颗粒微观结构对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电性能的影响研究

锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（简称NCM811）能量密度高,有望满足电动汽车长续航里程要求,近年来成为业内关注和研究的焦点。然而,NCM811存在表面碱度高,稳定性差,长循环下颗粒容易碎裂和粉化等问题,阻碍了其大规模应用。本文将三元材料进行单晶化研究,即将二次球颗粒熔融形成单晶颗粒,以期解决三元材料结构和表面稳定性差等问题,并探索在高电压体系使用可行性。实验结果表明,将锂与过渡金属配比设为1.05,在910°C下烧结12 h,可得到形貌较好的单晶NCM811材料,此时材料表面碱度和晶格Ni/Li阳离子混排度均较低,分别为0.288wt%和2.24%。电性能评估结果显示,该材料在3.0–4.3 V下克容量可达191.5mAh/g,同时高温和高电压下循环稳定性得到明显提升,在高温50°C下,3.0–4.4V电压区间内循环100周,容量保持率可达95.1%,而二次颗粒材料仅为88.5%。相比二次颗粒,单晶形态的NCM811材料虽然倍率性能会稍有下降,但结构和表面稳定性更佳,在高电压高能量密度体系具有较好的应用前景。     

锂离子电池正极材料LiFePO4/C的制备与表征

采用溶胶-凝胶法合成了LiFePO₄/C复合材料,利用元素分析、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等方法对其进行了表征,将其组装成模拟电池测试了其电化学性能.结果表明：LiFePO₄/C具有单一的橄榄石型晶体结构,碳粒子平均颗粒大小在1μm左右.LiFePO₄/C复合材料在3.4 V处具有很好的充放电电压平台,与LiFePO₄相比,具有更高的放电比容量和更好的循环性能,在60 ℃时的首次放电容量达到133 mAh/g,经20次循环后的容量保持率为93.8%.     

La0.7Zr0.1Mg0.2Ni3.4-xCoxFe0.1合金的制备与电化学性能研究

在氩气保护下采用电磁感应熔炼制备La0.7Zr0.1Mg0.2Ni3.4-xCoxFe0.1（x=0.15,0.25,0.35,0.45）合金,研究合金的相结构,以及Co元素部分取代Ni元素对合金的气态储氢性能和电化学性能的影响。结果表明,合金主要由LaNi5、LaNi2以及La2MgNi9相组成。合金电极的最大放电容量分别为346.7mAh/g（x=0.15）、320.3mAh/g（x=0.25）、363.0mAh/g（x=0.35）和313.3mAh/g（x=0.45）,经过65个充放电循环后,合金电极的容量保持率从63.0%（x=0.15）增加到80.2%（x=0.35）,然后再下降到75.0%（x=0.45）。La0.7Zr0.1Mg0.2Ni3.15Co0.25Fe0.1合金具有较高的高倍率放电性能（HRD1200%=67.3）和较大的极限电流密度（IL=386.8 mA/g）,显示出其良好的电化学动力学性能。     

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%.     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及性能研究

采用液相共沉淀合成法制备了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,用XRD表征了材料的结构.在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/1mol·L-1 LiPF6-EC+DEC+EMC/MCMB体系中用恒流充放电和交流阻抗技术研究了材料的电化学性能.XRD表明,合成的材料具有良好的α-NaFeO2层状结构.恒电流充放电测试显示,在3.0～4.2 V 0.1倍率下的初始放电比容量为133.38 mAh·g-1.经过100次的循环之后,电池还能保持良好的性能.在高低温环境测试中,体系表现出了良好的放电性能.     

