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超高比能电池高锰富锂层状氧化物正极材料面临的挑战与解决策略
1
作者 宋亮亮 梁颢严 +2 位作者 李顺清 邱报 刘兆平 《物理化学学报》 北大核心 2025年第8期10-31,共22页
得益于过渡金属和晶格氧共同参与氧化还原反应,富锂层状氧化物(LLOs)具有大于250 mAh∙g^(−1)的比容量,因而成为下一代商用锂离子电池的潜在候选正极材料。为进一步提高理论比容量并减少对环境和健康有害的钴、镍元素依赖,开发高锰富锂... 得益于过渡金属和晶格氧共同参与氧化还原反应,富锂层状氧化物(LLOs)具有大于250 mAh∙g^(−1)的比容量,因而成为下一代商用锂离子电池的潜在候选正极材料。为进一步提高理论比容量并减少对环境和健康有害的钴、镍元素依赖,开发高锰富锂层状氧化物(HM-LLOs)成为一种可行的策略。通过引入更多的Li–O–Li构型,可以促进更多晶格氧参与氧化还原反应,从而提升理论比容量。然而,锰含量的增加也带来了如活化困难和不可逆氧释放等挑战,显著限制了HM-LLOs理论比容量的实际利用。基于此,本文首先探讨了HM-LLOs高理论比容量的来源,随后深入分析了高锰特性引发的结构变化及其对实际比容量利用的限制,最后系统总结了从合成到活性材料改性的多种优化策略,并展望了可能提升HMLLOs实际比容量的未来方向。 展开更多
关键词 锂离子电池 正极材料 富锂层状氧化物 合成优化 改性策略
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高性能锂离子电池层状富Ni无Co正极材料的研究进展 被引量：1
2
作者 王艳红 张磊 +3 位作者 王超越 陈彦合 潘睿聪 葛昊 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第4期544-555,共12页
随着电动汽车的蓬勃发展,对高能量密度、低成本的锂离子电池的需求与日俱增,富Ni层状正极材料被认为是最有发展前景的高比能量锂电池正极材料之一。但目前电动汽车供应链严重依赖稀缺且昂贵的Co,富Ni无Co层状正极具有高能量密度、优越... 随着电动汽车的蓬勃发展,对高能量密度、低成本的锂离子电池的需求与日俱增,富Ni层状正极材料被认为是最有发展前景的高比能量锂电池正极材料之一。但目前电动汽车供应链严重依赖稀缺且昂贵的Co,富Ni无Co层状正极具有高能量密度、优越的库仑效率和较低的价格等优点。介绍了Co对层状富Ni正极材料电化学性能的不利影响并总结了富Ni无Co层状正极材料的制备及改性策略的研究进展,对富Ni无Co层状正极材料的发展方向进行了展望,有望推动富Ni无Co层状正极材料的商业化应用。 展开更多
关键词 锂离子电池 无Co 富Ni 层状正极材料 改性策略
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含碳雾滴燃烧制备微纳空心球型富锂锰基正极材料及性能研究
3
作者 陈志铭 储爱民 +2 位作者 周子榆 赵玉萍 陈友明 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1362-1368,共7页
为了满足市场对高容量锂离子电池正极材料的需求,运用含碳雾滴燃烧法制备C/Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)复合前驱体,通过煅烧除碳获得富锂锰基正极材料,并对比溶液燃烧法制备的样品。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜观测... 为了满足市场对高容量锂离子电池正极材料的需求,运用含碳雾滴燃烧法制备C/Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)复合前驱体,通过煅烧除碳获得富锂锰基正极材料,并对比溶液燃烧法制备的样品。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜观测制备样品的微观形貌和晶体结构差异,使用电池测试系统和电化学工作站,对两种方法制备正极材料的电化学性能进行对比分析。结果表明,含碳雾滴燃烧制备的Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)在0.1C倍率下首周放电比容量达到了390.89 mAh/g,在5C电流密度下,仍有185.06 mAh/g;1C倍率下循环充放电100周放电容量保持在108.78 mAh/g,展示了较好的容量与倍率性能,但其循环性能略低于溶液燃烧法制备的样品。 展开更多
关键词 含碳雾滴燃烧 富锂锰基 正极材料 电化学
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无钴富锂锰基正极材料的可控制备及性能研究 被引量：1
