锂离子电池正极材料制备与表征.
以磷酸亚铁为原料制备锂离子电池的电极材料磷酸亚铁锂的流程如下
以磷酸亚铁为原料制备锂离子电池的电极材料磷酸亚铁锂的流程如下磷酸亚铁锂是一种重要的锂离子电池正极材料，其具有高的比容量、良好的循环性能和较高的电压平台，被广泛应用于电子设备、电动汽车等领域。
下面将简要介绍磷酸亚铁锂的制备流程。
首先，以磷酸二氢钠（NaH2PO4）和亚铁氯化物（FeCl2）为原料，按一定的配比加入适量的水溶液中。
在搅拌的同时，逐渐加入适量的氢氧化锂（LiOH）溶液，使反应混合物保持弱碱性的条件。
反应混合物中的锂离子与磷酸二氢钠中的磷酸根离子反应生成磷酸锂：2LiOH+NaH2PO4→Li2HPO4+NaOH然后，向磷酸锂溶液中加入适量的亚铁氯化物溶液，产生反应生成亚铁磷酸锂：3FeCl2+Li2HPO4→Fe3(PO4)2+2LiCl在反应过程中，需要控制反应的温度和pH值，以保证反应进行顺利。
通常，反应温度在80-100℃范围内，pH值在7-8之间。
得到的亚铁磷酸锂沉淀通过离心、洗涤、干燥等步骤进行处理。
首先，用离心机将溶液中的沉淀分离出来，然后用适量的去离子水对沉淀进行洗涤，去除杂质。
洗涤后的沉淀通过真空干燥或高温烘干的方式得到亚铁磷酸锂粉末。
最后，得到的亚铁磷酸锂粉末通过固态反应或湿法混合等方式与导电剂（如炭黑）和粘结剂（如PVDF）进行混合，并加入适量的溶剂（如NMP）制备成电极浆料。
然后，将电极浆料涂覆在导电性较好的铝箔或铜箔上，经过烘干、压片、切割等工艺步骤，最终制备成磷酸亚铁锂的正极材料。
总之，磷酸亚铁锂的制备流程主要包括原料配料、反应合成、沉淀处理以及电极浆料的制备等步骤。
在制备过程中，需要控制反应温度、pH 值和反应时间等参数，以提高产物的纯度和电化学性能。
同时，对制备得到的正极材料进行表征和性能测试，为进一步应用于锂离子电池的研究提供依据。
锂离子电池正极材料LiFePO4的制备与改性
粒度分布不均
合成过程中，往往会出现粒度分 布不均的问题，这会影响电池的 电化学性能。解决方案：通过控 制合成条件，如溶液浓度、反应 时间等，来改善粒度分布。
纯度低
合成过程中，可能会混入杂质， 影响LiFePO4的性能。解决方案 ：通过改进合成工艺，提高合成 纯度，减少杂质含量。
改性过程中的挑战与解决方案
锂离子电池正极材料LiFePO4的制 备与改性
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目录
• LiFePO4材料简介 • LiFePO4的制备方法 • LiFePO4的改性研究 • LiFePO4的电化学性能 • LiFePO4的制备与改性的挑战与
解决方案 • 前瞻性研究与未来发展方向
01
LiFePO4材料简介
LiFePO4的结构与性质
热解法
原理
优点
应用
热解法是一种通过高温热处理 前驱体得到目标材料的方法。 在热解过程中，前驱体发生热 分解并脱去部分或全部有机物 ，最终得到LiFePO4正极材料 。
热解法具有工艺简单、制备周 期短、产量大等优点。
热解法适用于大规模工业化生 产，也是目前商业化生产 LiFePO4正极材料的主要方法 之一。
LiFePO4晶体结构属于橄榄石型结构，由Li、Fe、P、O元素组成，具有较低的密度、良好的电导性、热稳定性以及优良的锂 离子迁移性能。
LiFePO4材料中，每个Li+可以迁移到材料表面，形成锂离子嵌入和脱出的通道，使得Li+在充放电过程中能够快速地嵌入和 脱出。
LiFePO4在锂离子电池中的应用
锂离子扩散系数测量
通常使用电化学石英晶体微天平(EQCM)或光谱学方法测 量锂离子在电极材料中的扩散系数。这些测量可以提供 关于锂离子在电极材料中扩散行为的重要信息。
锂离子电池材料常用表征技术
锂离子电池材料常用表征技术在锂离子电池发展的过程当中，我们希望获得大量有用的信息来帮助我们对材料和器件进行数据分析，以得知其各方面的性能。
目前，锂离子电池材料和器件常用到的研究方法主要有表征方法和电化学测量。
电化学测试主要分为三个部分：（1）充放电测试，主要看电池充放电性能和倍率等；（2）循环伏安，主要是看电池的充放电可逆性，峰电流，起峰位；（3）EIS交流阻抗，看电池的电阻和极化等。
1、成分表征（1）电感耦合等离子体（ICP）用来分析物质的组成元素及各种元素的含量。
ICP-AES可以很好地满足实验室主、次、痕量元素常规分析的需要；ICP-MS相比ICP-AES是近些年新发展的技术，仪器价格更贵，检出限更低，主要用于痕量/超痕量分析。
Aurbac等在研究正极材料与电解液的界面问题时，用ICP研究LiC0O2和LiFePO4在电解液中的溶解性。
通过改变温度、电解液的锂盐种类等参数，用ICP测量改变参数时电解液中的Co和Fe含量的变化，从而找到减小正极材料在电解液中溶解的关键[1]。
值得注意的是，若元素含量较高（例如高于20%），使用ICP检测时误差会大，此时应采用其他方式。
（2）二次离子质谱（SIMS）通过发射热电子电离氩气或氧气等离子体轰击样品的表面，探测样品表面溢出的荷电离子或离子团来表征样品成分。
可以对同位素分布进行成像，表征样品成分；探测样品成分的纵向分布Ota等用TOF—SIMS技术研究了亚硫酸乙烯酯作为添加剂加到标准电解液后，石墨负极和LiC0O2正极表面形成SEI膜的成分[2]。
Castle等通过SIMS探测V2O5在嵌锂后电极表面到内部Li+的分布来研究Li+在V2O5中的扩散过程[3]。
（3）X射线光子能谱（XPS）由瑞典Uppsala大学物理研究所Kai Siegbahn教授及其小组在20 世纪五六十年代逐步发展完善。
X射线光电子能谱不仅能测定表面的组成元素，而且还能给出各元素的化学状态信息，能量分辨率高，具有一定的空间分辨率（目前为微米尺度）、时间分辨率（分钟级）。
实验报告三(金属锂电池的制作与性能表征)12550701021钟如达.
