锂离子电池富镍正极材料表面化学及改性研究

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镍系锂离子电池正极材料的合成工艺及改性研究

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导致容量的不可逆损失＿］３。 “ ＬＮＯｚｉｉ在高脱锂状态下，ｉＮ。易被氧化成Ｎｉ，４ ” Ｎｉ氧化
性较强，能够使电解液氧化分解，出热量和气体，放高脱锂态的
Ｌ，Ｎｉ本身也不稳定，ｉ０２一一定温度下易放热分解并析出氧气，当热量和气体聚集到一定程度时，就有可能引起爆炸，带来安全
２ＳｈｏｈｍｉｌｎｉｅｉｇａｄｔｅＥｖｒｎｅｔＢｉｎｓｉｔｆｃｎｌｇ，ｅｉ０００ｃｏｌｅｃｇｎｒｎｈｎｉｍｎ，ｅｉｇＩｔｕｅｏｈｏｏｙＢｉｎ１０８）ＣａＥｅｎｏｊｎｔＴｅｊｇ
ｍａｅｉｌｏｉｉｍｎｂｔｅｙａｄｒｖｅｓｔｅｒｃｎｅｅｒｈｓｏｈｙｈｔｅｈ，ｅｅｎｏｉｇ，ａｄｓｒｔｒａｒｌｈｕｉａｔｒｎｅｉｗｅｈｅｅｔｒｓａｃｅｎｔｅｓｎｔｅｉｍｔｏｆｔｏｃｄｌｍｅｔｄｐｎｎｕ— ｆｃｄｉｉａｉｎｏｈｉｋｌｂｓａｈｅｍｔｒｌ，ａｄｄｓｕｓｓｔｅｄｖｌｐｉｒｎｆｔｅｍｔｒａｓｆｍｈａｅｍｏｆｃｔｆｔｅｎｃｅ— ａｅｃｔｏｏｄｄａｅｉｓｎｉｃｓｅｈｅｅｏｎｔｅｄｏｈａｇａｅｉｌｒｏｔｅｐａｔａｉｗ．ｒｃｉｌｅｃｖ

锂离子电池正极材料改性研究进展

N C A 材料，由场发射扫描电镜（FESEM )结果可知， N C A 材料均匀地分散在石墨烯纳米片当中，电性能测试结果显示，包覆后材料在 0.1 t 放电比容量由 194.8mA‘h’g—1提升至 a n .Qm A'h'g—1, 倍率性能、循环性能都得以提升。
成一层保护层，防止电解液分解时对材料结构的破坏。通过对改性后的材料进行表征可以发现，L P A N 掺杂包覆不但提高了锂离子的迁移率，同时也提高了正极材料的电化学性能。W A N G 161等通过化学沉淀法在事先利用 M g 掺杂的 L i C 〇02 表面包覆了 Z K X F 、层。通过电化学测试后发现改性后的材料在 3~4.5 V 的电压范围内仍具有良好的循环稳定性，同时容量保持率也得到了提高。分析可知，元素 Mg 的掺杂可以稳定L i C 〇0 2的晶体结构，同时包覆层抑制正极材料和电解液发生副反应，这样电池的循环性能就得到了很大的提升。
由于富镍材料相对钴酸锂体系具有更高的容量密度，同时成本更低 &对环境污染小，因此被视为未来电池正极材料的候选材料。由于高镍层状正极材料的结构稳定性以及热稳定性较差，因此会引起电池容量的衰减问题，这将严重影响电化学性能，通过分析发现材料的失效主要归因于：① 在高镍锂电正极材料中，由于某些的原因导致一些过渡金属的阳离子与过渡锂离子发生混合占位的现象，称为阳离子的混排。在高镍系材料中主要存在 N i /L i 的混排 [7]。② 材料表面容易发生相变，且此相变过程是不可逆的。③ 界面发生副反应。④ 当材料在截止电压较高的充放电环境下长期进行充放电循环时，晶格边界处由于材料应力放电深度变化的诱导产生微裂纹。

锂离子电池正极材料的表面改性研究

锂离子电池正极材料的表面改性研究锂离子电池作为当前最主流的电力储存技术之一，已经广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车等领域。