基于可变放电截止电压的锂离子电池的低温加热方法研究

针对锂离子动力电池低温环境使用问题,提出了一种基于可变截止电压的电池加热方法。在低温环境下,以某一恒定充放电电流倍率对电池进行多个充放电循环,以截止电压作为每一个充放电循环的结束条件,在每一个充放电循环结束后,将截止电压增加某一梯度值并进入下一个充放电循环,利用电池充放电时内阻产生的热量对电池进行加热,直至电池达到目标温度。对额定容量为1Ah的18650磷酸铁锂电池进行低温加热实验,结果表明,在环境温度为-10℃的条件下,截止电压变化梯度为0.05V,充电电流为2C,放电电流为4C,能够实现21min内电池从-10℃加热到5℃。     

以竹纤维为模板制备微米管状Li4Ti5O12负极材料

以竹纤维为模板,Ti(OC4H9)4和Li(Ac).2H2O为原料,用模板法制备锂离子电池微米管状Li4Ti5O12负极材料。采用XRD,SEM,BET,充放电实验和交流阻抗等对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。研究结果表明:制备的微米管状Li4Ti5O12负极材料由尖晶石型纳米Li4Ti5O12颗粒构成,具有较大的比表面积,该材料具有良好的电化学性能,在0.5~3.0 V,0.1C倍率下的首次放电比容量为178 mA.h/g,充放电循环100次后放电比容量仍保留162 mA.h/g,且倍率性能优异。     

V2O5干凝胶薄膜电极电化学性能的研究

以晶态V₂O₅(c-V₂O₅)为原料,采用熔融淬冷法成功制取了V₂O₅干凝胶(VXG)薄膜电极,以所制备的样品作为正极,金属锂为负极组装了纽扣电池。电化学阻抗谱(EIS)分析表明,在放电过程中 ,几乎没有扩散阻抗的存在。循环伏安(CV)、恒流放电(CD)和充放电(DC)结果显示该样品具有较好的综合性能,以 60mA/ g的质量电流密度充放电,其首次放电比容量高达350mAh/ g,充放电效率可达98%,循环75次后,容量保持率仍可达61%。     

氟化锂及氮化亚铜人工固态电解质膜对锂离子电池正极三元材料的改性

在锂离子电池充放电过程中,电解液与电极材料发生反应,形成的固态电解质膜(solid electrolyte interphase,SEI)随着充放电次数的增加而变厚,这将降低电池的循环稳定性。所制备的人工固态电解质膜(a-SEI)可改善锂离子电池的循环稳定性,其主要成分为使用液相法制备的氟化锂(LiF)、氮化亚铜(Cu 3N)纳米颗粒。通过两种不同路径,将两种纳米颗粒先后在锂离子电池正极三元材料LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2(NCM811)电极片表面和活性材料颗粒表面涂覆生成一层a-SEI。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学阻抗谱(EIS)等材料表征和电化学分析方法,解析a-SEI对锂离子电池循环稳定性的影响。结果表明,NCM811材料表面包覆Cu 3N作为a-SEI的电化学性能最好,相比纯NCM811材料,50周循环后的容量保持率可提升26.5%。     

高能量密度全固态锂金属电池Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12基锂硼负极的制备及性能

采用熔融态金属锂与高纯硼粉复合制备了锂硼复合材料并应用于固态电解质(Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂, LLZTO)制作对称电池，对比研究了锂硼复合固态对称电池与锂金属固态对称电池的电化学性能。结果表明:锂硼复合固态电池界面阻抗(约6 Ω/cm2)小于金属锂固态电池的界面阻抗(约103 Ω/cm2)，说明锂硼复合电极和固态电解质接触良好；在400 μA/cm2的电流密度下进行充放电测试，锂硼复合固态对称电池可以稳定循环250次以上，而金属锂固态电池很快失效；锂硼复合固态对称电池在0.1 mAh保持容量下的临界电流密度达到2 700 μA/cm2，在0.1 mA/cm2电流密度下的面容量可达12 mAh/cm2。研究表明该锂硼复合固态对称电池具有优异的循环性能。     

电动汽车动力电池技术研究进展

 从锂离子电池材料技术、单体电池、电池系统等几个方面对锂离子动力电池的发展进行了评述。锰酸锂一般应用于轻型电动车辆,也可与三元材料混合提升新能源车辆用电池的安全性和倍率性能;磷酸铁锂适用于中等比能量要求的动力电池;三元材料通过材料、隔膜涂层和电池技术的改进提升安全性后适用于高比能量型电池;石墨负极目前仍然是广泛应用的负极材料,在碳负极材料中添加硅等高容量材料的努力仍在进行中,液体电解液在向高电压和宽工作温区方向发展;小圆柱电池、方形金属壳电池和软包电池各有特点,适应了多元化的电动汽车应用需求,国产制造设备技术水平持续提升,电池系统技术方面需要整车和电池方面合作努力以提升安全性和可靠性。锂离子动力电池是目前最具实用价值的动力电池,预期其比能量在不久的将来可提升至300 (W·h)/kg,满足新能源汽车产业未来10年的发展需求。     