实验报告实验三:纽扣金属锂电池(商品)的制造与性能表征班级： 12应化A班学号：12550701021 姓名：钟如达一、实验原理一次性金属锂离子电池是由金属锂负极，过渡金属氧化物正极（如MnO2），隔膜为微孔薄膜和电解质为LiPF6、LiAsF6或LiClO4等有机溶液所组成。
下面以MnO2为正极材料，金属锂为负极，叙述金属锂电池的工作原理：(1)正极放电时，正极从外部电子线路获取电子，Mn4＋被还原为Mn3＋。
电极反应为：MnO2 + e- = MnO2(2)负极放电时电极反应为：Li - e- = Li+总反应：MnO2 + Li = LiMnO2[E = 3.5 V]由于金属锂电池电容量大、放电持续稳定、价格低廉而被广泛使用。
二、实验材料仪器1、实验材料：二氧化锰（MnO2）、KS6石墨、铜箔、铝箔、隔膜（Celgard2400）、锂片、电解液（LB-315，1M LiPF6溶于体积比EC: DEC: EMC=1:1:1的溶液）、扣式电池壳（CR2032）、纽扣电池座等。
2、实验仪器CorreTest CS350电化学工作站、电子分析天平、YP-24T压片机、XYM-Z（Ø13 mm）压片模具、JK-CMJ-02扣式电池冲模机（Ø19 mm）、手套箱+JK-YYFKJ-20纽扣电池液压封口机（附带高纯氮气气源）等。
三、实验流程与步骤(一)实验流程A搅拌→B压片→烘干→C切膜→D封装→F测试(二)实验流步骤1、正、负极的制备a、正极的制备按4: 1的质量比，分别称取2.40 g MnO2和0.60 g KS6导电剂碳黑混合均匀。
准确称量混合物0.7605 g，并转移到压片机模具中，在8.0 T/cm2(仪器指针刻度为10)压力下压片，制成正电极片。
把制备好的正电极片放置在120 ℃烘箱中烘1~2小时后待用。
b、负极、电解液、隔膜负极极片是厚度为1.50 mm直径为15 mm的锂金属片；电解液为LB-315（1M LiPF6溶于体积比EC: DEC: EMC=1:1:1的溶液）；隔膜为Celgard2400，将隔膜纸裁剪/冲模成直径为Φ19 mm的圆片。
锂离子电池正极材料硫化锂的制备与表征
锂离子电池正极材料硫化锂的制备与表征锂离子电池在当今的电子产品和机械设备中应用广泛，因为其高能量密度、低自放电率和轻便等特点。
而硫化锂作为一种重要的锂离子电池正极材料，其电化学性能和稳定性受到广泛关注。
本文将着重介绍硫化锂的制备和表征。
一、硫化锂的制备硫化锂制备的方法比较多，常见的方法包括高温固相法、溶胶-凝胶法、氢气还原法等。
以下将详细介绍高温固相法和溶胶-凝胶法。
1. 高温固相法高温固相法是制备硫化锂最常见的方法之一。
其主要原理是将硫粉末和锂粉末按一定的比例混合，放入高温炉中，在高温下反应生成硫化锂。
具体的反应方程式为Li+1/2S2→Li2S。
此方法的主要优点是制备工艺简单，且成本较低。
然而，其缺点也是显著的：反应后产生的硫化锂颗粒较大，具有不良的电化学性能和循环寿命短等缺陷。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法也是制备硫化锂的一种方法。
该方法的原理是将锂盐和硫化物悬浮在介质溶剂中，形成凝胶。
然后，将凝胶进行干燥、煅烧等步骤，制得硫化锂。
此方法的主要优点是能够制备颗粒大小均匀、电化学性能良好的硫化锂。
然而，工艺复杂，成本高昂。
二、硫化锂的表征硫化锂的表征是关键的步骤，可以帮助研究人员评估硫化锂的电化学性能和稳定性。
以下将介绍主要的表征方法。
1. X射线粉末衍射（XRD）XRD是一种常用的硫化锂表征方法。
该方法通过分析硫化锂的衍射光谱，可以得知硫化锂的结晶类型、纯度等信息。
此外，XRD还可以检测样品中的杂质和非晶相。
2. 扫描电镜（SEM）SEM可以通过对样品的表面进行扫描，得到样品的形貌和结构信息。
由于硫化锂的形态和结构对其电化学性能有重要影响，因此SEM成为了硫化锂表征的重要手段。
3. 比表面积测试（BET）BET是一种用于测定材料表面积的表征方法。
硫化锂的比表面积大小与其电化学性能密切相关。
越大的比表面积意味着越多的活性位点，从而使得硫化锂具有更好的电化学性能。
4. 循环伏安法（CV）CV是一种测试材料纯度和电化学特性的方法。
实验5 锂离子电池装配及表征----实验报告
实验5 锂离子电池装配及表征一．锂离子电池的工作原理锂离子电池是在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池基础上发展来的。
在锂离子电池中, 正极是锂离子嵌入化合物, 负极是锂离子插入化合物。
在放电过程中, 锂离子从负极中脱插, 向正极中嵌入, 即锂离子从高浓度负极向低浓度正极的迁移；相反, 在充电过程中, 锂离子从正极中脱嵌, 向负极中插入。
这种插入式结构, 在充放电过程中没有金属锂产生, 避免了枝晶, 从而基本上解决了由金属锂带来的安全问题。
在充放电过程中, 锂离子在两个电极之间来回的嵌入和脱嵌, 被形象地称为“摇椅电池”(Rocking Chair Batteries), 它的工作原理如图 1.1所示。
二．锂离子电池的制备工艺和需要注意的问题1.制备工艺流程配料----和膏-----涂板----干燥-----冲片-----压片-----扣式电池的组装（具体过程见讲义）2.需要注意的问题（思考题第一题）扣式锂离子电池制备工艺的关键是和膏、电极制备、电池装配及封口。
研究发现, 和膏及电极制备工艺对活性物质是否掉粉有重要影响, 而电池的装配和封口工艺则是影响扣式锂离子电池充放电性能的主要因素。
（2）当正极原料配比固定时, 对极片质量影响最大的便是搅拌过程, 搅拌方法选择不好将会导致极片的导电性降低和极片掉粉, 极片掉粉将会直接影响电池容量等。
搅拌方式有超声波搅拌、磁力搅拌、强力搅拌以及手工研磨。
经研究发现采用强力搅拌和超声波搅拌得到的极片质量最好, 而在本实验中我们使用的搅拌效果最差的手工研磨, 这很难得到好的结果。