而锂离子电池的性能主要受限于其正极材料。

正极材料作为电池的核心部分，直接影响着电池的能量密度、寿命和安全性等方面。

因此，研究正极材料的表面改性，成为当前锂离子电池领域的热门课题。

正极材料的主要任务是提供锂离子的嵌入和释放通道，保证电池的正常工作。

目前广泛使用的锂离子电池正极材料是锂铁磷酸盐、锰酸锂和三元材料（镍锰钴三元材料）。

然而，这些正极材料在长期循环过程中会出现容量衰减、固态界面形成和安全性问题。

为了改善锂离子电池的性能，一种常见的方法是对正极材料进行表面改性。

表面改性是通过涂覆、离子注入、表面合成等手段，在正极材料的表面形成一层保护膜，来增强正极材料与电解液之间的相互作用。

这种表面保护膜可以有效减少电极与电解液的相互反应，降低电极的电化学活性，从而提高电池的循环寿命和安全性。

近年来，研究人员针对不同的正极材料，开展了一系列的表面改性研究。

以锂铁磷酸盐为例，改性方法主要包括涂覆炭黑、制备导电聚合物膜和表面包覆金属氧化物等。

涂覆炭黑能够增加电极与电解液之间的接触面积，提高电极的导电性；导电聚合物膜可以增加电极的机械稳定性，防止电极的剥落和析氧化；表面包覆金属氧化物可以改善电极与电解液之间的界面作用，延缓电极材料的衰减。

这些表面改性方法都能够有效提高锂铁磷酸盐电池的性能。

在锰酸锂电池中，改性方法主要集中在提高电极的稳定性和抑制结构演变。

例如，研究人员通过包覆金属氧化物、合成改性剂和掺杂稀土元素等手段进行表面改性。

这些方法能够提高锰酸锂电池的循环寿命和容量保持率，减少电池在高温和高电流下的失效。

对于三元材料电池，表面改性研究主要围绕提高电池的安全性和寿命展开。

例如，研究人员通过合成过渡金属氧化物、掺杂碳材料和粒子负载等方式对三元材料进行表面改性。

这些方法能够有效提高电池的循环寿命、抑制电池的热失控和容量衰减。

锂离子电池三元高镍正极材料的改性及电化学性能研究

锂离子电池三元高镍正极材料的改性及电化学性能研究摘要：为了提高锂离子电池的性能，本研究采用了化学共沉淀法制备了三元高镍正极材料。

随后，对其进行了改性处理，包括高温焙烧、表面修饰和掺杂等方法，并研究了不同改性方法对其电化学性能的影响。

结果表明，采用掺杂方法改性的三元高镍正极材料具有更好的电化学性能，其中最佳掺杂剂为钴和铁，能够显著提高其比容量和循环寿命。

关键词：锂离子电池；三元高镍正极材料；改性；电化学性能引言锂离子电池是目前最广泛应用的一种可充电电池，具有高能量密度、长循环寿命等优点。

其中正极材料是决定电池性能的关键因素之一，而三元高镍正极材料由于具有高的比容量和低的成本，在近年来受到了广泛的研究。

然而，其电化学性能仍存在一些缺陷，如循环寿命短、容量衰减等问题。

因此，如何改善其性能成为了当前研究的重要方向之一。

方法本研究采用化学共沉淀法制备了三元高镍正极材料，其中镍、钴、锰的质量比为5:3:2。

随后，对其进行了高温焙烧、表面修饰和掺杂等方法进行改性处理。

结果与讨论通过扫描电镜和透射电镜等实验手段对样品进行了形貌和结构表征，发现掺杂元素的引入能够显著改变材料的颗粒形貌和晶体结构。

同时，改性后的三元高镍正极材料具有更优异的电化学性能，在充放电容量、循环寿命等方面均有明显提高。

其中，采用掺杂方法改性的样品具有最佳的性能表现，钴和铁掺杂元素的引入能够显著提高其比容量和循环寿命，且其性能稳定性较高。

结论本研究通过对三元高镍正极材料进行改性处理，发现掺杂方法能够显著提高其电化学性能，其中最佳掺杂元素为钴和铁。

该研究为提高锂离子电池性能提供了新思路和方法。

离子电池是目前最常用的可充电电池之一，在诸多领域得到广泛应用，比如移动通信、电动汽车、储能系统等。

其中，三元高镍正极材料由于其高比容量、低成本等优点而备受研究者们的关注，然而其电化学性能仍存在不足之处，主要体现在循环寿命短、容量衰减等方面。

因此，如何提高该材料的性能成为当前研究的热点问题之一。

锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。

近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。

在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。

首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。

目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。

然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。

因此，研究人员开始寻找替代材料。

一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。

这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。

另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。

其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。

通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。

比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。

此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。

通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。

一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。

总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。

通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。

随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。

因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。

有关锂离子电池正极材料的再探究

有关锂离子电池正极材料的再探究高一一班王威锂离子电池由于具有工作电压高、比能量大、重量轻、自放电小、无记忆效应、循环寿命长等优点，成为了现今电池行业中主要产品。

而正极材料由于它在锂离子电池中的重要地位而成为了目前科研的热点。

目前锂离子电池的正极材料主要有锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物等锂的过渡金属氧化物以及磷酸铁锂等。

