近年来,锂离子电池因其能量密度大,循环性能优越,无记忆效应及绿色环保无污染等特点,符合社会发展的需求,被广泛应用于消费类移动电子产品、电动工具、航空航天、医疗设备、电动汽车电源及储能等各个领域。而正极材料是决定锂离子电池...近年来,锂离子电池因其能量密度大,循环性能优越,无记忆效应及绿色环保无污染等特点,符合社会发展的需求,被广泛应用于消费类移动电子产品、电动工具、航空航天、医疗设备、电动汽车电源及储能等各个领域。而正极材料是决定锂离子电池性能和成本的关键因素,因此高性能正极材料的开发和改性成为锂离子电池领域的研究热点。在Li Co O_(2),Li Mn O_(2),Li Fe PO_(4)等众多正极材料中,三元正极材料Li Ni_(x)CoyMn_(1-x-y)O_(2),尤其是高镍三元材料(x≥0.6)因其放电比容量高、成本低廉及环境友好等优点,成为动力电池首选材料之一,但材料突出的循环性能、安全性能和倍率性能较差等问题在很大程度上阻碍了其规模化应用。介绍了高镍三元材料自身固有的缺陷和充放电过程中产生的一系列继发劣变,如表界面不稳定、Li^(+)/Ni^(2+)混排,不可逆相转变、微裂纹、有效组分溶解等,综述了近期对高镍三元材料进行的体相掺杂、表面包覆、单晶化、梯度结构方面的改性研究及相关成果,并对高镍三元材料改性方案进行了分析和展望。展开更多
锂离子电池高镍Li Ni_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM,x≥0.6)正极材料因具有较高的能量密度和低成本等优势在电池领域备受关注,然而随着镍含量的升高,材料锂镍混排严重且热稳定性下降,导致高镍三元材料的循环稳定性和安全性恶化。本研...锂离子电池高镍Li Ni_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM,x≥0.6)正极材料因具有较高的能量密度和低成本等优势在电池领域备受关注,然而随着镍含量的升高,材料锂镍混排严重且热稳定性下降,导致高镍三元材料的循环稳定性和安全性恶化。本研究针对高镍三元材料阳离子无序排列严重和循环稳定性差的问题,通过共沉淀法在前驱体合成过程中将Mg掺杂进入晶体,得到Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)(Mg1.0)活性材料,进一步利用液相法在材料表面包覆Al_(2)O_(3),成功制备Al_(2)O_(3)涂覆的Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)复合材料(Mg1.0@Al)。X射线衍射(XRD)结果表明,Mg掺杂能够有效扩大材料层间距,抑制阳离子混排;扫描电子显微镜(SEM)结合透射电子显微镜(TEM)结果表明,改性未对NCM811材料整体形貌造成影响,同时能够明显地观察到通过液相法在材料表面包覆的Al_(2)O_(3)涂层。电化学测试结果表明,镁铝协同改性可以稳定NCM811材料结构,减少阴极的界面极化,遏制材料与电解液发生副反应,使得材料表现出优越的电化学性能。Mg1.0@Al在1 C循环100次后表现出稳定的放电电压(ΔV=5.2 m V)、较低的电荷转移阻抗(R_(ct)=51.66Ω)和卓越的锂离子扩散系数(D_(Li)=4.05×10^(-14)cm^(2)/s)。同时,Mg1.0@Al材料在2.8~4.3V电压范围下,展现出卓越的循环性能和倍率性能:1 C下循环100次和400次后仍有188.58 m Ah/g和147.47 m Ah/g的放电比容量,容量保持率分别为95.18%和74.54%;5 C大倍率电流下,放电比容量高达146.3 m Ah/g。展开更多
文摘近年来,锂离子电池因其能量密度大,循环性能优越,无记忆效应及绿色环保无污染等特点,符合社会发展的需求,被广泛应用于消费类移动电子产品、电动工具、航空航天、医疗设备、电动汽车电源及储能等各个领域。而正极材料是决定锂离子电池性能和成本的关键因素,因此高性能正极材料的开发和改性成为锂离子电池领域的研究热点。在Li Co O_(2),Li Mn O_(2),Li Fe PO_(4)等众多正极材料中,三元正极材料Li Ni_(x)CoyMn_(1-x-y)O_(2),尤其是高镍三元材料(x≥0.6)因其放电比容量高、成本低廉及环境友好等优点,成为动力电池首选材料之一,但材料突出的循环性能、安全性能和倍率性能较差等问题在很大程度上阻碍了其规模化应用。介绍了高镍三元材料自身固有的缺陷和充放电过程中产生的一系列继发劣变,如表界面不稳定、Li^(+)/Ni^(2+)混排,不可逆相转变、微裂纹、有效组分溶解等,综述了近期对高镍三元材料进行的体相掺杂、表面包覆、单晶化、梯度结构方面的改性研究及相关成果,并对高镍三元材料改性方案进行了分析和展望。
文摘锂离子电池高镍Li Ni_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM,x≥0.6)正极材料因具有较高的能量密度和低成本等优势在电池领域备受关注,然而随着镍含量的升高,材料锂镍混排严重且热稳定性下降,导致高镍三元材料的循环稳定性和安全性恶化。本研究针对高镍三元材料阳离子无序排列严重和循环稳定性差的问题,通过共沉淀法在前驱体合成过程中将Mg掺杂进入晶体,得到Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)(Mg1.0)活性材料,进一步利用液相法在材料表面包覆Al_(2)O_(3),成功制备Al_(2)O_(3)涂覆的Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)复合材料(Mg1.0@Al)。X射线衍射(XRD)结果表明,Mg掺杂能够有效扩大材料层间距,抑制阳离子混排;扫描电子显微镜(SEM)结合透射电子显微镜(TEM)结果表明,改性未对NCM811材料整体形貌造成影响,同时能够明显地观察到通过液相法在材料表面包覆的Al_(2)O_(3)涂层。电化学测试结果表明,镁铝协同改性可以稳定NCM811材料结构,减少阴极的界面极化,遏制材料与电解液发生副反应,使得材料表现出优越的电化学性能。Mg1.0@Al在1 C循环100次后表现出稳定的放电电压(ΔV=5.2 m V)、较低的电荷转移阻抗(R_(ct)=51.66Ω)和卓越的锂离子扩散系数(D_(Li)=4.05×10^(-14)cm^(2)/s)。同时,Mg1.0@Al材料在2.8~4.3V电压范围下,展现出卓越的循环性能和倍率性能:1 C下循环100次和400次后仍有188.58 m Ah/g和147.47 m Ah/g的放电比容量,容量保持率分别为95.18%和74.54%;5 C大倍率电流下,放电比容量高达146.3 m Ah/g。