所以在和膏时要注意搅拌方式的选择。
（3）干燥温度和时间选择不适也会导致极片掉粉, 干燥的目的是为了除去膏体中大量的溶剂NMP 以及在配膏过程中吸收到的水分, 温度和时间都应选择合适。
压片时压力要选择适中, 压片的目的主要有两个: 一是为了消除毛刺, 使极片表面光滑、平整, 防止装配电池时毛刺穿透隔膜引起短路; 二是增强膏和集流体的强度, 减小欧姆电阻。
固相法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究
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锂离子电池磷酸盐正极材料的制备、表征及性能研究
锂离子电池磷酸盐正极材料的制备、表征及性能研究一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，发展清洁、高效、可持续的能源技术已成为人类社会的迫切需求。
锂离子电池作为一种重要的新型储能器件，具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，被广泛应用于移动通讯、电动汽车、航空航天等领域。
而磷酸盐正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其性能直接影响着电池的整体性能。
因此，深入研究磷酸盐正极材料的制备工艺、表征方法以及性能优化，对于提高锂离子电池的性能、推动新能源技术的发展具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨锂离子电池磷酸盐正极材料的制备技术、表征手段以及性能优化策略。
我们将对磷酸盐正极材料的制备方法进行系统梳理，包括固相法、溶液法、熔融法等，分析各种方法的优缺点，并探索新的制备工艺。
我们将研究磷酸盐正极材料的表征技术，包括射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析等手段，揭示材料的微观结构和化学性质。
我们将通过实验研究和理论分析，探讨磷酸盐正极材料的电化学性能及其影响因素，为优化材料性能、提高电池效率提供理论支持和实践指导。
本文的研究内容不仅有助于深入理解磷酸盐正极材料的制备与性能关系，也为锂离子电池的进一步发展和应用提供了有益的参考和借鉴。
我们期望通过本文的研究，能够为推动新能源技术的进步、实现可持续发展做出贡献。
二、磷酸盐正极材料的制备磷酸盐正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，其性能直接影响电池的能量密度、循环稳定性和安全性。
制备磷酸盐正极材料的过程需要严格控制各项参数，以确保其性能达到最佳状态。
在制备磷酸盐正极材料时，我们通常选择固相反应法作为主要的制备方法。
将所需的金属盐（如磷酸盐、氧化物或碳酸盐）按照预定的化学计量比进行混合，并在一定的温度和气氛下进行预烧，以促使原料之间的初步反应。
这一步骤中，温度的控制尤为关键，需要确保既能使原料充分反应，又避免温度过高导致材料结构破坏。
锂离子电池正极材料LiVO3的溶胶凝胶法制备
2019年第14期广东化工第46卷总第400期·15·锂离子电池正极材料LiVO3的溶胶凝胶法制备严丹林，曾瑛英(广东石油化工学院理学院，广东茂名525000)Synthesis of LiVO3Cathode Material for Lithium-ion Battery by Sol-gel MethodYan Danlin,Zeng Yingying(Guangdong University of Petrochemical Technology,MaoMing525000,China)Abstract:LiVO3as cathode material for lithium-ion battery was prepared successfully by aqueous ammonia assisted sol-gel method.X-ray diffraction results confirm that single phase LiVO3can be obtained.Scanning electron microscopy result showed that the material present particles with nano-rod morphology.Our electrochemical measurement results reveal that the LiVO3synthesized in our experiment exhibited excellent performance in cycling stability.It showed189mAh/g discharge capacity at current density of150mA/g,and capacity retention is98%after20cycles.Keywords:lithium-ion batteries；cathode material；LiVO3；sol-gel method随着人们对能源的需求量的日益增长，化石能源资源的不断消耗，新能源的开发和利用成了大家关注的焦点。
实验一 锂离子电池
实验一 软包锂离子电池的制备及性能表征一、实验目的1、通过制备软包锂离子电池，掌握化学电源的工作原理和制备方法。
2、通过对制备的电池性能的测试，掌握表征电池性能的实验技术。
二、实验原理及内容设计2.1 实验原理以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。
回正极的锂离子越多，放电容量越高。
