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镍钴锰酸锂三元正极材料的改性研究进展

中国陶瓷 2024年第6期60卷 1-12页

作者：李安瑞王春梅王一飞张若楠宋振浩苏丹华北理工大学材料科学与工程学院唐山0632102 河北省无机非金属材料重点实验室唐山0632103 河北省工业固废综合利用技术创新中心唐山063210

锂离子电池的容量、循环寿命和安全性等性能很大程度上依赖于正极材料。镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料具有能量密度高、成本低、相对安全等优点而备受关注。但阳离子混排、界面副反应、不可逆相变等问题的存在严重影响了电池的循环和倍... 详细信息

锂离子电池的容量、循环寿命和安全性等性能很大程度上依赖于正极材料。镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料具有能量密度高、成本低、相对安全等优点而备受关注。但阳离子混排、界面副反应、不可逆相变等问题的存在严重影响了电池的循环和倍率等性能。综述了NCM正极材料的结构特点、问题成因,并从掺杂、表面包覆、单晶和浓度梯度结构等角度探讨了其改性研究情况,对其未来研究方向进行了展望。

关键词：锂离子电池三元正极材料镍钴锰酸锂掺杂和包覆结构设计

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镍钴锰酸锂粒度分布的测试条件研究

电池 2019年第2期49卷 173-176页

作者：曾勇梁华妹吴昌片张莹娇广东邦普循环科技有限公司广东佛山528244

采用激光粒度法,测试酸锂材料LiNixCoyMn(1-x-y)O2的粒度,研究材料折射率、吸收率、搅拌速度、超声波功率、超声波时间、表面活性剂种类及用量对测试结果的影响,得出最佳测试条件为:材料折射率1.9、吸收率1.0、搅拌速度2000r/min、超声... 详细信息

采用激光粒度法,测试酸锂材料LiNixCoyMn(1-x-y)O2的粒度,研究材料折射率、吸收率、搅拌速度、超声波功率、超声波时间、表面活性剂种类及用量对测试结果的影响,得出最佳测试条件为:材料折射率1.9、吸收率1.0、搅拌速度2000r/min、超声波功率100%(40W)、超声波时间100s、同时在仪器对光前在水中加入1ml饱和焦磷酸钠溶液作为表面活性剂:该条件下,重复测量11次,各指标相对标准偏差(RSD)均小于1%,重复性好,方法可靠.

关键词：激光粒度仪镍钴锰酸锂粒度分布测试条件

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镍钴锰酸锂三元正极材料的研究与应用

无机盐工业 2014年第1期46卷 1-3页

作者：孙玉城青岛新正锂业有限公司青岛科技大学新材料研究重点实验室

镍钴锰酸锂三元材料的化学组成最初出现在20世纪90年代末期的钴酸锂和镍酸锂的掺杂研究中,其作为独立体系材料的研发开始于2001年。在该化合物中,镍呈现正二价,是主要的电化学活性元素;锰呈现正四价,不参与电化学反应,只对材料的结构稳... 详细信息

镍钴锰酸锂三元材料的化学组成最初出现在20世纪90年代末期的钴酸锂和镍酸锂的掺杂研究中,其作为独立体系材料的研发开始于2001年。在该化合物中,镍呈现正二价,是主要的电化学活性元素;锰呈现正四价,不参与电化学反应,只对材料的结构稳定性和热稳定性提供保证;钴是正三价,部分参与电化学反应,其主要作用是保证材料层状结构的规整度、降低材料电化学极化、提高其倍率性能。该材料具有比容量高、高电压下结构稳定、安全性较好等优点,是目前看来最有应用前景的一种锂离子电池正极材料。

关键词：镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料

硫系电解液添加剂对镍钴锰酸锂//石墨锂离子电池性能的影响

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储能科学与技术 2023年第8期12卷 2390-2400页