环氧树脂作还原剂制备Li3V2(PO4)3的结构和性能

采用高温固相法,以环氧树脂为还原剂合成锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3.通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜对样品的晶体结构和微观形貌进行表征,并用恒电流充放电和循环伏安实验研究材料的电化学性能.结果表明所制备的Li3V2(PO4)3为结晶完善的单斜结构,颗粒分布均匀且粒径较小,0.2C时在3.0V~4.3V电压范围的首次放电比容量为126.9mAh/g,30次循环后的比容量为126.0mAh/g,容量保持率达到99.29%.     

Lithium-ion full cell with high energy density using nickel-rich LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode and SiO-C composite anode

A high-energy-density Li-ion battery with excellent rate capability and long cycle life was fabricated with a Ni-rich layered LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ cathode and SiO-C composite anode. The LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ and SiO-C exhibited excellent electrochemical performance in both half and full cells. Specifically, when integrated into a full cell configuration, a high energy density (280 Wh·kg-1) with excellent rate capability and long cycle life was attained. At 0.5C, the full cell retained 80% of its initial capacity after 200 charge/discharge cycles, and 60% after 600 cycles, indicating robust structural tolerance for the repeated insertion/extraction of Li+ ions. The rate performance showed that, at high rate of 1C and 2C, 96.8% and 93% of the initial capacity were retained, respectively. The results demonstrate strong potential for the development of high energy density Li-ion batteries for practical applications.     

锂离子动力蓄电池充放电基本性能的研究

为了考察锂离子动力蓄电池应用于电动汽车的可行性 ,本文以MCMB和LiCoO2 为正负极材料 ,自行设计组装了 5A·h、2 5A·h和 50A·h的方形层叠式锂离子动力蓄电池 ,用恒电流限电压充放电方法研究了其在不同电流下的放电行为和荷电保持能力 .研究结果表明 :以0 .2C倍率、10 0 %DOD放电时 50A·h电池的质量比能量和能量密度可分别达到 10 7.4W·h/kg和 185.1W·h/L ,已经超过了美国电池先进联合体 (USABC)规定的动力蓄电池的中期开发目标。 5Ah电池的 1C倍率放电容量可保持 0 .1C倍率放电容量的 79.35% .电池的荷电保持性能良好 ,日平均自放电率小于 0 .32 4 % /d ,开路电压月下降只有 0 .1V左右     

电动自行车用铝塑膜锂离子二次电池的研究

研制成功了电动自行车用5.5Ah圆柱型铝塑膜锰酸锂电池,它具有良好的倍率、循环、高低温特性。单体电池通过了GB/T 18287—2000的安全试验,所有试验中电池不起火、不爆炸。将单体电池放电到3.0V,然后搁置3个月,电池出现“气胀”,经过循环,“气胀”消失,电池性能没有发生明显的变化。10.8V/5Ah电池组1C,100％DOD循环500次,容量保持在82％。     

钠离子电池苯醌电极材料放电平台改性研究

p-Benzoquinone (BQ) is a promising candidate for next-generation sodium-ion batteries (SIBs) because of its high theoretical specific capacity, good reaction reversibility, and high resource availability. However, practical application of BQ faces many challenges, such as a low discharge plateau (~2.7 V) as cathode material or a high discharge plateau as anode material compared with inorganic materials for SIBs and high solubility in organic electrolytes, resulting in low power and energy densities. Here, tetrahydroxybenzoquinone tetrasodium salt (Na₄C₆O₆) is synthesized through a simple neutralization reaction at low temperatures. The four –ONa electron-donating groups introduced on the structure of BQ greatly lower the discharge plateau by over 1.4 V from ~2.70 V to ~1.26 V, which can change BQ from cathode to anode material for SIBs. At the same time, the addition of four –ONa hydrophilic groups inhibits the dissolution of BQ in the organic electrolyte to a certain extent. As a result, Na₄C₆O₆ as the anode displays a moderate discharge capacity and cycling performance at an average work voltage of ~1.26 V versus Na/Na+. When evaluated as a Na-ion full cell (NIFC), a Na₃V₂(PO₄)₃ || Na₄C₆O₆ NIFC reveals a moderate discharge capacity and an average discharge plateau of ~1.4 V. This research offers a new molecular structure design strategy for reducing the discharge plateau and simultaneously restraining the dissolution of organic electrode materials.     