我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。
Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像运动员一样在摇椅来回奔跑。
所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。
一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。
而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。
就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。
（1）正极正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。
充电时：LiFePO4→ Li1-x FePO4 + xLi+ + xe放电时：Li1-x FePO4+ xLi+ + xe →LiFePO4（2）负极负极材料：多采用石墨。
新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。
负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。
充电时：xLi ++ xe + C →Li x C 放电时：LixC → xLi + + xe + C电池反应：LiFePO 4+C Li 1-x FePO 4 + Li x C图1 锂离子电池结构示意图2.2 实验内容称量正极材料：LiFePO 4（活性物质）7g ，乙炔黑（导电剂）2g ，PVDF （粘结剂）1g 和有机溶剂（NMP ）约21ml ；负极材料石墨8g ，PVDF （粘结剂）1g 和有机溶剂20ml ，制备软包锂离子电池。
锂离子电池的制备合成及性能测定实验报告
实验二 锂离子电池的制备合成及性能测定一.实验目的1.熟悉锂离子电极材料的制备方法，掌握锂离子电极材料工艺路线；2.掌握锂离子电池组装的基本方法；3.掌握锂离子电极材料相关性能的测定方法及原理；4.熟悉相关性能测试结果的分析。
二.实验原理锂离子电池的结构与工作原理：所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。
人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。
以LiCoO 2为例：⑴电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。
这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V 且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO 2、LiNiO 2、LiMn 2O 4、LiFePO 4。
⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO 、SnO 2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x ＋5y)/2)等。
三.实验装置及材料1.实验装置：恒温槽，冰箱，搅拌器，管式电阻炉，真空干燥箱，鼓风干燥箱，铁夹，分液漏斗，研钵，烧杯，pH 试纸，循环水真空泵，漏斗，抽滤瓶，滤纸，玻璃皿，温度计；2.实验材料：乙醇，醋酸镍，醋酸钴，醋酸锰，碳酸钠，去离子水，氨水，乙炔黑，PVDF ，NMP ，LiOH ；四.实验内容及步骤1.样品的制备及准备碳酸盐共沉淀法制备LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2：分别称取摩尔比为1：1：1的醋酸镍(Ni(CH 3COO)2·4H 2O)、醋酸钴 (Co(CH 3COO)2·4H 2O)、醋酸锰 (Mn(CH 3COO)2·4H 2O)，用去离子水溶解，溶液金属离子总浓度为1mol ·L -1。
锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2制备及性能
注 。
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来 电动 汽 车、 绳 电 动 工 具 等 的 主要 动 力 来 源 之 无
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在文 中， 采 用溶 胶一 胶法 制备 ＬＮｇ 拟 凝 ｉ Ｍｎ ０ ０ ２
材 料 ， 对 产物 进 行 了结 构形 貌 来自 电化学 性 能 的考 并 察。
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２０ ０ ８年
第２ 卷 ９
第５ 期
锂离子 电池正极材料 Ｌ ． ｏ 制备及 性能 ｉ ５ ． Ｍｎ ５
黎 希， 萱， 晨 彦 赵 胡
（ 武汉理 工 大学材 料复合 新技 术国家重 点实验 室 ， 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 采用溶胶． 法成功合成 出 了 离子 电池正极材料 ＬＮ０Ｍｎ ２ 凝胶 锂 ｉｉ ｏ 。采 用 Ｔ ］ Ｓ ，Ｒ Ｓ Ｍ 等测试 ０ ＧＤ Ｃ Ｘ Ｄ， Ｅ
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纺锤体形LiFePO4锂离子电池正极材料的制备与性能