4
作者 于楚瑶 寇鹏祖 +5 位作者 张志贵 王健行 王志远 左昌玲 汪宽镕 刘政宇 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第2期217-224,共8页
为了满足未来动力市场对于高比容量和高能量密度电池的需求,优化无钴富锂锰基正极材料(LMO)的合成条件对于实现其商业化具有举足轻重的意义。通过高温固相法研究了Li_(x)(Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni_(0.2)O_(2))(1.04≤x≤1.16)的最佳烧结温度... 为了满足未来动力市场对于高比容量和高能量密度电池的需求,优化无钴富锂锰基正极材料(LMO)的合成条件对于实现其商业化具有举足轻重的意义。通过高温固相法研究了Li_(x)(Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni_(0.2)O_(2))(1.04≤x≤1.16)的最佳烧结温度及配锂比,结合SEM、XRD等仪器对合成样品的物相结构和微观形貌进行了表征,并采用电池测试系统对样品的电化学性能进行了测试。结果表明,当烧结温度为1000℃,配锂比为1.65时得到的二次颗粒大小均一,结晶性良好,电化学性能较佳。10 mA·g^(−1)电流密度下首次放电比容量达260.5 mAh·g^(−1),100 mA·g^(−1)电流密度下充放电循环100周后容量保持率为96%。 展开更多
关键词 无钴正极 富锂锰基 条件优化
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铬钼双掺杂调控富锂锰基正极材料结构和电化学性能
5
作者 陈会明 蔡艺嘉 +5 位作者 尹文骥 陈美芬 黄有国 胡思江 王红强 李庆余 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第3期1123-1132,共10页
富锂锰基正极材料比商业化的正极材料拥有更高的比容量(>250 mAh/g),但其在充放电过程中存在严重电压衰减、表面相变以及晶格氧的析出等问题。本工作采用高温固相法制备Cr/Mo双掺杂Li_(1.2)Ni_(0.167)Co_(0.167)Mn_(0.666)O_(2)(LLO... 富锂锰基正极材料比商业化的正极材料拥有更高的比容量(>250 mAh/g),但其在充放电过程中存在严重电压衰减、表面相变以及晶格氧的析出等问题。本工作采用高温固相法制备Cr/Mo双掺杂Li_(1.2)Ni_(0.167)Co_(0.167)Mn_(0.666)O_(2)(LLO)富锂锰基层状正极材料。研究结果表明,一方面,Mo^(6+)的离子半径较大,占据过渡金属位后能够有效增大晶面间距,提升Li^(+)扩散系数,Cr掺杂能有效稳定层状结构;另一方面,Cr—O和Mo—O的键能高于TM—O(TM=Ni,Co,Mn),能够有效缓解充放电过程中的结构畸变,从而抑制过渡金属迁移和晶格氧析出。此外,材料表面丰富的氧空位能够减少晶格中氧的不可逆氧化。电化学测试结果表明,Cr/Mo两者掺杂量皆为0.001的改性材料(LLO-CM1)首次放电比容量达272.7 mAh/g,在1 C倍率下2~4.8 V电压范围内进行200次循环之后,仍有177.7 mAh/g的比容量,对应的容量保持率为84.0%,即使在10 C超大倍率下也能提供102.0 mAh/g的平均放电比容量。本工作为富锂锰基正极材料的结构设计提供了新思路。 展开更多
关键词 锂离子电池 层状氧化物 富锂锰基 掺杂 氧空位
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富锂层状氧化物正极材料的微观结构调控及其性能研究
6
作者 高静 李瑛 +3 位作者 顾可欣 顾庆文 邱报 刘兆平 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第4期355-363,共9页
通过调整富锂层状氧化物正极材料的元素组成,实现对其体相结构内的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴分散度的调控。通过结合高功率X射线衍射和球差电镜证明了Li_(1.08)Ni_(0.225)Co_(0.225)Mn_(0.450)O_(2)材料具有高度分散的类Li 2MnO_(3)相晶畴... 通过调整富锂层状氧化物正极材料的元素组成,实现对其体相结构内的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴分散度的调控。通过结合高功率X射线衍射和球差电镜证明了Li_(1.08)Ni_(0.225)Co_(0.225)Mn_(0.450)O_(2)材料具有高度分散的类Li 2MnO_(3)相晶畴,同时原位微分电化学质谱测试证明了具有高度分散的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴的富锂层状氧化物正极材料可以成功抑制晶格氧的释放。电化学测试表明:微观结构的调控虽然可以提高材料的首次库伦效率和平均放电电压,但同时也降低了晶格氧的活性,减少了放电比容量。在循环过程中晶格氧稳定性的提高减轻了结构的退化程度,富锂层状氧化物正极材料表现出更优异的循环稳定性和更缓慢的电压衰减。此外,晶格氧稳定性的提高还改善了材料的热稳定性。 展开更多