应用最多的是锂钴氧化物，而最具发展前景的材料是磷酸铁锂。

我将在本篇文章中从电导率以及改性等方面对这两种主要材料进行对比。

有关磷酸铁锂正极材料的工作原理有三种模型：辐射模型、马赛克模型、新型核壳模型以及多米诺骨牌层叠模型。

尽管各种模型都不尽相同，但是这几种模型无不指向一个观点：磷酸铁锂的电导率会随着使用次数的增加而下降极快，锂离子扩散速率在近乎密堆的六方形氧原子中很难加快。

这是磷酸铁锂这一正极材料中的“新贵”的最大缺陷。

因此，科学家们对如何进行磷酸亚铁材料的改性也进行了研究，目前主要的改性方法是控制磷酸铁锂的颗粒大小以缩短锂离子扩散路径；对其进行表面包覆提高导电性和离子传导率；晶格掺杂以从本质上提高电导率。

表面包覆主要是包覆碳来提高比容量及循环性能，除碳外，银铜等贵金属材料和部分有机材料也被用于表面包覆。

掺杂是一种比表面包覆更有效的办法，通过掺杂一些高价态离子能够改变磷酸铁锂材料的内部结构，这种方法能有效的从根本上解决电导率的问题，但是人们也就掺杂的离子能否顺利进入晶格普遍争论。

我认为，在向磷酸铁锂材料中添加阳离子或阴离子时，添加的离子会进入材料的内部结构中使材料的晶格被迫变形而接受外来添加离子，但是掺杂离子所处的具体位置并不清晰，不同位置是否会对材料电化学性能如果加以验证，那么磷酸铁锂材料的优越性就会有一个极大的提升。

相比之下，锂钴氧化物作为正极材料制作方法较为简便性能稳定，比容量高，循环性好，但是成本较高，因此现在正在研究用锂镍钴氧化物来代替锂钴氧化物，并且有了一些应用。

综上，我认为如今锂离子电池正极材料发展空间巨大，仅现有正极材料就可通过掺杂等多种方式来改变其性能，使之更适用于人们的生活。

压电材料LiTaO_3和BaTiO_3对富锂正极材料的表面改性研究

压电材料LiTaO_3和BaTiO_3对富锂正极材料的表面改性研究锂离子电池作为新能源材料与镍氢电池相比具有绿色环保、比能量大、无记忆性、体积小、质量轻等优点。

近年来能源汽车以及电子产品的发展就要求新能源电池不断的进步,而对于具有高能量密度的锂离子电池而言则具有更高的研究价值。

然而,这些高能量密度的锂离子电池的寿命问题决定着自身是否可以广泛的应用于生活的各个方面。

本论文主要研究的主题是使用压电材料对具有高能量密度的富锂正极材料Li1.2Mn0.56Ni0.17Co0.07O2进行表面改性研究。

因为富锂层状正极材料具有较宽的工作电压,较高的理论比容量以及较高的能量密度而逐渐的成为科研工作者的研究对象。

与此同时,富锂层状材料的缺点也成为影响其应用范围的重要原因,其主要包括容量衰退严重,结构相变导致的电压衰退以及较差的倍率性能。

对富锂层状正极材料来说,较低的首周库伦效率是这个材料的主要缺点之一,这是因为是在首周充电高于4.5 V时,部分锂离子以氧化锂的形式从超晶格结构中脱出,而以这些形式脱出的锂离子将无法再回到正极材料中,因此称其为不可逆容量。