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ｂ ｃ ｎ ｉｇｅｅ ｔ ｎｍｉ ｏ ｃ ｐ Ｓ Ｍ）ｔ ｎ ｍｉ ｉｎｅｅ ｔ ｎｍｉｒｓ ｏ ｙ（ Ｅ ， — ｙｄｆ ｃｉｎ（ Ｄ） ｙｓ ａ ｎｎ ｌｃｒ ｃ ｓ ｏ ｙ（ Ｅ ，ｒ ｓ ｓ ｏ ｌ ｒ ｃｏ ｃ ｐ Ｔ Ｍ）Ｘ ｒ ｉｒ ｔ ＸＲ ， ｏ ｒ ａ ｓ ｃｏ ａ ｆａ ｏ Ｆ ｕｉｒｔ ｎ ｆｒ ｉｆ ｒｄ（ＴＲ）ｓ ｅ ｔ ｓ ｏ ｙ ｎ ａｖ ｎ ｓａｉ ｃ ａｇ －ｉ ｈ ｒｅ ｔｓｉｇ Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｏ ｒ ｒ ｓｏｍ ｒ ｅ Ｆ Ｉ ｐ ｃｒ ｃ ｐ ，ａ ｄｇ ｌ ｏ ｔｔ ｈ ｒｅｄｓ ａｇ ｅ ｔ ． ｈ ｅ ｕｔ ｅ ａபைடு நூலகம்ｎａ ｏ ａ ｃ ｃ ｎ ｓ
溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料
550℃
650℃
750℃
由于烧结过程中烧结温度越高，颗粒长大速率越快， 因此在相同的烧结时间内，温度越高颗粒长大越显著
不同烧结温度在0.2C充放电容量曲线
不同烧结时间下材料的充放电曲线 （其他条件不变）
烧结时间对LiFePO4/C材料性能的影响
Байду номын сангаас
结论
不同络合剂对材料的性能影响实验中，均 为纯相，当柠檬酸为络合剂时性能最佳。 采用溶胶凝胶法制备LiFePO4/C，一系列性 能测试，得出以硝酸铁:硝酸锂：磷酸二氢 铵：柠檬酸=1：1.05：1：1，60mass％的蔗 糖为原料，在260℃下预烧2h，650℃下烧 结6h，所制备的材料为纯相，0.2C放电下容 量能够达到122mAh/g。
谢谢
用硝酸亚铁：磷酸二 氢铵：硝酸锂：柠檬酸 =1;1:1.05:1,蔗糖含量为 60mass％的原料制备凝 胶，干燥后在管式炉中 350℃下预烧4h后的XRD 图谱
预烧后的XRD图谱
烧结温度对LiFePO4/C材料性能的影响
烧结温度高于400℃时，都会形成LiFePO4的晶形。 而温度的高低直接影响所制备材料的结晶状态。现 用柠檬酸钠做络合剂，硝酸铁:硝酸锂：磷酸二氢铵： 柠檬酸=1：1.05：1：1，60mass％的蔗糖为原料， 制得湿凝胶，干燥后在管式炉中260℃下预烧2h，煅 烧时间6h，对不同烧结温度制备的材料最对比
a ：柠檬酸 B ：月桂酸 c ：聚乙二醇400
不同络合物所制备的LiFePO4充放电性能曲线
TG-DSC（热重-扫描热量）曲线分析 在N2气氛下进行测试，升温速率为10℃/min。
447℃左右是溶胶凝 胶法中的前驱体反应物 开始合成LiFePO4晶体的 温度。
锂离子电池制作、表征和性能测试综合实验指导书
锂离⼦电池制作、表征和性能测试综合实验指导书锂离⼦电池制作、表征和性能测试综合实验⼀、实验⽬的1、掌握锂离⼦电池正负极电极⽚的制备技术。
2、了解纽扣式锂离⼦电池的装配技术。
3、了解并掌握纽扣式锂离⼦电池的测试表征技术（充放电测试、CV测试及交流阻抗测试等）并会处理分析测试数据。
4、了解锂离⼦电池正极和负极材料种类，掌握区别锂离⼦电池材料的⽅法（例如SEM、XRD、电池充放电特性等）。
5、掌握成品电池的测试⽅法，会分析成品电池的测试数据。
⼆、实验原理锂离⼦电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等⼏个部分组成。
⽬前商⽤的锂离⼦电池正极材料主要是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元材料；负极是碳材料组成，如MCMB，天然⽯墨等；隔膜采⽤具有微细孔的有机⾼分⼦隔膜，如美国Celgard隔膜；电解液由有机溶剂和导电盐组成，有机溶剂采⽤碳酸⼄烯酯、碳酸⼆甲酯等，导电盐采⽤LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4等。
负极的集流体为铜箔，正极的集流体铝箔。
通常使⽤的粘结剂为聚偏氟⼄烯（PVDF）等。
使⽤粘结剂把⽯墨、钛酸锂等负极材料粘附在铜箔上做成薄膜作为负极。
由于正极材料导电性不好，故必须加⼊导电炭⿊材料。
按照⼀定的配⽐，把活性料、炭⿊和PVDF混合均匀，加⼊适量溶剂制成具有⼀定流动性的胶状混合物，在铝箔上均匀涂布，经真空⼲燥后即可作为正极。
正负极都必须采⽤可以使Li+嵌⼊/脱出的活性物质，其结构⽰意图如图1所⽰：图1 ⼆次锂离⼦电池结构⽰意图由于扣式锂离⼦电池(CLIB) 质量轻、体积⼩，更能满⾜现代社会⽤电设备的⼩型化和轻量化的要求，⽬前CLIB 已商品化，主要⽤作⼩型电⼦产品电源，如：电脑主板、MP3 ⼿表、计算器、礼品、钟表、玩具、蓝⽛⽿机、PDA、电⼦匙、IC 卡、⼿摇充电⼿电筒等产品中，寿命可达5~10 年。
另外, CLIB 较圆柱形和⽅形锂离⼦电池成本低，封⼝容易，设备要求简单，因此，近年来很多电池公司、⼤专院校和科研院所的研发部门对开发CLIB 越来越重视。
锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2的制备与表征
第 ３ ５卷 第 ３期 ２０ ０ ７年 ８月
河 南师 范 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ） Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ Ｈｅ ａ ｒ ｌ ｎ ｖ ｒ ｉ （ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｎ Ｎｏ ｍａ ｉｅ ｓ ｙ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ ｏ Ｕ ｔ Ｓ
Ｚ ５ Ｎｏ ．３ ．３
Ａ ｕｇ．２ ０７ ０
文 章 编 号 ： ０ ０ ２ ６ （ ０ ７ ０ —０ ７ —０ １０ — ３ ７ ２ ０ ） ３ ０ ７ ３