关键词 富锂层状氧化物正极材料 微观结构 氧释放 热稳定性
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富锂锰基层状锂离子电池正极材料的研究现状 被引量：3
7
作者 张嘉 朱泽华 王海峰 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1323-1326,共4页
富锂层状正极材料(LLOs)x Li2Mn O3·(1-x)Li MO2(M=Mn,Ni,Co,Fe,Cr,etc)以其超高的充放电容量及较低的成本受到了越来越多的关注。然而,该类正极材料的微观结构和反应机理尚不清楚。与此同时,也存在着一些问题,例如较低的首次库仑... 富锂层状正极材料(LLOs)x Li2Mn O3·(1-x)Li MO2(M=Mn,Ni,Co,Fe,Cr,etc)以其超高的充放电容量及较低的成本受到了越来越多的关注。然而,该类正极材料的微观结构和反应机理尚不清楚。与此同时,也存在着一些问题,例如较低的首次库仑效率、较差的倍率性能以及工作电压衰减问题,这些都需要通过研究去克服。着眼于富锂层状正极材料研究现状,讨论了其微观结构、反应机理及电化学性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂层状锰基正极材料 微观结构 反应机理
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基于第一性原理高价元素Mo稳定层状富锂锰基材料的氧框架机制
8
作者 张硕 赵刘洋 +2 位作者 黄昊 吴爱民 李爱魁 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期110-119,共10页
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且... 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且第一配位氧平均巴德电荷从1.13 e升至1.18 e,抑制了不稳定氧析出;锂化前后氧原子巴德电荷改变量从0.51 e降至0.11 e,表明循环前后的体系均具有良好的氧框架稳定性.通过差分电荷密度计算,发现Mo能够在Li去除后提供电荷补偿,而且Mo掺杂后锂离子迁移速率得到了提升,最低势垒从0.55 eV降至0.42 eV.为高价元素掺杂锂离子电池正极材料奠定了坚实的理论依据. 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂正极材料 电子性质 晶格氧 密度泛函理论
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锆酸镧锂包覆富锂锰基正极材料的结构及性能研究
9
作者 文俊豪 王艳霞 +3 位作者 朱华丽 陈雨欣 黄植 陈召勇 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期104-109,共6页
采用共沉淀法制备了二次颗粒为球形且颗粒粒径均匀的Li_(1.2)Ni_(0.2)Co_(0.08)Mn_(0.52)O_(2)(LLMO)前驱体,并将前驱体、固态电解质锆酸镧锂(LLZO)和氢氧化锂混合均匀后煅烧合成出不同LLZO包覆量的LLMO正极材料(LLZO@LLMO)。利用XRD、... 采用共沉淀法制备了二次颗粒为球形且颗粒粒径均匀的Li_(1.2)Ni_(0.2)Co_(0.08)Mn_(0.52)O_(2)(LLMO)前驱体,并将前驱体、固态电解质锆酸镧锂(LLZO)和氢氧化锂混合均匀后煅烧合成出不同LLZO包覆量的LLMO正极材料(LLZO@LLMO)。利用XRD、SEM等测试方法研究LLMO的微观结构;利用EIS研究改性前后LLMO的电化学性能。结果表明,在质量分数为1%的包覆量下LLZO@LLMO电化学性能最佳;0.1 C下首次放电容量达到了253.1 mAh/g,首次库伦效率达到了81.1%;1 C下循环100圈放电容量为162.3 mAh/g,容量保持率达到了89.0%;即使5 C大倍率下放电容量达到了120.4 mAh/g。相对于原始样品循环性能及倍率性能得到了显著提升。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基正极材料 包覆 共沉淀法 固态电解质