作者：夏恒恒梁鹏程安仲勋上海奥威科技开发有限公司国家车用超级电容器系统工程技术研究中心上海201203

本工作系统研究了6种添加剂[碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)]对镍钴锰酸锂(NCM111)//石墨体系锂离子电池电化学性能的影响,通过对比首... 详细信息

本工作系统研究了6种添加剂[碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)]对镍钴锰酸锂(NCM111)//石墨体系锂离子电池电化学性能的影响,通过对比首次充放电效率、放电容量、倍率特性、低温放电能力、高温存储性能以及循环寿命等发现:VC在各方面性能比较均衡,碳碳双键(C=C)能够改善成膜特性,循环性能优异,可独立使用;ES在化成、循环和存储过程中因电解液持续分解而胀气,无法单独使用;硫酸酯添加剂(DTD和PCS)能够明显降低阻抗并提升低温性能,但高温性能稍差;磺酸内酯添加剂(PS和PST)对抑制高温胀气效果突出,含有双功能基团的PST循环性能及抑制电压衰减的能力优于PS,但低温阻抗较高。综合对比发现,单组分硫系添加剂在某些性能方面有自己的特色,但也存在显而易见的缺陷,无法独立使用。通过与VC进行等比例复配,硫系添加剂循环性能差的问题得以解决,而高首效、低内阻、大倍率和高温稳定性等特色功能得以保持,二元联用后的综合性能显著优于单组分添加剂,采用添加剂联用方式来改善电池综合性能是较佳选择。

关键词：电解液添加剂硫系锂离子镍钴锰酸锂

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废旧镍钴锰酸锂正极材料的固相直接修复再生技术

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电源技术 2024年第4期48卷 568-583页

作者：朱俊峰田俊行吴科奇王峰姜煜煜孙学义庄卫东北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学稀贵金属绿色回收与提取北京市重点实验室北京100083 上海空间电源研究所空间电源技术国家重点实验室上海200245

近年来,随着新能源汽车领域的快速发展,锂离子动力电池的出货量不断增加,三元锂离子电池因其优异的高能量密度性能已被广泛应用于便携式电子设备和新能源汽车等领域。随着锂离子电池即将迎来“退役”高峰,镍钴锰酸锂正极材料作为锂离子... 详细信息

近年来,随着新能源汽车领域的快速发展,锂离子动力电池的出货量不断增加,三元锂离子电池因其优异的高能量密度性能已被广泛应用于便携式电子设备和新能源汽车等领域。随着锂离子电池即将迎来“退役”高峰,镍钴锰酸锂正极材料作为锂离子电池中最为关键的电极材料之一,其高效绿色循环利用具有重要的资源、环境、经济及战略意义。目前传统的镍钴锰酸锂正极材料回收技术以火法冶金和湿法冶金为主,这些方法可以从废弃的正极材料中提取高附加值金属,但普遍存在污染大、能耗高、循环周期长等问题。固相直接修复再生技术能够直接对废旧正极材料进行修复,实现正极材料的结构、组分及电化学性能的有效恢复,因其具有工艺简单、绿色高效等优势而受到广泛的关注。围绕固相直接修复再生技术,系统阐述镍钴锰酸锂正极材料的失效机制和修复机理,详细分析焙烧温度、焙烧气氛以及补锂工艺对固相修复再生镍钴锰酸锂正极材料结构和性能的影响及其作用机理,并指出了目前固相直接修复再生技术存在的问题,展望了该技术的未来前景。

关键词：锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料直接修复再生固相法

梯度包覆镍钴锰酸锂材料Li[Ni_(0.83)Co_(0.07)Mn_(0.10)]O_2的合成

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电源技术 2015年第6期39卷 1198-1200页

作者：杨驰王洪于刚绵阳师范学院化学与化学工程学院四川绵阳621000 重庆格林电池有限公司重庆400707

采用溶胶凝胶法在球形Ni（OH）2颗粒表面包覆钴、锰氧化物,作为镍钴锰氢氧化物浓度梯度包覆的复合前驱体,然后配锂高温焙烧,合成了梯度包覆的镍酸锂复合正极材料Li[Ni0.83Co0.07Mn0.10]O2。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒... 详细信息