锂离子电池正极材料 ＬＮ Ｃ Ｏ 的制备与表征 ｉｉ ｏ ２
汤宏伟 ， 志红 ， 朱 常照 荣 ，陈 中 军
（ 南师范大学 化学 与环境科学学院 ， 南 新乡 ４３０） 河 河 ５０ ７
只放 出 Ｈ Ｏ， 对环境 没有 任 何污 染 ， 反应 炉也 不会 有 什 么损 害 ， 利 于工 业 化 生产 ． ｉ Ｏ 对 有 Ｌ Ｎｉ 的制 备 条件 比
较 苛刻 ， 采用 ＩＯＨ ・Ｈ Ｏ与镍 、 的化 合 物反 应 的传统 合成 方法 得不 到产 物 Ｌ Ｎｉ。 ｏ ｉ 钴 ｉ 。 Ｃ 。 ＿ ， 我们 采用 Ｏｚ 而 ４ 二次干燥 的化 学共 沉 淀法 制备 出前 驱体 Ｎｉ Ｃ 。 ＯＨ） 以此 前驱 体 与 ＬＯＨ ・Ｈ Ｏ 混合 烧 结 ， 备 出 了 ｏ． （ ， ｉ 制
化 学性 能 ．
关键 词 ： 锂离子 电池 ； 正极材料 ； ｉ Ｃ Ｏ Ｌ Ｎｉ ｏ
中 图 分 类 号 ： Ｍ９２９０ ４ Ｔ １． ； ６６
文献标 识码 ： Ａ
锂 离 子 电池 是 新 一 代 的 绿 色 高 能 电池 ， 正极 材 料 是 锂 离 子 电池 的 重 要组 成 部 分 ．目前 正 极材 料 Ｌ — ］ ｉ Ｃ Ｏ 、 ｉ Ｏ 都 存在 着 自身 的缺点 ， 遍认 为 Ｌ Ｎｉ。 ｏ．Ｏ ｏ Ｌ Ｎｉ 普 ｉ 。 Ｃ 。 具有 最 好 的综 合 性 能 ， 备 了 Ｃ ． 兼 ｏ系 、 系材 Ｎｉ
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的碳热还原法制备及电化学性能的研究
- 30 -高 新 技 术锂是自然界最轻的金属元素。
以锂为负极，与适合的正极匹配会得到380W ·h/kg~450W ·h/kg 的能量质量比，以锂为负极的电池均被称为锂电池[1]。
作为一次电池，应用的是以高氯酸锂为电解质、以聚氟化碳为正极材料的锂电池并以溴化锂为电解质、以二氧化硫为正极材料的锂电池[2]。
1 磷酸铁锂正极材料1.1 磷酸铁锂的结构LiFePO 4组中化合物的通式为LiMPO 4，其具有橄榄石型结构。
M 不仅包括铁，还包括钴、锰和钛[3]。
因为第一个商业化的LiMPO 4是C/LiFePO 4，所以整组LiMPO 4都被非正式地称为“磷酸铁锂”或“LiFePO 4”。
作为电池的阴极材料，它可以操纵多个橄榄石型结构化合物。
橄榄石型化合物如AyMPO 4、Li 1-xMFePO 4和LiFePO 4-zM 具有与LiMPO 4同样的晶体结构，可以用阴极替换[4]。
1.2 磷酸铁锂的性质LiMPO 4中的锂离子不同于传统的正极材料LiMn 2O 4和LiCoO 2，它具有一维转移率，在充、放电过程中可以可逆地移进、移出，并伴同中间金属铁的氧化还原[5]。
而LiMPO 4的理论电容量为170mAh/g ，拥有平稳的电压平台3.45V 。
锂离子脱出后，生成相似结构的FePO 4，但空间群也为Pmnb [6]。
常见的LiFePO 4低倍率充放电曲线如图1所示。
2 碳热还原法制备磷酸铁锂2.1 试验原料与仪器该文试验中制备正极材料磷酸铁锂的试验原料及纯度等信息见表1。
表1 试验原料名称规格生产厂商磷酸二氢铵分析纯上海国药化学试剂有限公司葡萄糖分析纯广东光华化学厂有限公司碳酸锂分析纯上海山海工学团实验二厂氧化铁分析纯上海国药化学试剂有限公司四水合硫酸铁分析纯上海山海工学团实验二厂该文试验中制备正极材料磷酸铁锂的试验仪器及型号等信息见表2。
表2 试验仪器名称型号生产厂商型号名称型号生产厂商电子天平AL104上海民桥精密科学仪器有限公司球磨机QM-DY4南京大学仪器厂干燥箱ZN-82B 上海精宏仪器有限公司手套箱Lab2000伊特克斯惰性气体系统有限公司X射线衍射仪D-3型北京谱析通用仪器有限公司扫描电子显微镜Hitachi-S3400天美科技有限公司Land电池测试系统LAND-CT2001武汉蓝电有限公司2.2 LiFePO 4/C 材料的制备以价格低廉的Fe 3+化合物为铁源，以不同的铁源采用固相碳热还原法合成磷酸铁锂材料，利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和恒流充放电等测试技术，对磷酸铁锂的结构和电化学性能进行研究[7]。
正极材料高温固相法
正极材料高温固相法
高温固相法是一种常用的方法来制备正极材料，尤其是用于锂离子电池的正极材料。
下面是关于高温固相法制备正极材料的一般步骤：
1. 配比和混合：首先，根据所需的化学配方和比例，将所需的原料粉末按照一定比例混合均匀。
这些原料通常包括正极活性物质（如氧化物、磷酸盐等）、导电剂和粘结剂等。
2. 烧结：混合好的原料粉末会被放置在高温炉中进行烧结处理。
烧结是通过加热原料到足够高的温度，使其颗粒之间相互结合，形成固体块状的过程。
这种高温下的烧结过程有助于提高材料的结晶度和密度。
3. 磨碎和筛分：烧结后的样品会被冷却并破碎成粉末形式。
然后，通过磨碎和筛分的步骤，获得所需的颗粒大小和均匀性。
4. 热处理：为了进一步提高材料的结晶度和电化学性能，有时会进行热处理。
热处理是将粉末样品置于高温下进行持续加热，以促进晶体生长和相变。
5. 表征和测试：最后，通过各种表征和测试技术，如X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学测试等，评估制备的正极材料的结构、形貌和电化学性能。
需要注意的是，具体的步骤和条件可能因所使用的正极材料和实验室的特定要求而有所不同。
因此，在实际操作中，可能需要根据具体情况进行适当的调整和优化。
这是一个一般性的概述，涵盖了高温固相法制备正极材料的主要步骤。
如需更详细的信息，建议参考相关的研究文献或专业资料。
ni mn fe层状氧化物正极材料
Ni-Mn-Fe层状氧化物正极材料一、引言随着电动汽车和混合动力汽车的快速发展，对高性能锂离子电池的需求日益增长。