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合成方法对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)电化学性能的影响 被引量：1
10
作者 石沁灵 王立帆 詹纯 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期99-105,共7页
采用共沉淀法、溶胶凝胶法和固相法合成了富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2),并通过XRD、SEM、EDS等对所合成材料的物相结构和微观组织等进行了表征,采用电池测试系统对由合成材料组装的CR2032纽扣式半电池进... 采用共沉淀法、溶胶凝胶法和固相法合成了富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2),并通过XRD、SEM、EDS等对所合成材料的物相结构和微观组织等进行了表征,采用电池测试系统对由合成材料组装的CR2032纽扣式半电池进行电化学性能测试。研究表明,三种合成方法都成功合成了具有层状结构的富锂锰基正极材料,其中共沉淀法制备的样品阳离子混排程度最低,元素分布和颗粒大小均匀,晶界边缘清晰,并且无明显团聚。从电化学性能来看,在2.0~4.8 V的电压范围内,0.1 C倍率下共沉淀法合成样品的首圈放电比容量最高,在充放电循环100圈后,仍保持195.8 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为87.3%。相较而言,溶胶凝胶法和固相法制备的样品容量保持率较低,分别为84.5%和83.8%。与溶胶凝胶法和固相法制备样品相比,共沉淀法可有效提高Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)正极材料中Li^(+)的传输效率,进而提高样品的倍率性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基正极材料 合成方法 电化学性能
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纳米空洞加速富镍层状正极相转变的原位研究
11
作者 李爽 李宇航 郑士建 《电子显微学报》 北大核心 2025年第5期552-558,共7页
富镍层状正极由于高放电比容量和高能量密度受到广泛关注,然而镍含量增加会加剧阳离子混排、晶格失氧、结构退化等问题,导致材料较差的热稳定性和快速的容量衰退。富镍正极材料在高温烧结过程中不可避免的会产生空位、层错甚至三维缺陷... 富镍层状正极由于高放电比容量和高能量密度受到广泛关注,然而镍含量增加会加剧阳离子混排、晶格失氧、结构退化等问题,导致材料较差的热稳定性和快速的容量衰退。富镍正极材料在高温烧结过程中不可避免的会产生空位、层错甚至三维缺陷,而对于由初始缺陷导致的富镍正极衰退机理仍缺乏深入的研究。本文通过先进的原位透射电子显微技术,从原子尺度揭示了LiNi_(0.76)Mn_(0.14)Co_(0.10)O_(2)正极材料中存在的纳米空洞缺陷在加热条件下加速材料结构退化的现象。该空洞缺陷处在初始态表现为典型的层状相结构,但其中过渡金属元素比例降低,在加热过程中缺陷区域出现显著失氧,最先出现层状相向岩盐相的相变过程。空洞区域形成的岩盐相沿{003}面择优生长。本研究结果有助于深入理解合成过程形成的初始缺陷对富镍层状正极材料热稳定性和容量衰退的影响,对通过合成条件调控缺陷进而改善正极材料的性能具有指导意义。 展开更多
关键词 锂离子电池 富镍层状正极 透射电子显微镜 原位加热 相转变
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层状富锂锰基镍钴锰正极材料制备工艺改性的研究进展 被引量：1
12
作者 高玉梅 杨文鑫 黄岚 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期31-35,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 富锂锰基 NCM正极材料 改善 电化学性能
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高能量密度层状富锂锰基正极材料的改性研究进展 被引量：11
13
作者 李雨 赵慧春 +2 位作者 白莹 吴锋 吴川 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2018年第3期394-403,共10页
纯电动汽车以及混合动力汽车的快速发展使得研发高能量密度的锂离子电池正极材料迫在眉睫。层状富锂锰基正极材料比容量可达250 mA·h/g,平均放电电压高于3.5 V,电化学特征明显优于钴酸锂和磷酸铁锂等传统的正极材料,是实现300 W... 纯电动汽车以及混合动力汽车的快速发展使得研发高能量密度的锂离子电池正极材料迫在眉睫。层状富锂锰基正极材料比容量可达250 mA·h/g,平均放电电压高于3.5 V,电化学特征明显优于钴酸锂和磷酸铁锂等传统的正极材料,是实现300 W·h/kg动力锂离子电池极具潜力的正极材料。不过,此类材料循环性能不佳,并伴随严重的电压衰退现象,主要原因是随着循环的进行材料表面结构重组,晶体结构发生了由层状结构向尖晶石结构的不可逆转化,导致锂离子迁移阻力增大,进而严重影响其电化学性能。为解决这些问题,近年来研究人员开展了大量工作,本文主要从体相掺杂、表面包覆、材料微观结构设计以及晶面调控4个方面详细评述了锂离子电池富锂锰基正极材料改性技术的研究进展。 展开更多
关键词 富锂锰基正极材料 锂离子电池 改性 电压衰退 循环稳定性
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尖晶石/层状异质界面的构筑提升富锂锰基正极材料电化学性能 被引量：3
14
作者 高永恩 贾梦哲 +5 位作者 李刚 戴仲葭 姜瑞 袁蕙 杜泽学 侯栓弟 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1412-1421,共10页
通过水洗/二次焙烧工艺对富锂锰基正极材料进行表界面改性,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安测试(CV)等手段系统地对富锂锰基正极材料的物化性能进行了分析表征。结果表明:水... 通过水洗/二次焙烧工艺对富锂锰基正极材料进行表界面改性,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安测试(CV)等手段系统地对富锂锰基正极材料的物化性能进行了分析表征。结果表明:水洗/二次焙烧改性工艺对富锂锰基正极材料的作用范围为表界面,不会破坏材料本体结构及形貌;当二次焙烧温度为500℃时,富锂锰基正极材料表界面会形成尖晶石/层状异质界面结构,这不仅使得电极材料放电比容量从279.0 mAh/g提升至286.6 mAh/g,首次库伦效率从81.70%提高至91.89%,还能够减少电解液对电极材料的腐蚀,50次循环容量保持率从92.82%提高至95.31%。此外具有独特三维传输通道的尖晶石结构,有助于锂离子快速扩散,从而提升材料的倍率性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基正极材料 水洗/二次焙烧 预激活 尖晶石/层状异质界面
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微纳结构富锂锰基层状正极材料的形貌调控与储锂性能 被引量：8
15
作者 杨金戈 李宇杰 +3 位作者 陆地 陈宇方 孙巍巍 郑春满 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1495-1500,共6页
以金属醋酸盐为原料,尿素为沉淀剂,采用水热法辅助高温煅烧制备了三维微纳结构富锂锰基层状材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2.通过调整反应溶剂实现了镍钴锰碳酸盐前驱体向球状和纺锤体状的导向性生长.其中纺锤体状富锂材料在0.1C倍率下... 以金属醋酸盐为原料,尿素为沉淀剂,采用水热法辅助高温煅烧制备了三维微纳结构富锂锰基层状材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2.通过调整反应溶剂实现了镍钴锰碳酸盐前驱体向球状和纺锤体状的导向性生长.其中纺锤体状富锂材料在0.1C倍率下首次放电容量接近300mA·h/g,在5C大倍率下放电容量能够达到92mA·h/g,在0.5C倍率下循环70周容量保留率能够达到85%. 展开更多
关键词 微纳结构 富锂锰基正极材料 形貌调控 锂离子电池
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富锂锰基层状正极材料的合成及其首周过充下的结构演化 被引量：1
16
作者 骆晨旭 师晨光 +2 位作者 余志远 黄令 孙世刚 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期46-54,共9页