层状LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极材料的合成

用碳酸盐同沉淀法合成了LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂正极材料,采用XRD(X7-Ray Diffraction)、SEM (Scanning Electron Microscope)、差分计时电位法和充放电循环等对材料的物理化学性质及电化学性能进行了测试分析。XRD分析表明在合成温度为800℃或更高时,所合成的产物均为α-NaFeO₂型的层状结构,SEM分析表明在合成温 度为800或850℃时,产物为微小晶粒团聚成的球形颗粒,合成温度为900℃以上时,产物颗粒发生破碎,形状不规则。950℃合成的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂材料在2.5～4.4V电位区间内, 首次放电容量为162 mAh·g^-1, 并具有良好的循环性能。随着充放电电压的升高,首次不可逆放电容量增大, 循环稳定性减弱。在低温(800, 850℃)下合成的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂材料与高温下(900, 950℃)得到的材料性能有很大差别,这是由于在高温和低温下得到材料的结构差别所造成的。     

新型材料Na_4MnV(PO_4)_3的电化学性质及其改性

用溶胶-凝胶法制备纯相Na_4MnV(PO_4)_3@C材料,对Na_4MnV(PO_4)_3@C进行石墨烯复合,通过降低材料中Mn含量抑制体系的Jahn-Teller效应,并利用恒流充放电方法测试材料的电化学性能.结果表明:Na_4MnV(PO_4)3@C作为钠离子正极材料,在2.5~4.0V下的比容量为105mA·h/g,平均电压为3.6V,30次循环后的容量保持率为63%;复合后的材料在30次循环后,容量保持率为71%;低锰材料Na_(3.5)Mn_(0.5)V_(1.5)(PO_4)_3@C在2.5~4.2V下的比容量为110mA·h/g,50次循环后的容量保持率为90%,材料的容量保持率得到大幅度提高.     

溶胶凝胶辅助高温球磨合成LiCr_xMn_(2-x)O_4

以氢氧化锂、醋酸铬、醋酸锰为原料,用溶胶凝胶辅助高温球磨法合成了尖晶石型LiCr_xMn_(2-x)O_4(x=0.05,0.1,0.2)正极材料.研究了掺杂不同量Cr对材料的相结构、形貌和充放电性能的影响,并与未掺杂的LiMn_2O_4对比.结果表明:掺杂Cr后材料的容量保持率相对LiMn_2O_4有很大提高;材料的放电比容量随着掺杂量的增大逐渐减小,当x=0.2时放电比容量已低于LiMn_2O_4;当x=0.05时,所制备产物的充放电性能最佳,在0.1倍率下,首次放电容量达到119.6 m Ah/g,循环40次后放电容量保持率为97.4%.而且,从0.1到2.0不同倍率下循环100次后放电容量保持率为96.3%.     

金属Ni和NiO纳米颗粒复合结构的制备与储锂性能

以C4H₆O₄Ni·4H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O为原料,分别在空气气氛下低温热解制备了金属Ni和NiO纳米颗粒复合结构(Ni@NiO)和NiO.利用XRD,SEM,循环伏安法和恒电流充放电法表征了两种样品的微观结构与电化学性能.结果表明,两种材料都含有晶体NiO.Ni@NiO是由粒径20~110 nm的球形颗粒堆积而成,而NiO是由不规则微米颗粒构成.Ni@NiO储锂性能更好,当电压为0~3 V、电流为0.1 A/g时,Ni@NiO的首次充电比容量高达827.7 mAh/g,首次库伦效率为77.1%.