正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
Ni-Mn-Fe层状氧化物作为一种潜在的正极材料，因其高能量密度、低成本和环境友好等优点而备受关注。
本篇文章主要介绍了Ni-Mn-Fe层状氧化物的合成、表征、电化学性能以及高温性能等方面的研究。
二、材料与方法1.材料合成本实验采用固相法合成Ni-Mn-Fe层状氧化物。
具体合成过程如下：将硝酸镍、硝酸锰和硝酸铁按照一定比例混合，加入适量的去离子水搅拌均匀。
将混合物在80℃下干燥12小时，然后在马弗炉中以5℃/min的升温速率升至700℃并保温3小时。
合成后的样品经过研磨、筛分，得到目标尺寸的粉末。
2.材料表征采用X射线衍射仪(XRD)对合成样品的晶体结构进行表征。
通过扫描电镜(SEM)观察样品的微观形貌。
3.电化学测试采用CR2032扣式电池进行电化学测试。
将合成样品与导电剂、聚偏氟乙烯粘结剂按质量比8:1:1混合，制备成电极片。
电极片装配成扣式电池后，在手套箱中进行充放电测试。
测试条件为：恒流充放电，电压范围为 2.5-4.5V。
同时，采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对电极材料的电化学性能进行深入分析。
三、结果与讨论1.晶体结构与形貌分析通过XRD分析，我们得到了样品的晶体结构信息。
从XRD图谱中可以观察到，所有样品的衍射峰位置与标准卡片一致，表明合成的样品具有较好的晶体结构。
同时，通过SEM观察样品的微观形貌，发现样品呈现出层状结构，颗粒尺寸较为均匀。
2.电化学性能分析在电压范围内，各个样品的充放电曲线都呈现典型的嵌锂行为。
通过放电平台的分析，我们计算得到各个样品的能量密度。
结果表明，Ni-Mn-Fe层状氧化物具有较高的能量密度。
此外，CV测试揭示了材料的锂离子扩散行为和氧化还原反应机制。
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射峰强度高且尖锐,没有杂质峰出现.随着Cr含量的
增加,衍射峰变得尖锐,说明材料结晶度增加.当x =
0. 07时,样品所对应的衍射峰强度降低,这可能是由
于Cr掺杂量过大导致阳离子混合占位所造成的. Li
(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2具有-2NaFeO 2层状结
构(空间点群:R3m ,属于六方晶系[11].此盐结构
中:锂离子占据(1, 1, 1晶面的3a位;镍、钴、锰,镉随
机占据3b位;氧离子占据6c位.其中过渡金属层由
镍、钴、锰和镉组成,每个过渡金属原子均有氧原子包
围形成多面体结构.同时, Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2中一些Li +与过渡金属离子发生#阳离子混排∃现象.由于Ni 2+半径(0. 069nm与Li +半径(0. 072nm最为接近,两者的混排程度尤为突出. XPS结果
材料在充放电过程中的结构无明显变化.
图6为Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 O 2和Li(Ni 1/3Co 1/3
[13]表明,该结构中Ni, Co, Mn的化合价分别为+2, +3, +4.其中:Ni 3+和Co 3+作为活性物质而存在; Mn 4+在材料中起着
骨架的作用[14];而Cr 3+能够取代部分Mn 3+,稳固原材料结构.
2. 2Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x C r x O 2的表面形貌分析
图2是Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2的扫描电镜图, a, b, c, d分图分别表示x =0. 01, 0. 03, 0. 05, 0. 07.从图2中可以明显地看到,分图a, b样品颗粒不够均匀,粒径有增大的趋势;分图c的粒度分布最均匀,结晶完整,形貌规则,颗粒大小在200nm左右;分图d样品颗粒开始有团聚现象.进一步说明Cr含量的增加在较大程度上促进了晶粒的生长,形成了较大的颗粒.故x取0. 05为最佳.
图5为Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 0. 95Cr 0. 05O 2所组装的电池在未循环和循环10次后的循环伏安图.从图5a中可以看出,样品在正向扫描和负向扫描时出现一对不太尖锐的氧化还原峰,其中循环脱锂氧化峰电位是
3. 93V,对应的嵌锂还原峰的电位是3. 61V.由峰形与峰面积大小可以看出材料的可逆性较好.根据Nemst方程的电极反应(可逆反应其阳极和阴极峰电位差在25!时%E =E pa-E pe为(57~63 mV/n ,一般为59
Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 0. 95Cr 0.05O 2Li (1-x (Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 0. 95Cr 0. 05O 2+x Li ++x e -.
*收稿日期:2010-11-20
基金项目:国家自然科学基金资助项目(20873054 ;国家高技术研究发展计划(863计划重点项目子课题(2010A A065205 ;湖南省教育厅科学研究项目(10A098 ;生态旅游应用技术湖南省重点实验室开放基金项目(10stlvzd06 ;吉首大学林产化工工程湖南省重点实验室开放基金项目资助(JDZ200907 ;吉首大学大学生研究性学习和创新性实验计划项目资助(JSU -CX-2010-55
作者简介:梁凯(1985- ,男,湖南常德人,吉首大学化学化工学院硕士研究生,主要从事功能材料研究.