富锂锰基层状正极材料由于具有较低的成本和超过250 mAh·g^(-1)的放电比容量,成为很有前景的正极材料之一,但是其本身存在的首周库仑效率低和电压衰减等问题限制了产业化进程。高充电电压会导致富锂材料结构不稳定从而增加电池的... 富锂锰基层状正极材料由于具有较低的成本和超过250 mAh·g^(-1)的放电比容量,成为很有前景的正极材料之一,但是其本身存在的首周库仑效率低和电压衰减等问题限制了产业化进程。高充电电压会导致富锂材料结构不稳定从而增加电池的安全隐患,因此在较高的充电电压下,材料的首周充放电结构演化有待进一步研究。本文首先通过碳酸盐共沉淀法合成前驱体,经过混锂后煅烧制备富锂锰基层状正极材料(Li_(1.13)Ni_(0.18)Co_(0.09)Mn_(0.56O2)),并研究不同充电截止电压对其首周库仑效率和循环性能的影响。研究表明,高充电电压会带来容量增加,但其首周库仑效率将大幅降低。循环伏安表征发现,充电截止电压为5.0 V时,部分体相的晶格氧会发生可逆的氧化反应,这将有利于容量的提升。TEM、XRD和SEM表征结果显示,在首周充电后电极材料不仅发生了深入到体相的结构变化,同时出现了大片的层错和尖晶石相MnO_(x)和NiO_(x)等不可逆相变,还会与电解液发生反应,材料结构无法保持稳定。结合Mapping和XPS表征结果显示,充电电压较高时会有更多的体相晶格氧参与氧化还原反应,这将使更多具有强氧化性的过氧和超氧离子与电解液发生副反应,并伴随过渡金属的溶出,加速材料的结构坍塌,最终不利于电池的长循环性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基正极材料 首周库仑效率 过充 阴离子氧化还原
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富锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)的制备及性能 被引量：4
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作者 缪胤宝 张文华 +4 位作者 刘伟昊 王帅 陈哲 彭望 曾杰 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1427-1434,共8页
为满足当前新能源发电技术对高比容量电化学储能材料的需求,采用聚合物热解法,通过优化前体聚合过程中金属离子与丙烯酸配比制备高比容量层状富锂锰基氧化物Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)。依据丙烯酸聚合反应实现金属离子... 为满足当前新能源发电技术对高比容量电化学储能材料的需求,采用聚合物热解法,通过优化前体聚合过程中金属离子与丙烯酸配比制备高比容量层状富锂锰基氧化物Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)。依据丙烯酸聚合反应实现金属离子均匀分散,通过二次升温煅烧制备出富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)。改变煅烧温度,制备不同煅烧温度下的正极材料样品,研究煅烧温度对其微观形貌及电化学性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试技术观测不同材料样品微观形貌和晶体结构的差异,利用能谱分析技术(EDS)观察材料中的元素分布情况,使用新威电池测试系统和电化学工作站对所制备正极材料的电化学性能进行研究。结果表明,在925℃下制备的Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)正极材料结晶度高,层状结构明显,阳离子混排程度低,各元素分散均匀。在2.0~4.8 V范围循环充放电测试,0.1C倍率下首周放电比容量达到290.3 mAh/g,0.5C倍率下循环充放电100周放电容量保持在204.8 mAh/g,容量保持率为81.9%,具有较好的循环稳定性。本实验制备出的富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)具有良好的电化学性能,有助于推动富锂锰基正极材料的应用,为高比容量正极材料的发展提供实验依据。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基正极材料 聚合物热解法 电化学性能
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NCM622正极材料结构形态和储锂特性的同步演变
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作者 李坤 黄锐 +3 位作者 丛君 马海涛 常龙娇 罗绍华 《化工学报》 北大核心 2025年第4期1831-1840,共10页