采用溶胶凝胶法在球形Ni（OH）2颗粒表面包覆钴、锰氧化物,作为镍钴锰氢氧化物浓度梯度包覆的复合前驱体,然后配锂高温焙烧,合成了梯度包覆的镍酸锂复合正极材料Li[Ni0.83Co0.07Mn0.10]O2。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,该材料具有良好的六方单相层状α-Na Fe O2结构,呈类球状。切面元素线扫描显示该材料的包覆壳层中锰金属元素呈梯度变化。同时该新型梯度包覆的镍钴锰酸锂复合正极材料表现出了优越的电化学性能：在25℃下,2.8~4.3 V充放电范围,0.5 C首次放电比容量可达190.5 m Ah/g,循环50次容量保持92.5%;55℃下,该材料首次放电比容量可达210.1 m Ah/g,循环50次容量仍能保持81.1%。

关键词：正极材料镍钴锰酸锂梯度包覆过渡金属氧化物

废旧锂离子动力电池中镍钴锰酸锂正极材料的回收及再利用

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废旧锂离子动力电池中镍钴锰酸锂正极材料的回收及再利用

作者：史红彩郑州大学

学位级别：硕士

废旧锂离子动力电池中含一些有价金属元素,如:钴、镍等,和一些有毒化学物质,如:氟化物。因此,在废旧锂离子动力电池中,尤其是正极材料的回收及再利用对节约自然资源和保护环境显得非常重要。但是,就目前而言,有关废旧锂离子动力电池中... 详细信息

废旧锂离子动力电池中含一些有价金属元素,如:钴、镍等,和一些有毒化学物质,如:氟化物。因此,在废旧锂离子动力电池中,尤其是正极材料的回收及再利用对节约自然资源和保护环境显得非常重要。但是,就目前而言,有关废旧锂离子动力电池中镍钴锰酸锂正极材料的回收及再利用的研究比较少。针对上述问题,本文对以镍钴锰酸锂(以下简称“三元”)为正极材料的废旧锂离子动力电池的回收及再利用展开研究。本文主要研究内容包括:(1)对废旧三元锂离子动力电池进行前期的电化学性能(剩余容量、内阻、电压等)评估,并与同系列的新电池作对比。确定这些电池是否已达到无法满足在高性能电动设备中应用的废旧程度。(2)对无法满足在高性能电动设备中应用的电池,进行人工拆解回收。首先,为了确保废旧电池放电完全,拆解前通过多次对比实验,选择最佳浓度的氯化钠水溶液使电池短路并完全放电。然后,将废旧电池实施拆解,正/负极片、隔膜得到单独分离。拆解后,用有机溶剂(1-甲基-2-吡咯烷酮,简称“NMP”)将正极活性物质和集流体铝箔分离,并研究了不同的固液比、水浴温度及超声时间对正极活性物质和集流体铝箔分离的影响。随后,将回收料在不同温度下煅烧,为确定杂质碳和粘结剂(偏二氟乙烯,简称“PVDF”)等有机物质是否完全去除,通过X射线粉末晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等手段进行表征。最后,将除杂后的材料组装成纽扣电池对其进行电化学性能研究。(3)以煅烧后的三元回收料为原料,通过两种途径重新合成三元材料来提高回收料的比容量。第一种是共沉淀法,依据感应耦合等离子体(ICP)测试回收料的金属含量,采用柠檬酸作为浸取剂和络合剂来合成目标产物。并从柠檬酸浓度、过氧化氢的加入量、液料比、水浴温度以及磁力搅拌时间等5个方面对回收料的溶解率做了系列研究。第二种是高温固相法,通过在回收料中直接添加锂源经高温焙烧合成目标产物。研究了添加不同质量比锂源合成的材料,对其进行XRD、SEM等手段表征。最后,将此材料组装成纽扣电池进行充放电测试,确定出最佳的添加锂源质量比。