1实验部分
1. 1正极材料Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x C r x O 2的制备
将计量的NiSO 4 6H 2O, CoSO 4 7H 2O, MnSO 4 H 2O, Cr(NO 3 3 2H 2O溶于蒸馏水中.溶解完全后缓慢滴加到连续搅拌的反应釜中,同时将草酸钠溶液滴入反应釜中,小心调节搅拌器的转速以及2种溶液的滴加速度,整个反应过程在60! [11-12]
1. 3结构形貌及电性能测试
样品的结构由丹东Y-2000型X射线衍射仪测试(Co靶, K辐射,管电压40kV,管电流40mA.采用日立S-3400NSEM环境扫描电子显微境测试材料的表面形貌,测试前样品进行表面喷金处理.采用深圳新威尔公司的电池性能测试仪进行电池充放电性能测试和德国产的IM6电化学工作站进行循环伏安测试(扫描速率200 V/s和交流阻抗(100kHz~10MHz研究. 2结果与分析
2. 1Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x C r x O 2的物象结构分析
图1 Li(Ni 1/3C o 1/3M n 1/3 1-x C r x O 2(x =0. 01, 0. 03, 0. 05, 0. 07的X RD图谱图1为不同掺杂方式得到Li (Ni 1/3Co 1/3
89第1期梁凯,等:正极材料L i(N i 1/3Co 1/3M n 1/3 1-x Cr x O 2的合成与表征
图2 Li(Ni 1/3C o 1/3M n 1/3 1-x C r x O 2(x =0. 01, 0. 03, 0. 05, 0. 07的扫描电镜图
2. 3Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x C r x O 2的电化学性能
第32卷第1期吉首大学学报(自然科学版Vol. 32 No. 1 2011年1月Journ al of Jishou University (Natural Science Edition J an. 2011
文章编号:1007-2985(2011 01-0088-05
正极材料Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2的合成与表征*梁凯1, 2,莫如宝2,刘建本2,何则强1, 2
关键词:锂离子电池;正极材料;掺杂;电化学性能
中图分类号:O614. 111; T M 912. 9文献标志码:A
锂离子电池因具有比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应等优点[1],近年在数码相机、笔记本电脑、电动车及军用通信等领域得到广泛运用.目前,研究较多的正极材料主要有层状LiCoO 2[2]、LiNiO 2[3]、LiM nO 2[4]及三元材料Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 CrO 2[5]、尖晶石状LiMn 2O4[6],橄榄石型LiFePO 4[7]等,但这些材料都各有优缺点:如市场上占据领导地位的商业化正极材料LiCoO 2是运用最为成熟的正极材料,但Co元素价格昂贵且对环境会造成污染[8];尖晶石状LiMn 2O 4价格相对低廉且较为安全,但由于Jahn Teller效应[9]等原因使得材料循环性能较差;橄榄石型LiFePO 4具有循环性能好、安全无污染等优点,但材料本身低的电子电导率和低的锂离子扩散速率影响了材料的高倍率性能[10].因此,探索制备一种能综合以上3种正极材料优点的新型正极材料具有现实意义.而三元系正极材料LiMn x Co y Ni 1-x -y O 2正是目前国内外研究的热点. LiNi 1/3 Co 1/3Mn 1/3O 2是LiMn x Co y Ni 1-x -y O 2系正极材料中最典型的化合物.这种化合物中Ni, Co, Mn的化合价分别为+2, +3, +4.为了得到性能优良的正极材料,研究者对材料进行了改性研究,手段主要是对材料进行不同含量金属离子Cr的掺杂处理.掺杂目的在于使掺杂离子进入晶格,取代原材料中的部分离子,稳固原材料结构,使材料在充放电过程中保持结构的稳定性.此外,掺杂金属也会对材料的电导率和Li +迁移速率产生影响[8].
90吉首大学学报(自然科学版第32卷
图5 Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 0. 95Cr 0. 05O 2电极的循环伏安mV/n.其中n为氧化还原反应中转移的电子数.样品
的氧化还原峰电位差为320mV,相对略大.这表示在
充放电过程中存在较大的不可逆容量.图5b为循环
10次后的循环伏安图.与循环前相比,差别不大,说明
.
图3 Li(N i 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x C r x O 2(x =0. 01, 0. 03,
0. 05, 0. 07在0. 2C
下的首次放电比容量图4 Li(Ni 1/3C o 1/3M n 1/3 1-x C r x O 2(x =0. 01, 0. 03, 0. 05, 0. 07在0. 2C下30次循环曲线图
图4是合成的正极材料Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2在3. 2~4. 5V间循环次数-容量图.由图4可知,材料经过30次循环后按x从小到大的衰竭率分别为7. 31%, 5. 27%, 3. 92%, 7. 17%.可见,当x =0. 05时,材料的循环性能最好.
2. 4Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 0. 95C r 0. 05O 2电化学性能
图3为Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2在0. 2C时的首次放电曲线.由图3可知:电压线性下降至3. 92V后达到放电平台,对应于Ni 4+/Ni 2+的还原反应,之后电压迅速下降;样品首次放电比容量分别为160. 5, 159. 5, 158. 6, 153. 8mAh/g,说明Cr的掺杂量对材料的影响很大,随着Cr含量的增加,合成材料的首次放电比容量有所下降.这和杨照军等[13]研究表明虽然掺杂金属离子对提高材料电子电导率或改善锂离子扩散速率以及抑制晶格塌陷等有所帮助、但部分金属离子掺杂后会降低材料的充放电比容量、造成材料容量衰减的结果一致
笔者利用草酸盐共沉淀法制备Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2,并对其进行X-射线衍射和扫描电镜实验,分析了合成产物的晶体结构及表面形貌,利用充放电仪测定了产物的电化学性能,最终确定了正极材料的最佳组成为:Li(Ni 1/3Co 1/3Mn 1/3 0. 95Cr 0. 05O 2.它的正极反应方程式[11]为: