)为基础导电剂,探讨了二元复合炭导电剂对NCM811高镍三元正极性能的影响。结果表明,最佳二元复合炭导电剂由石墨化程度较高、导电性较好的MWCNT与纳米炭黑组成,其分散均匀、点线结合形成的三维导电网络最利于电子传导。将其用于高镍三元NCM811正极,首次放电比容量达185 mAh·g^(-1);循环200次后容量保持率达89%,循环稳定性得以显著改善。

工艺参数对NCM811半电池性能影响研究

研究了半电池配方、压实密度工艺参数对团聚体LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)正极材料电化学性能的影响。研究表明:配方中导电剂含量较低时有利于提升压实密度同时缓解颗粒破碎程度,但是导电剂的减少会略微影响倍率和循环性能。压实密度的提升可以增加活性物质和导电剂的接触,降低阻抗从而提升容量,但是会加剧正极材料颗粒破碎,从而导致循环过程中阻抗增加以及循环衰减。该研究为NCM811材料的开发和应用提供了实验依据,有助于推动高镍正极材料的进一步发展。

等离子液料喷涂制备镍钴锰酸锂（NCM）正极材料性能研究

镍钴锰酸锂三元材料因其聚集了锰酸锂、镍酸锂、钴酸锂三种锂离子电池正极材料的优点而成为研究热点。不同于传统锂电池涂布-辊压-烘干的长流程制片工艺,等离子喷涂拥有制程简便、效率高、能制备宏观体型电极的优势。本文采用液料等离子喷涂工艺制备镍钴锰酸锂(NCM)正极电极,通过X射线粉末衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、充放电性能测试等对电极的理化特性和电化学性能进行测试分析。结果表明,新型的等离子喷涂工艺方法制备的NCM正极电极致密、粘结性好,电化学性能测试表明极片的放电比容量为1500μAh/g,20周循环后比容量543μAh/g,这为将来能制作大型高安全性电池奠定了一定的基础。

富镍三元层状正极材料表面残碱去除工艺:研究进展、挑战及展望

富镍LiNi_(1-x-y)Co_(x)Mn_(y)O_(2)(NCM)/LiNi_(1-x-y)Co_(x)Al_(y)O_(2)(NCA)三元层状正极材料因其比容量高、成本低等优势,被认为是最具前景的锂电池正极材料之一。但由于其对空气中H_(2)O和CO_(2)的敏感效应,表面易生成残碱化合物LiOH/Li_(2)CO_(3)(RLCs),而RLCs的存在会急剧恶化富镍三元材料热稳定性能和电化学性能,致使其大规模商业化应用面临严峻挑战。本文首先综述了RLCs的组成和形成机理,并系统概括RLCs引起的微裂纹扩展、Li^(+)/Ni^(2+)混排、界面副反应和晶格相变等材料失效机制以及常用RLCs去除策略;重点阐述去离子水洗涤、无水乙醇洗涤、溶液洗涤及后续一体化处理等三种RLCs去除工艺的研究进展及对材料结构、形貌及电化学性能的影响机理。最后,归纳总结上述溶液洗涤去除RLCs策略的特点,并对富镍NCM/NCA三元层状正极材料表面残碱去除工艺的未来研究方向进行展望。

磁控溅射制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)薄膜工艺研究

目的探究了磁控溅射法制备符合化学计量比且循环性能良好的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)薄膜工艺,有利于进一步提高全固态薄膜电池能量密度。方法从溅射功率、氩氧比、衬底温度中各选取3个水平组成L9(34)正交试验,在不锈钢衬底上沉积制备NCM811薄膜。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对薄膜进行表征。利用EDS和ICP对薄膜成分进行分析。利用蓝电测试系统对以NCM811为正极的电池进行循环曲线测试。结果根据极差分析结果发现,影响前50圈放电容量保持率的因素从大到小依次为:温度>功率>氩氧比。其中功率和温度对循环性能有很大的影响,极差R值分别为18.45和26.79;氩氧比对循环性能影响较小,极差R值为3.17。增大溅射功率、提高衬底加热温度、增加氩氧比中氩气的含量有利于制备出符合化学计量比的NCM811薄膜。随着溅射功率的提升,NCM811薄膜的结晶度增强,材料中Ni^(2+)/Li^(+)阳离子的混排程度降低;随着衬底温度升高,薄膜由非晶逐渐转化为晶态,表面由无序非晶形貌过渡到小三角片状晶粒,厚度变薄,且更加致密。薄膜的循环性能也随着功率和衬底温度的增加有着明显的提升。结论正交试验结果表明,薄膜制备的最优工艺条件为:溅射功率110 W,衬底温度650℃,Ar∶O_(2)=2∶1(体积流量比),验证试验表明NCM811薄膜中主元素原子数占比Ni∶Co∶Mn=79.9∶10.2∶9.9,接近理想原子数占比8∶1∶1,且前50圈放电容量保持率达到72.33%。

层状富锂锰基镍钴锰正极材料制备工艺改性的研究进展

层状富锂锰基镍钴锰(Ni-Co-Mn)(NCM)正极材料成本低,比容量高,安全性好,是极具商业前景的三元正极材料,但存在首次不可逆容量大、高电压、高倍率和高温条件下循环性能差等缺陷。为有效改善富锂锰基NCM材料的首次充放电容量、倍率特性和循环性能等电化学性能,研究者们通过表面包覆、元素掺杂和优化制备工艺等手段进行改性。从改进材料制备工艺环节角度,评述了原材料的恰当选择、材料形貌的特殊结构、与导电剂材料复合及与其他正极材料混合4方面的研究进展,并展望了今后的研究方向。

高镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)锂电正极材料的制备及界面改性研究

利用高温固相法和深度掺杂改性工艺,制备了具有空白和表面改性的高镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)三元锂电正极材料。采用SEM、XRD和EDS等分别对空白和表面改性的NCM811正极材料的表面形貌、晶格结构、二次球颗粒内部元素分布进行测试,并将材料组装成半电池进行电化学性能研究。结果表明,Al和Zr元素的深度掺杂对NCM811正极材料的一次颗粒生长产生了明显的影响,可改变材料的表层一次颗粒形貌,并造成材料峰位的偏移;Al和Zr元素掺杂主要集中在二次球颗粒表层,并且呈梯度分布,其表面扩散厚度可达1μm,远大于普通低温包覆工艺(扩散厚度<0.3μm);Al和Zr元素深度掺杂使NCM811正极材料的首次放电容量降低了1.8 mAh/g,5 C倍率放电保持率提高了1.6%,50圈循环容量保持率提高了9.7%,大幅提高了NCM811正极材料循环稳定性能。

电感耦合等离子体发射光谱法测定镍钴锰氢氧化物中硫酸根含量的不确定度评定

采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定镍钴锰氢氧化物(三元正极材料NCM前驱体)中硫酸根含量.确定了适宜的测试条件,依据不确定度评定的方法,分析了不确定度来源、量化不确定度分量、计算检测结果的合成标准不确定度和扩展不确定度.结果表明,NCM前驱体中硫酸根的质量分数为2709±88mg/kg,样品加标回收率为97.5%~99.7%,相对标准偏差(RSD)为2.02%.方法简单、快速.