关键词：废旧锂离子电池回收及再利用镍钴锰酸锂共沉淀法高温固相法

MP-AES测定镍钴锰酸锂中金属离子含量的应用

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无机盐工业 2017年第3期49卷 61-64页

作者：王小利施秀华刘晓晓庞琳多氟多化工股份有限公司河南焦作454191

采用微波等离子体原子发射光谱仪(MP-AES)测定镍钴锰酸锂中金属离子(镍、钴、锰、锂、钠、铁、铜)含量。实验结果表明,选择合适的样品前处理方式和最佳的仪器操作条件,方法的检出限可达到0.002~0.021 mg/kg、加标回收率达到95%~105%,满... 详细信息

采用微波等离子体原子发射光谱仪(MP-AES)测定镍钴锰酸锂中金属离子(镍、钴、锰、锂、钠、铁、铜)含量。实验结果表明,选择合适的样品前处理方式和最佳的仪器操作条件,方法的检出限可达到0.002~0.021 mg/kg、加标回收率达到95%~105%,满足了方法的要求。MP-AES与原子吸收光谱仪相比,具有更好的稳定性,同时能多元素同时测定,大大提高了工作效率;与电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)相比,降低了成本。因此,MP-AES是一种更加科学、准确、高效的检测仪器。

关键词：微波等离子体原子发射光谱仪镍钴锰酸锂金属离子

基于活性炭/镍钴锰酸锂(AC/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)复合正极的锂离子超级电容电池的构建及其电化学性能

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储能科学与技术 2018年第6期7卷 1233-1241页

作者：夏恒恒安仲勋黄廷立方文英杜连欢吴明霞索路路徐甲强华黎上海奥威科技开发有限公司国家车用超级电容器系统工程技术研究中心上海201203 上海大学材料科学与工程学院上海200444 上海大学理学院上海200444

采用有机体系(NMP+PVDF)混料及乙醇萃取的方法成功制得活性炭/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(AC/NCM)复合电极片,通过设计不同AC/NCM配比能够调控能量和功率密度。选取AC/NCM为1/3配比的复合正极和硬碳(HC)负极组装的超级电容电池循环... 详细信息

采用有机体系(NMP+PVDF)混料及乙醇萃取的方法成功制得活性炭/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(AC/NCM)复合电极片,通过设计不同AC/NCM配比能够调控能量和功率密度。选取AC/NCM为1/3配比的复合正极和硬碳(HC)负极组装的超级电容电池循环伏安(CV)曲线呈现近似矩形的容性特征,恒流充放电过程电压随时间的变化(V-t曲线)呈现出良好的线性行为。此外,采用导电炭黑(SP)/碳纳米管(CNT)/石墨烯(graphene)=3/1/1的质量比设计了复合导电剂,立体导电网络的构建有效降低了器件内阻。按照IEC 62660—1标准,在2.5～4.2 V电压窗口,83.4 W/kg功率密度下测得的能量密度高达66.6 W·h/kg,在最大功率密度6.5 kW/kg下测得的能量密度为21.5 W·h/kg。器件充满电后在65℃高温存储168 h能量保有率为97.4%,且无任何胀气现象,平均自放电率为27.5 mV/天,表现出优良的高温特性。采用14 C和50 C电流循环充放电1000次后能量保有率分别为99.06%和96.45%,体现出该超级电容电池的长寿命优势。在12kW/kg平均放电功率密度下进行脉冲测试,连续放电100次后该器件仍表现出良好的稳定性,表明在车辆启动、脉冲器件等领域具有极大的应用潜力。

关键词：超级电容电池锂离子活性炭镍钴锰酸锂复合正极