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富锂锰基层状正极材料的表面包覆改性

硅酸盐学报 2017年第7期45卷 904-915页

作者：李栋赖华罗诗健刘小林王春香钟盛文江西理工大学材料科学与工程学院江西赣州341000 江西理工大学资源环境与工程学院江西赣州341000

简述了富锂锰基层状正极材料的结构、电化学性能及存在的问题,着重阐述了富锂锰基层状材料的碳、氧化物、氟化物、磷酸盐等表面包覆改性对其倍率性能和循环稳定性的影响,讨论了表面包覆改性的机理和改性中有待改进的关键问题。

关键词：锂离子电池层状正极材料高比容量结构稳定性界面稳定性

层状正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13-x)Al_x]O_2的合成及其电化学性能研究

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化工新型材料 2013年第3期41卷 101-103,107页

作者：杜运张海朗江南大学化学与材料工程学院无锡214122

采用溶胶-凝胶法合成层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13-xAlx]O2(x=0,0.05,0.13)。用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对产物的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:采用溶胶-凝胶法在900℃空气氛围下煅烧12h制... 详细信息

采用溶胶-凝胶法合成层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13-xAlx]O2(x=0,0.05,0.13)。用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对产物的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:采用溶胶-凝胶法在900℃空气氛围下煅烧12h制备的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.08Al0.05]O2晶型较好,具有α-NaFeO2型层状结构。室温,2.0～4.8V下,0.1C倍率下最高放电比容量达到268.3mAh/g,0.2C倍率下循环50次后比容量依然高达238.1mAh/g,具有良好的电化学性能。

关键词：层状正极材料溶胶-凝胶法 Al3+掺杂 Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2

锂离子电池层状正极材料第一性原理计算新进展

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材料导报 2016年第1期30卷 122-127,135页

作者：薛雷张秀娟张淑凯天津力神电池股份有限公司天津300384 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

对近几年来第一性原理计算在以LiCoO_2为代表的锂离子电池层状正极材料研究方面的应用进行了综述。主要包括LiCoO_2的结构与电化学性质研究、其他LiMO_2正极材料的研究、掺杂改性和多元材料的研究等方面。较详细地介绍了它们的研究过程... 详细信息

对近几年来第一性原理计算在以LiCoO_2为代表的锂离子电池层状正极材料研究方面的应用进行了综述。主要包括LiCoO_2的结构与电化学性质研究、其他LiMO_2正极材料的研究、掺杂改性和多元材料的研究等方面。较详细地介绍了它们的研究过程,讨论了取得的成果,分析了研究特点。在对上述研究内容进行简要评述的基础上阐述了继续开展相关研究的领域。

关键词：锂离子电池层状正极材料第一性原理计算 LiCoO2

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层状正极材料力学劣化及改善措施

储能科学与技术 2022年第3期11卷 948-956页

作者：任重民王斌陈帅帅李华陈珍莲王德宇江汉大学光电材料与技术学院光电化学材料与器件教育部重点实验室湖北武汉430056

力学性质是材料的本质属性之一,随着锂离子电池应用于电动汽车、智能电网领域,活性材料的力学特性开始受到关注。动力电池、储能电池的循环寿命需要达到几千次,活性材料晶胞亦经历几千次规律的膨胀、收缩,材料颗粒的力学劣化成为必须面... 详细信息

力学性质是材料的本质属性之一,随着锂离子电池应用于电动汽车、智能电网领域,活性材料的力学特性开始受到关注。动力电池、储能电池的循环寿命需要达到几千次,活性材料晶胞亦经历几千次规律的膨胀、收缩,材料颗粒的力学劣化成为必须面对的新挑战。本文以团队的研究结果为主,总结了锂电池层状正极材料力学劣化机制和改善措施。首先,讨论了正极材料的力学研究基础,明确正极材料符合弹性形变,可以使用胡克方程分析;其次,回顾了正极材料力学劣化行为符合“损伤-断裂”模型,应力产生缺陷,逐渐积累直至断裂,电解液会沿着裂缝扩散至电池内部发生副反应,造成循环跳水;最后,总结了抑制材料力学劣化的主要策略,重点介绍了降低晶胞形变和表面构筑刚性层,降低晶胞变化是通过减小材料应变降低颗粒应力,表面构筑刚性层是阻挡电解液扩散至开裂的体相,这些策略都显著提高了材料的循环寿命。总的来说,电极材料的力学劣化是无法避免的,但可以通过合适的改善措施,延迟、减缓力学劣化的影响。

关键词：力学劣化损伤-断裂模型颗粒开裂层状正极材料锂离子电池

层状正极材料LiMnO_2制备及电化学性能研究

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电源技术 2004年第6期28卷 331-333,341页

作者：刘玉革黄可龙刘素琴中南大学功能材料化学研究所湖南长沙410083

利用水热混合碱法制备出了一种结构较稳定的层状正交LiMnO2,并对其电化学性能、晶型进行了研究。结果表明该方法制备出的正极材料结构属于O3式碱青铜结构,其晶格参数分别为a=0.2808nm,b=0.5748nm,c=0.456nm,与标准数值相差很少。充放电... 详细信息

利用水热混合碱法制备出了一种结构较稳定的层状正交LiMnO2,并对其电化学性能、晶型进行了研究。结果表明该方法制备出的正极材料结构属于O3式碱青铜结构,其晶格参数分别为a=0.2808nm,b=0.5748nm,c=0.456nm,与标准数值相差很少。充放电曲线表明开始时容量下降很快,而后下降就趋于平缓,容量几乎为恒定值,同时XRD显示材料在充放电过程中存在着结构的转变,经过充放电后材料中出现了杂质,材料的比容量在前15次循环中比容量下降了24mAh·g-1(占初始放电比容量的17.1%)。

关键词：层状正极材料水热混合碱法制备电化学性能

层状正极材料Lix（Ni,Co,Mn）O2的金属离子掺杂与电化学性能研究

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层状正极材料Lix（Ni,Co,Mn）O2的金属离子掺杂与电化学性能研究

作者：马才奇吉林大学

学位级别：硕士

当前,作为实现双碳目标的战略选择,新能源汽车已经在全球范围内得到广泛推广和应用。尽管可充电锂离子电池在能源存储和电动车辆领域有着广泛的应用,但锂离子电池技术的进步仍不能满足社会发展的需求。众所周知,锂离子电池的能量密度主... 详细信息

当前,作为实现双碳目标的战略选择,新能源汽车已经在全球范围内得到广泛推广和应用。尽管可充电锂离子电池在能源存储和电动车辆领域有着广泛的应用,但锂离子电池技术的进步仍不能满足社会发展的需求。众所周知,锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料的性能,因此开发具有优异性能以及低成本的正极材料显得尤为迫切。提高三元层状正极材料的截止电压,研发高能量密度的无钴富锂锰基材料,可以有效提升锂离子电池的能量密度,已成为国内外科研人员关注和研究的焦点。然而,当截止电压大于4.4 V时,三元材料容易发生结构相变、过渡金属离子溶解等一系列问题。无钴富锂锰基材料虽然具有高能量密度,但在商业应用中仍然面临着首次库仑效率低、倍率性能不佳、氧气大量释放和循环寿命短等挑战。本论文采用体相掺杂的方法来稳定多元层状正极材料LixNiyCozMn1-y-zO2（1≤x≤1.2）的体相结构,力求增强高截止电压下层状正极材料的结构稳定性。具体成果如下:（1）Fe3+和Al3+双掺杂Li Ni0.3Co0.3Mn0.3O2（NCM333）的正极材料。利用共沉淀法制备了Fe3+和Al3+双掺杂NCM333的正极材料。与单掺杂Fe3+或Al3+未改变NCM333的循环稳定性不同,Fe3+和Al3+双掺杂明显提升了NCM333电极材料的结构稳定性、倍率性能以及循环稳定性。原位XRD、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和循环后XPS等分析显示,Fe-Al双掺杂缓解了深充电状态下的六方相结构转变,从而赋予Fe-Al双掺杂样品优异的倍率性能以及循环稳定性。（2）Zr4+和Al3+双掺杂NCM333的正极材料。利用溶胶-凝胶法制备了Zr4+和Al3+双掺杂NCM333的正极材料。当掺杂量分别为1%时,Zr4+和Al3+可均匀地掺杂到NCM333体相中。在3.0-4.6 V电压范围内,所得的Zr4+和Al3+双掺杂NCM333,经300圈循环后电压仅衰减了0.07 V,表现出卓越的电压保持能力。经过500次循环后,该样品的放电比容量保持在114 m Ah g-1,平均每次循环只损失了0.118 m Ah g-1,表现出优异的循环稳定性。分析显示,优异的循环稳定性与Zr-Al双掺杂降低了阳离子混合程度（从4.3%到2.52%）、增大了Li-O间距(从2.0402（?）到2.0412（?）)等有关。（3）Zr4+和Al3+共掺杂增强富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2（LNMO）循环稳定性。利用溶胶-凝胶方法制备了Zr4+和Al3+共掺杂的富锂锰基正极材料LNMO。Zr4+和Al3+共掺杂有效降低了Li/Ni阳离子混排和Jahn-Teller效应,减少了过渡金属和氧的杂化,抑制了氧释放。因此,1%的Zr-Al共掺杂的LNMO在100次循环后的容量保持率为92%,经过200次长循环后可高达86%,远高于未掺杂样品200次循环的58%。即使在超大电流密度（10 C）或高温（60℃）条件下,共掺杂的LNMO经过200次循环后的容量保持率仍可达到70%。这一研究对深入了解阳离子共掺杂的协同效应,对推动高容量和高稳定性正极材料的研究具有指导意义。

关键词：锂离子电池层状正极材料体相改性 Fe-Al双掺杂 Zr-Al双掺杂电化学性能

层状正极材料均一化表面修饰及其电化学性能研究

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层状正极材料均一化表面修饰及其电化学性能研究

作者：左达先中国计量大学

学位级别：硕士

层状正极材料具有较好的循环性能,但在充放电过程中其表面结构容易发生破坏,从而使循环性能恶化。为了抑制这种现象,本文利用不同改性技术对层状正极材料LiCoO(LCO)和LiNiCoMnO(NCM622)进行包覆研究,探索分析了不同包覆技术对其循环性... 详细信息

层状正极材料具有较好的循环性能,但在充放电过程中其表面结构容易发生破坏,从而使循环性能恶化。为了抑制这种现象,本文利用不同改性技术对层状正极材料LiCoO(LCO)和LiNiCoMnO(NCM622)进行包覆研究,探索分析了不同包覆技术对其循环性能的影响。主要研究内容包括:1.异丙醇铝(AIP)和硝酸铝(ANO)两种包覆技术包覆LCO的对比研究通过AIP和ANO两种水解包覆的对比研究,得出,与ANO包覆技术相比,AIP水解产生的AlO包覆层有更好的均匀性,其包覆样品获得了较高的首次放电比容量和容量保持率(80循环),其值在4.2,4.4,4.5以及4.6 V的充电截止电压下分别为137.5 mAh g、98.1%,166.7 m Ah g、94.1%,186.2 mAh g、95.0%以及219.2 mAh g、63.2%。并且其AlO包覆层能更有效地抑制电解液中Co溶解以及充放电过程中极化阻抗Rp的增大。2.改进的AIP和偏铝酸钠(SMA)水解两种包覆技术包覆LCO的对比研究通过改良的AIP和SMA两种包覆法的对比研究,得出,改进的AIP方法制备的AlO-I包覆层为无定型的絮状分布,且厚度为20-50 nm,包覆均匀性较好。其容量保持率在4.4 V、4.5 V下分别为91.8%和91.2%,而SMA包覆的容量保持率在4.4 V、4.5 V下分别为83.7%和80.0%,因此,与SMA包覆相比,改进的AIP包覆样品有着更好的循环稳定性。3.三种不同氧化物包覆技术包覆NCM622正极材料后的对比研究通过三种氧化物包覆技术对比研究,得出,SiO包覆均匀性较好,其包覆层厚度为10 nm,而AlO和TiO包覆均匀性较差,其包覆层厚度分别约为5 nm和30 nm。此外,充放电循环测试得出,包覆样品的循环稳定性都有很大的提高,尤其在50℃下,经过50个循环,AlO、SiO和TiO包覆的首次放电容量和保持率分别为197 mAh g、93%,190 mAh g、89%以及185 mAh g、83%。其包覆效果最佳的是AlO,最差的是TiO。此外,AC阻抗指出,三种氧化物包覆的溶液阻抗Rs、表面层的扩散阻抗R1和电荷转移阻抗Rct是不同的,其中,AlO包覆层更能较好的抑制各类阻抗的增长,减小其界面阻抗。

关键词：层状正极材料表面包覆氧化物电化学性能

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钠离子电池层状正极材料专利综述

矿冶工程 2023年第4期43卷 164-168,173页

作者：吴健博周彤李维邓梁贡浩天龙庭杨立山湘潭电化科技股份有限公司湖南湘潭411105 湖南师范大学化学化工学院湖南长沙410081

从国内钠离子电池层状正极材料的相关专利出发,综述了专利申请(授权)年度趋势、主要申请人整体状况,并从钠离子电池层状正极材料的前驱体、结构、化学洗、包覆方面选取具有代表性的专利进行分析,指出了该行业的发展趋势及技术难点、热点。

关键词：钠离子电池层状正极材料专利分析复合物相界面修饰

锂离子电池层状正极材料LiMO_2的发展——EV和HEV用化学电源的潜力(Ⅱ)

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电池 2008年第6期38卷 349-356页

作者：夏熙新疆大学应用化学研究所新疆乌鲁木齐830046

LiMO2(M=Co、Ni和Mn)过去和现在都广泛地应用于移动电子器件的锂离子电池中。随着新的数码产品和动力电源的开发,对正极材料有更高的要求。介绍了层状LiMO2的掺杂取代和表面改性包覆的进展以及在正极材料锂层中Li+和Ni2+的阳离子混排对... 详细信息

LiMO2(M=Co、Ni和Mn)过去和现在都广泛地应用于移动电子器件的锂离子电池中。随着新的数码产品和动力电源的开发,对正极材料有更高的要求。介绍了层状LiMO2的掺杂取代和表面改性包覆的进展以及在正极材料锂层中Li+和Ni2+的阳离子混排对循环性能、倍率能力和热稳定性的影响。最后,预估了层状正极材料发展趋向。

关键词：锂离子电池层状正极材料包覆掺杂取代