同时在这个过程中伴随氧的析出,也是导致首周不可逆的主要原因。

而对富锂正极材料循环寿命短的主要原因在于,在放电过程中,锂离子并非完全回到正极,且伴随着部分的过度金属阳离子迁移至锂位而导致结构发生相变从而引起电压的衰退。

此外,在高电压下的材料表面的副反应比较严重从而影响材料的锂离子的动力学行为导致其较差的倍率性能和严重的容量衰退。

为了解决上述问题,进一步的改善富锂正极材料的物理以及电化学性能;大部分的科研工作者采用表面包覆和体相掺杂等方式对富锂层状氧化物进行修饰改善。

锂离子电池高镍三元材料的研究进展

锂离子电池高镍三元材料的研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的开发和利用受到了广泛关注。

锂离子电池作为一种高效、环保的储能技术，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。

高镍三元材料（NCA、NMC等）作为锂离子电池正极材料的代表之一，因其高能量密度、低成本等优点，近年来成为了研究的热点。

本文旨在综述锂离子电池高镍三元材料的研究进展，包括其晶体结构、合成方法、性能优化以及应用前景等方面，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。

本文将介绍高镍三元材料的晶体结构和基本性能，阐述其作为锂离子电池正极材料的优势与不足。

将重点综述高镍三元材料的合成方法，包括固相法、溶液法、熔融盐法等，并分析各种方法的优缺点。

在此基础上，本文将进一步探讨高镍三元材料的性能优化策略，如表面包覆、掺杂改性等，以提高其循环稳定性、倍率性能等。

本文将展望高镍三元材料在锂离子电池领域的应用前景，探讨其未来的发展方向和挑战。

通过本文的综述，期望能够为锂离子电池高镍三元材料的研究和应用提供有益的参考和启示，推动该领域的技术进步和发展。

二、高镍三元材料的结构与性能高镍三元材料，通常指的是NCA（镍钴铝）和NMC（镍锰钴）等富镍正极材料，其中镍的含量通常超过50%。

这些材料因其高能量密度和良好的循环性能而受到广泛关注。

高镍三元材料的晶体结构通常为层状结构，属于α-NaFeO₂型六方晶系。

在这种结构中，镍、钴和锰（或铝）离子占据3a位置，氧离子占据6c位置，形成八面体配位。

镍离子因其较高的氧化态（+3或+4）而占据锂层中的部分位置，这有助于提高材料的能量密度。

然而，高镍含量也带来了结构不稳定性的问题，因为镍离子半径较大，容易引起晶格畸变。

高镍三元材料具有较高的比容量和较高的能量密度，这使得它们成为下一代锂离子电池的理想选择。

例如，NCA材料的理论比容量可以达到275 mAh/g，远高于传统的钴酸锂（LCO）材料（约140 mAh/g）。

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５１０８００；２中南大学，湖南长沙４１００８３）
（１广州锂宝新材料有限公司，广东广州
摘要：锂离子电池富镍系正极材料ＬｉＮｉＭＯ（１－ｘ＞０．６；Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａ１等）具有高容量、低成本而被认为是最有希望的
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州
化
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Ｖｏ１．４５Ｎｏ．１０Ｍａｖ．２０１７
２０１７年５月
ＧｕａｎｇｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
锂离子电池富镍正极材料表面化学及改性研究
关键词：富镍正极材料；表面化学；改性
中图分类号：ＴＱ１５２
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１ — ９６７７（２０１７）１０ — ００１２ — ０２
ＳｕｒｆａｃｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＭｏｄｉｉｃｆａｔｉｏｎｏｎＮｉ－ｒｉｃｈＬｉＮｉｌＭＯ２
候选者。尽管如此，富镍系正极材料容易吸收空气中的ＣＯ和Ｈ：Ｏ发生副反应生成Ｌｉ：ＣＯ和ＬｉＯＨ杂质，生成的杂质和电解液发生反
应在材料表面形成绝缘层；同时Ｎｉ ’ 容易从过渡金属层迁移到锂层，造成离子混排；高活性Ｎｉ也会加速电解液分解，导致电解液耗尽。本文首先介绍了富镍系正极材料的表面化学，然后总结了目前的改性方法，以改善其电化学性能和减少过渡金属溶解。
ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔＯｂｅｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇｃａｎｄｉｄａｔｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌＯＷｃｏｓｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ．Ｎｉ－ｉｒｃｈｃａｔｈｏｄｅｓｅａｓｉｌｙａｂｓｏｒｂｔｈｅＣＯ２ａｎｄＨ２０ｉｎａｉｒｆｏｒｍｉｎｇＬｉ２ＣＯ３ａｎｄＬｉＯＨ，ｔｈｅｓｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｐｅｃｉｅｓｃａｎｒｅａｃｔｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｆｏｒｍｉｎｇ
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