当前以锂离子电池为主的二次电池已经步入主流。LiNi_(1-x-y)Co_(x )Mn_(y )O_(2)(NCM)材料在锂离子电池中具有较大的商业市场,是一种具备极大应用价值的正极材料。根据镍的含量不同具备不同的性能。镍比例的增加能使比容量提高,也会导... 当前以锂离子电池为主的二次电池已经步入主流。LiNi_(1-x-y)Co_(x )Mn_(y )O_(2)(NCM)材料在锂离子电池中具有较大的商业市场,是一种具备极大应用价值的正极材料。根据镍的含量不同具备不同的性能。镍比例的增加能使比容量提高,也会导致热稳定性下降,对于高镍材料需要对制备工艺有更高的要求确保其性能。相对Li[Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)]O_(2)(NCM811),Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_(2)(NCM622)在具备较高比容量的同时热稳定性更优秀。对纯相NCM622材料使用水热法进行制备,通过控制煅烧温度和煅烧时间得出最佳制备方案。所制备的NCM622材料在最佳条件下能够达到最高191.3 mA·h·g^(-1)的放电比容量,充放电循环有最高88.74%的容量保持率。 展开更多
关键词 锂离子电池 正极材料 层状氧化物 电化学
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富锂锰基层状氧化物正极材料面临的挑战及解决方案 被引量：8
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作者 张祖豪 丁晓凯 +4 位作者 罗冬 崔佳祥 谢惠娴 刘晨宇 林展 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期408-424,共17页
纯电动汽车和插电式混合动力汽车的快速发展对锂离子电池的能量密度与循环寿命等提出了更高的要求,而正极材料是决定锂离子电池性能的最关键部分。富锂锰基层状氧化物(LMLOs)因具有高比容量(>250 mA·h/g)、高工作电压、低成本... 纯电动汽车和插电式混合动力汽车的快速发展对锂离子电池的能量密度与循环寿命等提出了更高的要求,而正极材料是决定锂离子电池性能的最关键部分。富锂锰基层状氧化物(LMLOs)因具有高比容量(>250 mA·h/g)、高工作电压、低成本以及高安全性等优势被认为是下一代动力电池最有前景的正极材料。尽管如此,首次库仑效率低、电压衰减严重、循环以及倍率性能差等问题阻碍了其实际应用。本文就导致这些问题产生的根源进行了总结,包括不可逆的氧释放、层状结构向尖晶石结构的不可逆转变以及过渡金属离子的迁移和价态变化等。同时,分别从表面包覆、表面及体相掺杂、晶面调控以及表面集成结构四个方面总结了近年来国内外研究者们针对这些问题设计的解决方案。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基层状氧化物 结构演变 电压衰减 正极材料
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富锂锰基材料低首次库仑效率原因及改性策略 被引量：1
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作者 张佳文 蔡星鹏 +3 位作者 周俊飞 丁浩 张宁霜 崔孝玲 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1211-1220,共10页
富锂锰基正极材料〔xLi_(2)MnO_(3)•(1–x)LiTMO_(2),0<x<1,TM=Mn、Co、Ni等〕(LROs)具有高容量、高工作电压、高安全、低成本等诸多优点,是下一代新型锂离子电池材料中最具有应用前景的正极材料之一。然而,LROs的低首次库仑效率... 富锂锰基正极材料〔xLi_(2)MnO_(3)•(1–x)LiTMO_(2),0<x<1,TM=Mn、Co、Ni等〕(LROs)具有高容量、高工作电压、高安全、低成本等诸多优点,是下一代新型锂离子电池材料中最具有应用前景的正极材料之一。然而,LROs的低首次库仑效率严重地阻碍了其商业化,亟需深入研究其低首次库仑效率原因。从LROs的晶体结构及充放电行为出发,全面剖析了氧的不可逆流失、Li^(+)不可逆脱/嵌、Li^(+)与H^(+)离子交换等造成LROs低首次库仑效率原因的具体机理;针对性地总结了离子掺杂、表面工程、单晶化等提升首次库仑效率的相关改性策略;展望了提升LROs未来商业化的研究方向。 展开更多
关键词 锂离子电池 富锂锰基正极材料 首次库仑效率 改性策略
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