富锂锰基材料研究进展
锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究
锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究锂离子电池是一种广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的储能装置，其中正极材料是决定电池性能的关键因素之一。
富锂锰基三元正极材料由于其丰富的资源、低成本和较高的能量密度受到了广泛关注。
本文将讨论锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究进展。
富锂锰基三元正极材料是指以锰为主要组成元素，并添加其他相对不活泼的过渡金属离子，如钴、镍等的材料。
这些材料在电池工作过程中能够提供更高的能量密度和较好的循环稳定性，而且资源相对丰富，因此成为了研究的热门方向。
首先，富锂锰基三元正极材料的结构特点对电池性能有着重要影响。
传统的锂离子电池正极材料LiCoO2存在着较高的售价和较低的稳定性。
相比之下，富锂锰基材料不仅能够提供相对较高的电压，还能够减少金属离子的迁移，从而提高电池的稳定性。
此外，富锂锰基材料具有较大的晶格间隙，可以容纳更多的锂离子，因此能量密度更高。
其次，合理的材料配方和热处理工艺对于富锂锰基正极材料的性能优化至关重要。
一般来说，多种元素的组合可以改变材料的电子结构和晶体结构，从而影响电池性能。
大量的研究表明，适量的钴和镍的引入可以提高锂离子的嵌入和脱嵌速率，增加电池的容量和循环稳定性。
另外，不同的热处理工艺也能够改变材料的结晶度和晶界结构，从而调控电池的性能。
此外，富锂锰基三元正极材料还面临着一些挑战。
首先，富锂锰基材料与电解液之间存在着较强的化学反应，导致材料的结构破坏和电池的容量衰减。
其次，富锂锰基材料的循环稳定性较差，长期充放电循环会导致晶体极化和结构的不稳定。
为了克服这些问题，研究者们采取了多种方法，如表面涂覆、界面调控等，以提高材料的循环性能和稳定性。
综上所述，锂离子电池富锂锰基三元正极材料是一种具有潜力的电池材料。
它具有较高的能量密度、较低的成本和丰富的资源，因此在电动汽车和可再生能源储存等领域具有广阔的应用前景。
然而，富锂锰基材料仍然面临着一些挑战，需要进一步研究和技术改进。
锂离子电池富锂锰基正极材料研究现状
锂离子电池富锂锰基正极材料研究现状摘要：科技的不断发展带来无数的便利与逐渐增高的能量需求，传统的锂离子电池正极材料已经越来越难以满足人们对高能量密度电池的需求，富锂锰基正极材料则因为高比容量成为了研究热点。
本文主要介绍了富锂锰基正极材料的晶体结构与反应机理，重点分析了该富锂锰基正极材料的不足，列举了当前研究较为热门富锂锰基正极材料的改性方法。
关键词：锂离子电池；富锂锰基；改性化石能源的不可再生与对环境较不友好的缺陷推动着人类不断寻求着更为清洁与便利的新能源，锂离子电池便是人类不断发展研究出的一个方向。
锂离子电池因具有良好的循环性能与容量，被广泛地运用于各个领域之中，但随着锂离子电池不断地被运用于各行各业，传统锂离子电池比容量不足的局限性也体现出来。
锂离子电池的容量很大程度取决于正极材料，因此具备远超常规锂离子电池的比容量的富锂锰基锂离子电池开始受到研究人员的关注，被认定为最有可能成为下一代锂离子电池的正极材料[1]。
虽然富锂锰基正极材料相比传统锂离子正极材料大大提升了比容量，但是富锂锰基锂离子电池也存在着首次库伦效率低、严重的容量衰减与倍率以及循环性能差的不足，限制了富锂锰基正极材料的商用[2]。
为了改进富锂锰基正极材料的性能推动其商用化，现在许多学者均在研究富锂锰基正极材料的改性，本文将从富锂锰基正极材料的结构与性能为基础分析，并介绍当前富锂锰基正极材料改性的研究现状。
1富锂锰基正极材料1.1 富锂锰基正极材料结构结构是决定材料性能的重要影响因素，目前对于LRM(富锂锰基正极材料)的结构两种认可度较高的学说是单相固溶体模型与两相纳米复合体模型。
单相固溶体是早期研究常使用的模型，该模型下的LRM晶格参数的变化规律符合Vegard定律，被认为是由LiTMO2与Li2MnO3组成的固溶体。
固溶体模型理论的不足之处在于未能解释LRM过渡金属层中锂与过渡金属原子比例为1/2的客观事实。
两相纳米复合体模型是近期更受认可的结构，这一模型下的LRM由菱方晶系的相与单斜晶系的相组成，化学式可表示为x Li2MnO3(1–x)LiTMO2(TM=Ni,Co,Mn...)。
掺杂改性富锂锰基正极材料的研究现状
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掺杂改性富锂锰基正极材料的研究现状
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富锂锰基正极材料的制备和性能研究
富锂锰基正极材料的制备和性能研究富锂锰基正极材料是当今锂离子电池中常用的正极材料，具有高能量密度、长寿命、环保等优点，广泛应用于电动汽车、智能手机等领域。
本文将介绍富锂锰基正极材料的制备和性能研究，包括制备方法、结构特点和电化学性能等方面。
一、制备方法富锂锰基正极材料通常采用固态反应法、水热法、共沉淀法等多种制备方法。
其中，固态反应法和水热法常用于合成高晶度的锰氧化物材料，共沉淀法则更适合制备纳米级别的富锂锰基正极材料。
固态反应法固态反应法是一种传统的高温合成方法，其制备过程通常涉及纯化原料、混合、烧结等步骤。
首先将锰、镁等金属硬质粉末混合均匀，加入适量的碳酸锂制成粉末状物质；随后，在惰性气氛下加热到一定温度，使其发生反应，在高温条件下形成碱金属掺杂的富锰氧化物。
最后，将所得产物冷却、研磨、筛选等步骤后，即可获得富锂锰基正极材料。
水热法水热法是一种水相合成方法，其优点在于可以在常温下制备高晶度、纳米级别的富锂锰基正极材料。
制备过程中，将锰盐、镁盐等金属盐与碳酸锂在水溶液中混合，并在高温高压的条件下进行水热反应，即可得到富锂锰基正极材料。
这种方法所得到的材料颗粒均匀度高、分散性好，表面性能也较良好，与传统的固态反应法相比，其制备时间更短、能耗更低。
共沉淀法共沉淀法是一种化学合成方法，通过溶液处理合成高纯度、纳米级别的富锂锰基正极材料。
该方法将锰盐和碳酸锂在水溶液中混合后，通过添加氢氧化钠、氨水等结合剂使其发生沉淀反应，生成富锂锰基正极材料。
此方法所得到的富锂锰基正极材料比前两种方法更均匀、更细腻且纯度更高。
二、结构特点富锂锰基正极材料的晶体结构一般为锰氧化物类结构，在锂离子选择性嵌入和脱出时发生锰离子的多价态转变，如Mn2+转变为Mn3+和Mn4+，导致晶体结构发生变化，从而实现锂离子的存储和释放。
富锂锰基正极材料的晶体结构通常分为以下三类：1、锂富集型MnO2锂富集型MnO2（Li-rich MnO2）结构类似层状矿物β-MnO2，其晶格常数和晶格参数均大于β-MnO2，具有三维隧道结构。
及其在富锂锰基正极材料中的应用研究
及其在富锂锰基正极材料中的应用研究富锂锰基正极材料是一种重要的电池正极材料，广泛应用于锂离子电池中。
锂离子电池作为目前最常用的可充电电池，被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车等领域。
富锂锰基正极材料具有良好的电化学性能和较高的放电容量，因此备受关注并在研究领域得到广泛应用。
富锂锰基正极材料的研究主要集中在以下几个方面：1.结构优化：通过改变材料的结构和组分，优化正极材料的电化学性能。
例如，通过合成不同形貌的纳米材料，如纳米管、纳米棒等，可以提高正极材料的离子扩散速度和电子传导性能，从而提高电池的循环寿命和倍率性能。
2.掺杂改性：通过向正极材料中引入其他元素，如Co、Ni等元素，以改善材料的结构稳定性和电化学性能。
掺杂Co可以提高材料的放电容量和循环寿命，而掺杂Ni可以提高材料的倍率性能和稳定性。
3.表面涂层：通过在富锂锰基正极材料的表面涂覆一层稳定的氧化物膜，如Li2O、Li3PO4等，可以提高材料的稳定性和循环寿命。
这种表面涂层可以阻止锰离子的溶出和正极材料的结构改变，从而提高电池的安全性和稳定性。
4.微观机理研究：通过实验和理论计算等手段，研究富锂锰基正极材料的电化学反应机理和结构变化规律，为材料的设计和优化提供理论指导。
这些研究可以从原子层面上了解材料的电化学行为，探索材料性能的起源和改善途径。
总之，富锂锰基正极材料在锂离子电池领域有着广泛的应用研究。
通过结构优化、掺杂改性、表面涂层和微观机理研究等手段，可以改善材料的电化学性能，提高电池的循环寿命、倍率性能和安全性。
未来，随着对新能源的需求不断增加，富锂锰基正极材料的研究将继续深入，为电池技术的发展做出更大的贡献。
富锂锰基正极材料的电压衰减机理与改性研究
富锂锰基正极材料的电压衰减机理与改性研究富锂锰基正极材料是一种应用广泛的电池正极材料，其在锂离子电池中具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
然而，富锂锰基正极材料在循环充放电过程中存在电压衰减问题，限制了其进一步的应用。
本文将探讨富锂锰基正极材料的电压衰减机理，并介绍相关的改性研究。
首先，富锂锰基正极材料的电压衰减机理涉及多种因素。
一方面，锰离子的溶出和析出是主要原因之一。
在充放电过程中，锰离子往往会溶解到电解液中，导致材料中锰含量降低，从而引起电压衰减。
另一方面，正极材料的结构破坏也是电压衰减的重要因素。
充放电过程中，富锂锰基正极材料会发生体积变化，导致晶体的应变和断裂，从而破坏了材料的结构，进一步引起电压衰减。
针对富锂锰基正极材料的电压衰减问题，研究人员进行了一系列的改性研究。
其中一种常用的改性方法是掺杂其他金属离子。
通过掺杂适量的过渡金属离子，可以改善材料的结晶性和稳定性，减少溶出和析出现象，从而降低电压衰减。
例如，锌、铁、镍等金属离子的掺杂都可以有效提高富锂锰基正极材料的电压衰减特性。
此外，改性富锂锰基正极材料的微观结构也是研究的重点之一。
研究人员通过调控材料的晶体结构、晶界、孔隙等微观结构参数来改善材料的性能。
例如，采用一定的热处理方法，可以改善富锂锰基正极材料晶体的结晶度和晶界结构，提高材料的稳定性和电导率。
此外，通过调控材料的孔隙结构可以改善材料的离子传输速率，减少电压衰减。
另外，一些改性方法还包括涂层技术和纳米材料的应用。
通过在富锂锰基正极材料表面涂覆一层保护膜，可以防止材料与电解液直接接触，减少溶出和析出现象。
同时，利用纳米材料的特殊性质，可以增强材料的电导率和稳定性，提高富锂锰基正极材料的循环寿命和电压衰减特性。
综上所述，富锂锰基正极材料的电压衰减机理是一个复杂的问题，涉及多种因素的相互作用。
然而，通过探索不同的改性方法，可以有效改善材料的电压衰减特性，提高其循环寿命和稳定性。
高性能富锂锰基正极材料前驱体的制备及其性能研究
高性能富锂锰基正极材料前驱体的制备及其性能研究高性能富锂锰基正极材料前驱体的制备及其性能研究摘要：富锂锰基正极材料是锂离子电池中最具应用潜力的正极材料之一。
本文主要研究了一种高性能富锂锰基正极材料的制备过程，通过磷酸锂和氧化锰为主要原料，并通过适当的前驱体合成工艺得到了优化的材料结构。
研究结果显示，该富锂锰基正极材料具有优异的电化学性能，具备高能量密度、长循环寿命和优良的安全性能等特点。
本研究对于锂离子电池的发展具有重要意义。
引言锂离子电池作为一种重要的能源存储设备，已经广泛应用于移动电子设备、电动车辆和储能系统等多个领域。
其中，正极材料作为关键组成部分之一，直接决定了锂离子电池的性能和应用领域。
目前，富锂锰基正极材料由于其丰富的资源、较低的成本和良好的实际应用效果，受到了广泛关注。
然而，富锂锰基正极材料在循环容量和循环寿命方面存在一定的局限。
这主要是由于材料结构的不稳定性和表面缺陷导致的。
因此，制备出具有稳定结构和较低表面缺陷的富锂锰基正极材料具有重要意义。
实验方法1. 原料准备：以磷酸锂和氧化锰为主要原料，并加入适量的助剂。
2. 合成前驱体：在一定比例下，将磷酸锂和氧化锰溶于适当的溶液中，通过水热或固相法制备出前驱体材料。
3. 热处理：将前驱体材料放置在高温炉中，在氧气或氮气氛中进行热处理，以得到富锂锰基正极材料。
结果与讨论通过X射线衍射（XRD）分析，得到了制备出的富锂锰基正极材料的晶体结构。
结果显示，材料的晶体结构稳定，符合富锂锰基正极材料的特征。
扫描电子显微镜（SEM）观察了材料的形貌和微观结构。
材料表面光滑，没有明显的表面缺陷和微观杂质，表明前驱体制备过程中的合成工艺具有良好的控制性。
通过电化学性能测试，确定了富锂锰基正极材料的循环容量、电荷/放电效率等指标。
结果显示，富锂锰基正极材料具有很高的循环容量和电荷/放电效率，表现出优异的电化学性能。
结论通过磷酸锂和氧化锰为主要原料，采用合适的前驱体合成工艺，成功制备了一种高性能的富锂锰基正极材料。
富锂锰基材料结构不稳定金属离子溶出
富锂锰基材料是一类在锂离子电池中广泛应用的正极材料，具有高能量密度和优异的循环性能。
然而，近年来研究发现，富锂锰基材料存在着结构不稳定和金属离子溶出等问题，严重影响了其在电池中的性能和安全性。
1. 富锂锰基材料的结构不稳定富锂锰基材料中的金属离子在充放电循环过程中会发生氧化还原反应，导致材料晶格发生变化，从而导致结构不稳定。
这种不稳定性使材料在长期循环过程中容易发生微裂纹、颗粒剥离等现象，严重影响了材料的循环性能和安全性。
2. 金属离子溶出现象富锂锰基材料中的锂离子在充放电循环过程中会与金属离子发生交换，导致金属离子溶出到电解液中。
大量金属离子的溶出会直接影响电池的电化学性能和安全性，甚至对人体和环境造成潜在的危害。
金属离子溶出成为了当前研究和生产中亟待解决的问题。
3. 解决方法针对富锂锰基材料结构不稳定和金属离子溶出的问题，科研人员提出了一系列解决方法：混合掺杂：通过混合掺杂其它元素，如钴、镍等，改善材料的晶体结构，降低结构不稳定性，减少金属离子的溶出。
表面涂层：在富锂锰基材料表面进行涂层处理，形成保护膜，减少金属离子的溶出。
晶体改性：通过晶体工程学方法，改变材料的晶体结构，提高其循环稳定性和耐蚀性。
结构优化：利用计算模拟等方法，优化富锂锰基材料的结构，提高其稳定性和安全性。
4. 发展前景尽管富锂锰基材料存在着结构不稳定和金属离子溶出等问题，但随着科研技术的不断进步，相关领域的研究人员已经在解决这些问题上取得了一定的成果。
未来，随着新材料、新工艺以及新技术的不断涌现，相信富锂锰基材料的性能和安全性将会得到进一步的提升，为锂离子电池的发展注入新的活力。
总结：富锂锰基材料结构不稳定和金属离子溶出是目前锂离子电池领域的研究热点和挑战。
通过对材料结构和制备工艺的优化，相信这些问题将会得到有效解决，为锂离子电池的性能和安全性提供更为可靠的保障。
针对富锂锰基材料结构不稳定和金属离子溶出的问题，近年来科学家们开展了大量的研究工作，并取得了一定的成果。
提高析氧过电位富锂锰基
提高析氧过电位富锂锰基1.引言1.1 概述概述是文章中的重要组成部分，它用于向读者介绍本文的主题、背景和重要性。
对于本文的概述部分，主要需要介绍“提高析氧过电位富锂锰基”这一主题，以下是一个示例：概述随着能源领域的快速发展，锂电池已经成为最为广泛应用的可充电电池之一。
为了满足不断增长的市场需求，锂电池的能量密度和电池寿命等方面亟需进一步提高。
富锂锰基材料作为锂电池正极材料的重要代表，由于其价格低廉、丰富的资源以及良好的可充放电性能，在应用中一直备受关注。
然而，富锂锰基材料的析氧过电位问题是其在锂电池中应用受限的主要原因之一。
析氧过电位是指在电池正极放电过程中，锰基材料的放电终点较低，导致锂离子无法完全释放，从而限制了电池可利用的能量。
因此，提高析氧过电位富锂锰基材料的放电终点，成为了当前研究的热点和挑战。
本文将围绕如何提高析氧过电位富锂锰基展开论述。
在概述之后的章节中，我们将分别介绍本文的结构和目的，以及讨论提高析氧过电位富锂锰基方面的两个关键要点。
最后，我们将对本文进行总结，并展望未来在此领域中的研究方向和发展前景。
通过本文的研究，我们旨在为改善析氧过电位问题提供新的解决方案，推动富锂锰基材料在锂电池领域的应用和发展。
同时，本文也可为相关领域的科学研究提供参考，促进锂电池技术的进一步发展和革新。
1.2文章结构文章结构部分的内容应包括以下主要内容：本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分首先对提高析氧过电位富锂锰基的重要性进行了概述。
通过提高析氧过电位富锂锰基的研究，可以实现其在锂离子电池等领域的广泛应用。
随后介绍了本文的结构安排，即引言、正文和结论三个部分。
最后明确了本文的目的，即通过分析和探讨相关的要点来提高析氧过电位富锂锰基。
正文部分主要分为两个要点。
第一个要点对析氧过电位富锂锰基的研究进展进行了详细的介绍。
包括目前的研究方向、方法和主要结果等。
通过对这些研究的梳理，可以全面了解到目前在该领域的研究现状。
富锂锰基氧化物
富锂锰基氧化物作为一种新型的电池材料，富锂锰基氧化物具有优异的性能和广阔的应用前景，成为了国内外电池材料研究领域的热点之一。
本文将从富锂锰基氧化物的概念、性能、研究现状和应用前景等方面进行分析，以期为相关领域的研究提供参考。
一、概念富锂锰基氧化物即是指由LiMn2O4、Li2Mn2O4、Li1.2Mn0.5Ni0.3Co0.5O2等富锂材料组成的一类氧化物。
这类材料的优异性能主要源于其多相结构和化学成分的合理设计，同时也使其广泛应用于电池、储能器等领域。
二、性能富锂锰基氧化物材料具有优异的性能，主要表现在以下几个方面：1、高容量：富锂锰基氧化物材料的锂离子存储容量较高，一般为120-140mAh/g。
其中，LiMn2O4材料的理论容量为148mAh/g，实际容量为120-125mAh/g；而Li2Mn2O4阳极材料的容量为128mAh/g。
2、高速率性能：富锂锰基氧化物材料具有较好的高速率性能，具备较高的反应速率和容量保持性能。
实验表明，使用富锂锰基氧化物材料制作的锂离子电池在高倍率(2C)下依然能够保持良好的容量和功率输出特性。
3、优异的耐循环性能：富锂锰基氧化物材料在很多循环中都能保持较好的容量和稳定性能，符合电池材料的稳定性和可靠性要求。
实验表明，采用富锂锰基材料制造的锂离子电池能够进行1000次循环以上，容量保持率可达90%以上。
三、研究现状目前，关于富锂锰基氧化物材料的研究主要涉及以下几个方面：1、电化学性能研究：通过电化学测试方法研究富锂锰基氧化物材料的电化学性能，包括循环稳定性、放电平台稳定性、电化学反应动力学等。
2、合成与制备技术研究：探究富锂锰基氧化物材料的制备工艺和方法，包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
3、微结构和物理性质研究：通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对富锂锰基氧化物材料进行微结构和物理性质研究，了解其内在的微观结构和物理性质特性。
《2024年锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究》范文
《锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展，电动汽车、电子设备以及可再生能源等领域的快速崛起，对锂离子电池的性能要求也日益提升。
作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料对于电池的性能具有决定性影响。
富锂锰基三元正极材料以其高能量密度、高安全性、环保无污染等优点，逐渐成为研究热点。
本文旨在深入探讨锂离子电池中富锂锰基三元正极材料的性能、制备工艺及其应用前景。
二、富锂锰基三元正极材料的性能特点富锂锰基三元正极材料以其高能量密度、高安全性、环保无污染等特点在众多正极材料中脱颖而出。
首先，其高能量密度为电池提供了强大的续航能力；其次，该材料在充放电过程中表现出较高的安全性，能防止因热失控引发的电池火灾或爆炸等事故；此外，其环保无污染的特性也符合了现代绿色能源发展的需求。
三、制备工艺及研究进展目前，制备富锂锰基三元正极材料的方法主要有固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
其中，共沉淀法因其工艺简单、制备成本低、产物性能优异等特点，成为研究热点。
通过优化共沉淀法的制备工艺，如控制沉淀剂种类、浓度、反应温度等参数，可以有效提高材料的电化学性能。
此外，通过掺杂其他元素如钴、镍等，可以进一步提高材料的能量密度和循环稳定性。
四、应用前景及挑战随着电动汽车、移动电子设备等领域的快速发展，对锂离子电池的需求日益增长。
富锂锰基三元正极材料以其高能量密度、高安全性等优点，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。
然而，该材料仍面临一些挑战，如循环性能和容量保持率的提高等。
为了进一步推动富锂锰基三元正极材料的发展，研究人员还需关注其性能优化、降低成本、环境影响等问题。
五、研究展望未来，针对富锂锰基三元正极材料的研究将集中在以下几个方面：一是进一步提高材料的电化学性能，如能量密度、循环稳定性等；二是降低制备成本，以实现大规模生产和应用；三是研究材料的环境影响和安全性问题，确保其符合绿色能源的发展要求。
此外，还可以探索与其他新型电池技术的结合，如固态电池等，以推动锂离子电池技术的进一步发展。
《2024年锂离子电池富锂锰基正极材料的研究与电池低成本化分析》范文
《锂离子电池富锂锰基正极材料的研究与电池低成本化分析》篇一一、引言随着电动汽车、移动设备等领域的快速发展，对锂离子电池的能量密度和成本要求不断提高。
正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响着电池的整体性能。
其中，富锂锰基正极材料因具有高能量密度、低成本等优点，成为了研究的热点。
本文将就锂离子电池富锂锰基正极材料的研究及其在电池低成本化方面的应用进行分析。
二、富锂锰基正极材料的概述富锂锰基正极材料以其高能量密度、低成本、环保等优势，在锂离子电池领域得到了广泛应用。
该材料主要由锂、锰、其他元素（如钴、镍等）构成，其独特的层状结构有利于锂离子的嵌入和脱出，从而提高电池的充放电性能。
三、富锂锰基正极材料的制备方法目前，制备富锂锰基正极材料的方法主要有固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
其中，固相法工艺简单，成本低，但产品性能相对较差；溶胶凝胶法可以获得均匀的颗粒尺寸和良好的电化学性能；共沉淀法则可以精确控制材料的化学成分和结构。
在实际应用中，根据需求选择合适的制备方法。
四、富锂锰基正极材料的性能优化为提高富锂锰基正极材料的性能，研究者们从多个方面进行了优化。
首先，通过掺杂其他元素（如铝、铁等）来改善材料的结构稳定性；其次，通过优化制备工艺，如控制煅烧温度和时间等，以获得理想的晶体结构；此外，还可以采用表面包覆技术来提高材料的导电性和循环稳定性。
这些方法可以有效提高富锂锰基正极材料的电化学性能。
五、电池低成本化分析为实现锂离子电池的低成本化，除了优化正极材料外，还需从其他方面着手。
首先，降低原材料成本是关键。
通过优化原料选择和采购策略，降低原材料成本；同时，提高生产效率，降低单位产品的制造成本。
其次，采用新型的电池结构和制造工艺，如软包电池等，以降低电池组装成本。
此外，通过回收利用废旧电池中的有价金属元素，实现资源的循环利用，降低生产成本。
六、结论与展望本文对锂离子电池富锂锰基正极材料的研究及其在电池低成本化方面的应用进行了分析。
富锂锰基产业化探索
富锂锰基产业化探索近年来，随着新能源产业的快速发展，富锂锰基材料逐渐成为电动汽车、储能设备和移动电源等领域的重要材料之一。
富锂锰基材料具有高能量密度、较低成本和较好的安全性能等优点，因此备受关注。
本文将从材料研发、生产工艺和市场前景三个方面探索富锂锰基产业化的发展。
一、材料研发富锂锰基材料是一种将锰氧化物与锂离子混合的化合物，具有优异的电化学性能。
目前，主要的研发方向包括锂离子储能材料和锂离子电池正极材料。
在锂离子储能材料方面，研究人员通过调控材料的晶体结构和表面形貌，提高了材料的电化学性能。
在锂离子电池正极材料方面，研究人员通过改变材料的配比和合成工艺，提高了材料的循环性能和倍率性能。
此外，还有一些新型材料的研发，如富锂锰基材料和其他锂离子电池正极材料的复合材料，通过将两种材料进行复合，可以进一步提高材料的性能。
二、生产工艺富锂锰基材料的生产工艺主要包括材料的合成、成型和烧结等步骤。
在材料的合成方面，主要采用固相法和溶胶-凝胶法。
固相法是将锰氧化物和锂盐混合，经过高温反应得到富锂锰基材料。
溶胶-凝胶法则是通过将金属盐和有机物混合，形成溶胶，经过凝胶、干燥和热处理等步骤，最终得到富锂锰基材料。
在材料的成型方面，主要采用压制法和浸渍法。
压制法是将合成的富锂锰基材料粉末进行压制，得到片状或块状的材料。
浸渍法则是将基体材料浸渍到富锂锰基材料的溶液中，经过干燥和烧结等步骤，最终得到富锂锰基材料。
在材料的烧结方面，主要采用高温烧结法和微波烧结法。
高温烧结法是将压制或浸渍后的材料在高温下进行烧结，使材料颗粒之间发生熔结，形成致密的结构。
微波烧结法则是利用微波加热的特点，使材料快速加热到高温，实现快速烧结。
三、市场前景富锂锰基材料在电动汽车、储能设备和移动电源等领域有着广阔的应用前景。
随着电动汽车的普及和储能需求的增加，对高能量密度、长循环寿命和低成本的锂离子电池的需求也越来越大。
富锂锰基材料作为锂离子电池的重要组成部分，具有较高的能量密度和较低的成本，因此受到了广泛的关注。
富锂锰基正极材料的改性与电化学性能研究
富锂锰基正极材料的改性与电化学性能研究富锂锰基正极材料的改性与电化学性能研究引言：锂离子电池作为当今最常见的可充电电池之一，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车和储能等领域。
正极材料作为锂离子电池中的关键部分，其性能对整个电池系统的性能具有重要影响。
富锂锰基正极材料因其高比容量和低成本而备受关注，然而其容量衰减和循环寿命问题仍然制约着其大规模商业应用。
因此，对富锂锰基正极材料进行改性，以提高其电化学性能，成为当前研究的热点之一。
一、改性方法：1. 材料掺杂：通过向富锂锰基材料中引入掺杂元素，如过渡金属、稀土元素等，可改变其结构和电化学性能。
例如，掺杂Co、Ni等过渡金属可以提高富锂锰基正极材料的电导率和稳定性。
2. 表面涂层：通过在富锂锰基材料表面形成一层保护膜，可以减缓其与电解液中锂离子的反应速度，降低容量衰减和循环寿命。
常用的涂层材料有石墨烯、碳纳米管等。
3. 结构调控：通过合理设计和调控富锂锰基正极材料的结构，可以增加其锂离子的扩散速率，提高其容量和循环寿命。
常见的结构调控方法包括碳包覆、孔洞控制和纳米化等。
二、电化学性能研究：1. 容量和循环性能：富锂锰基正极材料的容量决定其能储存和释放的锂离子数量，而循环性能则反映其长周期使用的稳定性。
改性可以通过提高材料的导电性、增加电化学反应的速率以及减少与电解液的不良反应来改善容量和循环性能。
2. 能量密度和功率密度：能量密度和功率密度是衡量电池性能的重要指标之一，其决定了电池在不同应用场景下的表现。
富锂锰基正极材料的改性可以增加其能量密度，提高电池整体性能。
3. 安全性能：电池的安全性能是其商业化应用的重要考虑因素。
富锂锰基正极材料衰减时可能会释放出氧气，增加电池的燃烧和爆炸风险。
改性可以减少这种氧气的释放，改善电池的安全性能。
三、研究进展：近年来，通过不同的改性方法和研究手段，富锂锰基正极材料的电化学性能得到了大幅改善。
研究表明，添加过渡金属等掺杂元素可以提高富锂锰基材料的稳定性和容量。
富锂锰基正极材料反应机理研究进展
富锂锰基正极材料反应机理研究进展杨凤玉;董华;陈勃涛【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2022(54)12【摘要】富锂锰基正极材料xLi_(2)MnO_(3)·(1-x)LiMO_(2)(M=Ni,Co或Mn)具有比容量高(≥250 mA·h/g)和成本低的显著优势,近年来受到学术界和工业界的广泛关注。
但是,关于材料的结构和反应机理等问题一直存在着一些争议。
对富锂锰基材料的结构和反应机理进行了总结和评述。
对材料的结构总结了单相固溶体、两相混和物、局部阳离子有序排列3种观点,通过分析发现富锂锰基材料的结构与元素的比例、制备条件等密切相关。
反应机理重点阐述了材料的Li^(+)/H^(+)交换理论、阴离子氧氧化还原机理(阴离子电荷补偿理论)和Mn^(4+)/Mn^(7+)反应机理假说,并对阴离子氧氧化还原反应过程的中间产物是否存在O—O二聚体或者氧空穴进行了讨论分析。
最后,对这类材料未来的产品化应用方向提出了展望,混掺使用可能是富锂锰基材料产业化的切入点,高性价比的富锂锰基材料的产业化应用将再一次推动锂离子电池发展迈向一个新台阶。
【总页数】9页(P19-27)【作者】杨凤玉;董华;陈勃涛【作者单位】天津国安盟固利新材料科技股份有限公司;天津市固态电池关键材料与技术企业重点实验室;天津荣盛盟固利新能源科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ131.11【相关文献】1.锂离子电池用富锂锰基正极材料掺杂改性研究进展2.MnO2包覆改性富锂锰基正极材料作用机理的电化学研究3.富锂锰基正极材料衰减机理及改性研究现状4.富锂锰基正极材料研究进展5.高容量富锂锰基正极材料的研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
富锂锰基正极材料结构优化设计与电化学性能研究进展
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１８)０３Ｇ０３００７Ｇ０６富锂锰基正极材料结构优化设计与电化学性能研究进展∗邱家欣,江㊀奇,李㊀欢,刘青青,段志虹,卢晓英(西南交通大学电气工程学院,机械工程学院,材料先进技术教育部重点实验室,成都６１００３１)摘㊀要:㊀针对锂离子电池用正极材料 富锂锰基材料的首次效率低㊁锂离子扩散差及电压衰减快等问题,研究者开发利用优化材料结构(结构优化设计)来提高富锂锰基正极材料的电化学性能.到目前为止,已报道了许多优秀的结构,如微米/纳米结构㊁介孔结构等,并取得了不错效果.就结构设计对富锂锰基正极材料电化学性能的影响作用机理来进行分类,详细研究和探讨结构优化设计如何通过影响锂离子扩散㊁材料结构稳定性㊁材料不可逆相变和M n 离子溶解等因素来提高材料电化学性能的机理,并提出进一步的优秀结构设计的研究发展趋势与方向.关键词:㊀富锂锰基正极材料;电化学性能;结构优化设计;研究进展中图分类号:㊀O ６４文献标识码:AD O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００１Ｇ９７３１．２０１８．０３．００２０㊀引㊀言近年来,富锂锰基正极材料因其具有高放电比容量㊁成本低和环境友好等特点,逐步受到研究者的青睐,是极具潜力的下一代锂离子电池正极材料[１Ｇ２].但是此类材料目前存在首次不可逆容量高㊁倍率性能较差,循环过程中的不可逆相变和电压衰减快等问题,制约了其大规模的应用[３Ｇ４].为改善这些问题,研究者对富锂锰基材料进行了改性研究,包括有表面预处理[５Ｇ７]㊁表面包覆[８Ｇ１０]㊁元素掺杂[１１Ｇ１３]以及结构优化设计[１４Ｇ２３]等.其中结构优化设计是通过控制反应条件,实现结构形态的可控制备,得到满足不同性能需求的电极材料.由于结构优化设计与材料制备过程是同时进行的,且不引入其他元素,因此其具有多功能,低成本等特点[１４].目前关于富锂锰基正极材料的结构设计已有许多报道,按结构形态分类,主要有微米/纳米结构[１５Ｇ１７]㊁介孔结构[１８Ｇ１９]㊁核壳结构[２０Ｇ２１]及 层状/尖晶石 复合结构[２２Ｇ２３]等,均取得了不错的效果.目前影响富锂锰基正极材料性能发挥的主要影响因素是锂离子扩散性能不佳㊁结构变化引起的不可逆相变和高电压下金属M n 离子的溶解[２４]等.因此从这些主要影响因素的角度来探讨结构优化设计对富锂锰基正极材料电化学性能的影响作用机理将有利于进一步掌握结构设计优化技术对材料性能影响的本质规律.正如图１所示,本文从结构优化设计的作用机理入手,针对富锂锰基正极材料所面临的突出问题,分类探讨结构优化设计如何提高富锂锰基正极材料电化学性能.以便归纳总结出结构优化设计的作用规律,为进一步发挥结构设计的优势提供参考.图１㊀结构优化设计改善富锂锰基材料电化学性能示意图F i g １S c h e m a t i c d i a g r a mo f t h e s t r u c t u r a l o p t i m i z a t i o nd e s i g n e n h a n c i n g t h e e l e c t r o c h e m i c a l pe rf o r m a n c e s o f L i Ｇr i c hm a n ga n e s e Ｇb a s e dc a t h od em a te r i a l ７００３０邱家欣等:富锂锰基正极材料结构优化设计与电化学性能研究进展∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(５０９０７０５６,５１６０２２６６);四川省重点研发计划资助项目(２０１７G Z ０１０９);四川省科技支撑资助项目(２０１６G Z ０２７３,２０１６G Z ０２７５);四川省学术与技术带头人培养基金和四川省成都市科技惠民工程基金资助项目(２０１４ＧHM ０１Ｇ０００７３ＧS F )资助项目收到初稿日期:２０１７Ｇ０７Ｇ２１收到修改稿日期:２０１７Ｇ０９Ｇ２６通讯作者:江㊀奇,E Ｇm a i l :j i a n g qi ６６＠１６３．c o m 作者简介:邱家欣㊀(１９９１－),男,四川内江人,硕士,师承江奇教授,从事新能源材料与器件研究.１㊀改善锂离子扩散图２是不同组分电极材料中内部锂离子扩散路径示意图[２５].由图２可知,一次颗粒紧密堆积,导致电解液难以直接进入颗粒之间的间隙,中心颗粒的锂离子扩散必须穿过其它颗粒.对于纯相的层状结构材料来说(图２(a)),其仅具有二维锂离子通道,相邻颗粒之间的扩散最有可能沿图２(a)中的折线方向进行.而在层状/尖晶石复合结构中(图２(b)),由于尖晶石结构具有三维通道,可大大缩短锂离子的扩散距离.因此在结构设计中,促进电解液与电解质接触,增加锂离子扩散通道,缩短锂离子扩散距离,是改善锂离子扩散的有效手段.图２㊀不同组分电极材料中锂离子扩散路径示意图[２５]F i g２S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o nf o r p a t ho fL iＧi o nd i f f u s i o n sw i t h i nt h ee l e c t r o d e m a t e r i a l sw i t hd i f f e r e n tc o m p oＧn e n t s[２５]㊀㊀具有较大比表面积的多孔结构材料能明显促进电解液与电极的接触,提高材料的锂离子扩散系数. J i a n g等[１９]通过引入聚乙烯吡咯烷酮作为助燃剂的凝胶燃烧法制得的样品显示出多孔结构,颗粒之间有着明显界线,大量的孔洞均匀地分布在相互连接的小颗粒之间,类似于海绵的特殊结构.其孔洞的平均直径约为２．７n m,属于介孔.结果表明,在电流密度为２００m A/g的高倍率下,其放电比容量仍有２１０m A h/g.电解液充满在介孔中,得益于电解液在材料中的渗透及与材料的接触,锂离子的扩散更加容易.Z h a n g 等[２６]采用水热法与高温固相煅烧法相结合,制备出微米棒状多孔材料.材料在２和５C倍率下,最初几次循环的容量保持率接近１００％.此外,L i[２７]和B a i 等[２８]采用共沉淀联合冷冻干燥方法,利用冰升华消失,保留纳米粒子之间相对位置,在热处理过程获得多孔结构,以促进锂离子快速脱嵌.尖晶石结构能提供三维锂离子扩散通道,因此将尖晶石结构复合到富锂锰基正极材料上能显著提高锂离子迁移速率.D e n g等[２２]采用热溶剂法制备了层状/尖晶石复合结构材料,尖晶石相伴随着层状相产生整体异质结构,尖晶石结构提供的３D锂离子扩散通道大大降低了原始层状材料的首次不可逆容量,初始库仑效率为１０１％,并在５和１０C倍率下的分别获得２３４和２０６m A h/g的放电比容量.L u o等[２５]采用热溶剂法,通过调节煅烧温度来引入尖晶石成分,使构成颗粒的结构部分从２D变为３D通道.在放电电流密度为１２００m A/g时,仍有１８５．１m A h/g的放电比容量.表征结果显示,引入尖晶石成分后,其锂离子扩散系数由４．９ˑ１０－１３c m２/s上升到２．５ˑ１０－１２c m２/s,提高了一个数量级.Y i n等[２９]通过改进的P e c h i n i法也合成层状/尖晶石复合材料,其倍率性能也显著提高.由于锂离子必须从内部(甚至核心)迁移一定距离到达晶粒表面,因此减少晶粒堆积,提供无阻路径是缩短锂离子扩散距离最直接的方法.D a i等[３０]使用双功能模板(兼作模板剂和缓冲剂)设计了一种薄的纳米板状富锂锰基材料,板厚度约为１３n m,大大缩短了锂离子扩散距离,明显提高了放电容量和初始库仑效率(分别为３０８m A h/g和８５％).其锂离子扩散系数为１．１７ˑ１０－１０c m２/s,高于颗粒状电极的３．９７ˑ１０－１１c m２/s.K i m等[３１]通过水热法制得一维纳米线状富锂锰基材料,其直径约为３０n m,长度约为４１mm,具有优异的放电容量和倍率能力,８０个循环后,放电容量为２９４m A h/g,容量保持率为９５％,７C倍率时仍显示出２５６m A h/g的放电比容量.此外,表面晶面归属(０１０)晶面的纳米片状结构[３２]㊁静电纺丝技术制备的管状结构[３３]等,也都能有效地缩短锂离子扩散路径,显著提升电化学性能.可见多孔结构可以促进电解液渗入到相邻的电极材料颗粒间,增加反应活性位点;层状/尖晶石复合结构能发挥二者组分协同作用,增加的锂离子扩散通道可有效降低S E I膜电阻和电荷转移电阻;而减少晶粒堆积,缩短扩散路径是改善锂离子扩散最直接,也是效８００３０２０１８年第３期(４９)卷果最明显的措施.２㊀稳定材料结构图３是富锂锰基正极材料中层状结构向尖晶石结构转变示意图[４１].L i ２M n O ３组分在高电压下的活化,伴随着锂脱出和氧释放,导致材料结构的不稳定性[３４].在循环过程中过渡金属离子从主体层(T M 位点)迁移到中间层(L i 位点),诱导原始层状结构不可逆地向尖晶石结构转变,带来严重的容量及电压衰减[３５Ｇ３６].通过结构优化设计,发挥不同元素的协同作用,构筑更加稳定的几何结构,提高锂脱嵌过程中晶格膨胀效应的承载能力,是稳定材料结构,缓解容量及电压衰减,抑制不可逆相变的主要方法.图３㊀层状结构向尖晶石结构转变示意图[４１]F i g ３S c h e m a t i c d i a g r a mo f t h e l a y e r e d Ｇt o Ｇs pi n e l t r a n s f o r m a t i o n [４１]㊀㊀N i 元素能提供高的能量密度[３７],C o 元素可增加电子导电性并减少阳离子混排[３８],而M n 元素具有优良的热稳定性[３９].基于不同元素不同的反应特征,因此具有浓度梯度功能的富锂锰基材料可以平衡混合系统中各元素的优点.Y a n g 等[４０]设计制备了一种全浓度梯度的球形富锂锰基材料,各金属元素呈非均匀分布,从颗粒中心到外层,M n 浓度逐渐增加,C o 浓度逐渐降低,N i 浓度由内到外保持不变.在２．０~４．６V 条件下,经过２００次循环后其容量保持率为９３．８％,而常规材料只有６６．３％,在５C 倍率下循环次１００后,其容量保持率为９３．８％,远高于常规材料的４７．６％.２００次循环后,材料仍保持过渡金属组成的浓度梯度.L i 等[２１]报道的核壳材料中,内核与外壳具有不同的成分组成.电化学测试结果表明,其富N i 的核心有助于提供较高的可逆容量及库伦效率(分别为２７８m A h /g 和８４．２％),而富M n 的外壳有效缓解与电解液的副反应,４０次循环后仍有９８％的容量保持,同时容量微分结果显示出非常稳定的平均放电电位.常规方法制备的富锂锰基正极材料容易在循环过程中发生结构崩塌,加速容量衰减.由纳米颗粒组装成的具有特殊几何框架构型的二次颗粒,赋予材料更高的结构稳定性.如图４(a )所示,L i 等[４１]采用尿素为螯合剂㊁聚乙烯吡咯烷酮为形貌诱导剂的水热法成功制备出了结构为梭型的富锂锰基材料,在０．１C 倍率下循环１００周,容量保持率高达９４％,而在５C 高倍率下放电比容量也达到１６６．８m A h /g .其优异性能归因于三角形框架组成的梭形形状能有效防止二次颗粒粉碎,减少固/液界面接触.F u 等[４２]报道了一种新型花状结构富锂锰基材料,如图４(b )所示.其二次颗粒为纳米板互连形成类似金字塔的椎体,并最终构成精细花状结构.材料表现出优异的倍率能力(１０C 下为１６２．６m A h /g)和循环稳定性(０．５C 循环１００次后为２３７．６m A h /g ,１０C 循环２００次后为１５３．８m A h /g ),坚固的椎体框架结构可以最大限度减少材料结构在反复充放电循环中的崩溃,抑制不可逆相变的发生.图４㊀特殊几何构型二次颗粒的扫描电镜图[４１Ｇ４２]F i g ４S E Mi m a g e s o f s e c o n d a r yp a r t i c l e sw i t hs p e c i a l g e o m e t r i c c o n f i gu r a t i o n [４１Ｇ４２]㊀㊀网络结构和中空结构不仅可以提供电子和锂离子的快速传输通道,也为锂离子脱嵌过程中产生的晶格扭曲提供物理缓冲层的保护.J i a n g 等[４３]以KI T Ｇ６为硬模板,合成了具有孔道网络结构的富锂锰基材料,以１５~１５００m A /g 的电流密度进行倍率性能测试,当电流密度回到１５m A /g ,容量恢复率为９９．２％,１００次充放电循环之后,比容量仍有２７５．６m A h /g ,容量保持率高达９３．９％.这种网络孔道结构在适应充放电过程连９００３０邱家欣等:富锂锰基正极材料结构优化设计与电化学性能研究进展续的结构变化时提供了更大的弹性,表现出优异的结构稳定性.L i u等[４４]采用简单的模板辅助法制备出一维中空微棒状结构富锂锰基材料.２C倍率下循环２００次后,仍能保持１７０m A h/g的放电比容量,容量保持率为８９．６％.表征结果显示,其层状结构保持良好,没有观察到明显的尖晶石特征峰,表明尖晶石相变得到有效抑制.可见核壳结构材料优异的电化学性能归因于内核中的N i元素作为主要电化学活性物质提供容量,而壳层中M n以稳定的＋４价存在,从而缓解了电解液对材料内部的侵蚀,显著改善循环性能;几何框架结构赋予材料优异的结构坚固性,而网络结构和中空结构使得材料拥有足够的空间来缓冲循环过程中的体积变化,二者均能有效缓解循环过程中颗粒的粉碎和结构的坍塌,从而抑制不可逆相变.３㊀缓解M n离子溶解已有研究证明充放电过程中金属离子,特别是锰离子的溶解将显著影响富锂锰基正极材料的电化学性能[４５Ｇ４６].M n溶解的机理可以解释如下M n３＋ңM n４＋＋M n２＋㊀㊀在上述反应过程中,部分M n离子将保持在＋２,这部分M n容易溶解于电解液中,这不仅导致反应活性物质的不可逆损失,还将引起材料表面结构的劣化. J i a n g等[４７]将超声波引入共沉淀法,制备出大晶粒尺寸富锂锰基材料,其一次颗粒为宽度３００n m,长度１~３μm的微米级晶粒,明显区别于对比的微纳米结构.电化学测试结果表明,大晶粒尺寸材料在０．１C倍率下１００次循环后,仍有２７２m A h/g的高放电容量和８８．３％的容量保持率,而在１C倍率下循环１００次,容量几乎没有衰减.表征结果显示,１００次循环后,大晶粒尺寸材料的一次颗粒仍保留着微米级结构,而对比材料变成了尺寸更小的细碎纳米晶粒.进一步测试M n的溶解量发现,大晶粒尺寸材料溶液中的M n浓度为２１９m g/L,远低于对比材料的７２５m g/L,直接证明大晶粒结构有利于克服M n元素的溶解,保持高稳定性和高容量.作者得出结论:尽管纳米尺度的一次颗粒有利于锂离子的快速扩散,但其较大的表面积也能加速电解液副反应的发生,从而加速M n离子的溶解[４７].因此,通过结构优化设计制备晶粒尺寸恰当的富锂锰基材料,对于材料性能的提升具有积极的意义.不仅可以利用尺寸效应提高材料导电性能,还可控制较大比表面积所带来的副反应,降低M n离子的溶解.４㊀结㊀语尽管富锂锰基正极材料展现了良好的应用前景,但对于大规模应用,尚需克服三大显著缺陷:锂离子扩散不佳,结构变化引起的不可逆相变和高电压下金属M n离子溶解.通过上述分析,结构设计优化技术的确可以有效降低这些因素对富锂锰基正极材料电化学性能的影响.实际上,某类结构改性起到的作用一般都不是单一的,只是不同类型结构作用的重点不同,例如梭形框架结构也能减少M n的溶解;而中空结构同样有利于增加与电解液接触,改善锂离子扩散等.因此,大多数结构设计的作用机理是三大因素相互交叉共同作用,进而提升富锂锰基正极材料性能.另外,将结构设计改性与其他改性手段复合使用,发挥其协同作用,有助于材料性能的进一步提高.参考文献:[１]㊀S c r o s a t i B,G a r c h e J．L i t h i u mb a t t e r i e s:s t a t u s,p r o s p e c t sa n d f u t u r e[J]．J o u r n a l o fP o w e rS o u r c e s,２０１０,１９５(９):２４１９Ｇ２４３０．[２]㊀F e r g u s JW．R e c e n t d e 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e r S o u r c e s,２０１３,２２１:１０８Ｇ１１３．[６]㊀K a n g SH,T h a c k e r a y M M．S t a b i l i z a t i o n o f x L i２M n O３ (１－x)L i MO２e l e c t r o d e s u r f a c e s(M＝M n,N i,C o)w i t hm i l d l y a c i d i c,f l u o r i n a t e d s o l u t i o n s[J]．J o u r n a lo ft h eE l e c t r o c h e m i c a l S o c i e t y,２００８,１５５(４):A２６９ＧA２７５．[７]㊀J o h n s o nCS,L iN,L e f i e f C,e t a l．S y n t h e s i s,c h a r a c t e rＧi z a t i o na n de l e c t r o c h e m i s t r y o f l i t h i u mb a t t e r y e l e c t r o d e s:x L i２M n O３ (１－x)L i M n０．３３３N i０．３３３C o０．３３３O２(０ɤxɤ０．７) [J]．C h e m i s t r y o fM a t e r i a l s,２００８,２０(１９):６０９５Ｇ６１０６．[８]㊀L i uB,Z h a n g Z,W a nJ,e t a l．I m p r o v e de l e c t r o c h e m i c a l p r o p e r t i e s o fY F３Ｇc o a t e dL i１．２M n０．５４N i０．１３C o０．１３O２a s c a t hＧo d e f o rL iＧi o nb a t t e r i e s[J]．I o n i c s,２０１７,２３(６):１３６５Ｇ１３７４．[９]㊀G u oS,Y u H,L i uP,e ta l．S u r f a c ec o a t i n g o f l i t h i u mＧm a n g a n e s eＧr i c hl a y e r e d o x i d e s w i t h d e l a m i n a t e d M n O２n a n o s h e e t s a sc a t h o d e m a t e r i a l sf o rL iＧi o nb a t t e r i e s[J]．J o u r n a l o f M a t e r i a l sC h e m i s t r y A,２０１４,２(１２):４４２２Ｇ４４２８．[１０]㊀W a n g Q Y,L i uJ,M u r u g a nA V,e t a l．H i g hc a p a c i t yd o u b l eＧl a ye r s u rf a c em o d i f i e dL i[L i０．２M n０．５４N i０．１３C o０．１３]O２c a t h o d ew i t h i m p r o v e dr a t ec a p a b i l i t y[J]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sC h e m i s t r y,２００９,１９(２８):４９６５Ｇ４９７２．[１１]㊀M aQ,L iR,Z h e n g R,e t a l．I m p r o v i n g r a t ec a p a b i l i t y０１０３０２０１８年第３期(４９)卷a n dd e c e l e r a t i n g v o l t a g ed e c a y o fL iＧr i c hl a y e r e do x i d ec a t h ode sv i as e l e n i u m d o p i n g t os t a b i l i z eo x y g e n[J]．J o u r n a l o fP o w e r S o u r c e s,２０１６,３３１:１１２Ｇ１２１．[１２]㊀S o n g JH,K a p y l o uA,C h o iH S,e t a l．S u p p r e s s i o no fi r r e v e r s i b l e c a p a c i t y l o s s i nL iＧr i c h l a y e r e d o x i d e b y f l u oＧr i n e d o p i n g[J]．J o u r n a lo fP o w e rS o u r c e s,２０１６,３１３:６５Ｇ７２．[１３]㊀K i mS M,J i nBS,L e eS M,e t a l．E f f e c t so f t h e f l u oＧr i n eＧs u b s t i t u t i o na n da c i d t r e a t m e n t o n t h e e l e c t r o c h e m iＧc a l p e r f o r m a n c e s o f０．３L i２M n O３ ０．７L i M n０．６０N i０．２５C o０．１５O２c a t h o d em a t e r i a l f o rL iＧi o nb a t t e r y[J]．E l e c t r oＧc h i m i c aA c t a,２０１５,１７１:３５Ｇ４１．[１４]㊀Y u e P e n g．R e s e a r c h p r o g r e s s o f L iＧe x c e s s M nＧb a s e dc a t h od em a te r i a l sf o r l i t h i u mi o nb a t t e r i e s[J]．S h a n d o n gC h e m i c a l I n d u s t r y,２０１６,４５(１８):３５Ｇ３７．岳㊀鹏．锂离子电池用富锂锰基正极材料的研究进展[J]．山东化工,２０１６,４５(１８):３５Ｇ３７．[１５]㊀Z h a n g X,C h e n g F,Y a n g J,e t a l．L i N i０．５M n１．５O４p o rＧo u sn a n o r o d sa sh i g hＧr a t ea n d l o n gＧl i f ec a t h o d e s f o rL iＧi o nb a t t e r i e s[J]．N a n o l e t t e r s,２０１３,１３(６):２８２２Ｇ２８２５．[１６]㊀S h iS,W a n g T,C a o M,e ta l．R a p i d s e l fＧa s s e m b l y s p h e r i c a lL i１．２M n０．５６N i０．１６C o０．０８O２w i t hi m p r o v e d p e rＧf o r m a n c e sb y m i c r o w a v eh y d r o t h e r m a lm e t h o da sc a t hＧo d e f o r l i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．A C S A p p l i e d M a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,２０１６,８(１８):１１４７６Ｇ１１４８７．[１７]㊀D a i D,W a n g B,L iB,e t a l．L iＧr i c hl a y e r e dL i１．２M n０．５４N i０．１３C o０．１３O２d e r i v e df r o m t r a n s i t i o n m e t a lc a r b o n a t ew i t ha m i c r oＧn a n os t r u c t u r ea sac a t h o d e m a t e r i a lf o rh i g hＧp e r f o r m a n c eL iＧi o n b a t t e r i e s[J]．R S C A d v a n c e s,２０１６,６(９９):９６７１４Ｇ９６７２０．[１８]㊀Z h e n g Z h u o,W uZ h e nG u o,X i a n g W e i,e t a l．P r e p a r aＧt i o na n de l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c eo f p o r o u s m i c r oＧn a n o s t r u c t u r e l a y e r e dL iＧr i c h０．６L i２M n O３ ０．４L i N i０．５M n０．５O２c a t h o d ef o rL i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．C h i n e s eJ o u r n a l o f I n o r g a n i cC h e m i s t r y,２０１７,３３(３):４７９Ｇ４８６．郑㊀卓,吴振国,向㊀伟,等．多孔微纳结构富锂正极材料０．６L i２M n O３ ０．４L i N i０．５M n０．５O２的制备及其电化学性能[J]．无机化学学报,２０１７,３３(３):４７９Ｇ４８６．[１９]㊀Y a n g J,C h e n g F,Z h a n g X,e t a l．P o r o u s０．２L i２M n O３ ０．８L i N i０．５M n０．５O２n a n o r o d sa sc a t h o d e m a t e r i a l sf o rl i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sC h e m i s t r yA,２０１４,２(６):１６３６Ｇ１６４０．[２０]㊀L i J,C a m a r d e s eJ,S h u n m u g a s u n d a r a m R,e ta l．S y nＧt h e s i s a n dc h a r a c t e r i z a t i o no f t h e l i t h i u mＧr i c hc o r eＧs h e l lc a t h ode s w i t hl o w i r r e v e r s i b l ec a p a c i t y a n d m i t i g a t e dv o l t a g e f a d e[J]．C h e m i s t r y o fM a t e r i a l s,２０１５,２７(９):３３６６Ｇ３３７７．[２１]㊀S u nY K,M y u n g S T,P a r k B C,e ta l．H i g hＧe n e r g yc a t h od em a te r i a lf o r l o n gＧl i f ea n ds a f el i t h i u m b a t t e r i e s[J]．N a t u r eM a t e r i a l s,２００９,８(４):３２０Ｇ３２４．[２２]㊀D e n g YP,F uF,W uZG,e t a l．L a y e r e d/s p i n e l h e t e r oＧs t r u c t u r e d L iＧr i c h m a t e r i a l ss y n t h e s i z e d b y ao n eＧs t e ps o l v o t h e r m a l s t r a t e g y w i t h e n h a n c e d e l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c e f o rL iＧi o nb a t t e r i e s[J]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sC h e m i s t r y A,２０１６,４(１):２５７Ｇ２６３．[２３]㊀W a n g D,B e l h a r o u a k I,Z h o uG,e t a l．N a n o a r c h i t e c t u r e m u l t iＧs t r u c t u r a l c a t h o d em a t e r i a l s f o r h i g h c a p a c i t y l i t h iＧu mb a t t e r i e s[J]．A d v a n c e dF u n c t i o n a lM a t e r i a l s,２０１３,２３(８):１０７０Ｇ１０７５．[２４]㊀Y uX,L y uY,G uL,e t a l．U n d e r s t a n d i n g t h e r a t e c a p aＧb i l i t y o fh i g hＧe n e r g yＧd e n s i t y L iＧr ic hl a y e r ed L i１．２N i０．１５C o０．１M n０．５５O２c a t h o d e m a t e r i a l s[J]．A d v a n c e d E n e r g yM a t e r i a l s,２０１４,４(５):１３００９５０(１Ｇ１１)．[２５]㊀L u oD,L iG,F uC,e t a l．A n e ws p i n eＧl a y e r e dL iＧr i c h m i c r o s p h e r ea sah i g hＧr a t ec a t h o d e m a t e r i a lf o rL iＧi o nb a t t e r i e s[J]．A d v a nc e dE n e r g y M a t e r i a l s,２０１４,４(１１):１４０００６２(１Ｇ９)．[２６]㊀Z h a n g L,W uB,L i N,e t a l．R o dＧl i k e h i e r a r c h i c a l n a n o/ m i c r oL i１．２N i０．２M n０．６O２a s h i g h p e r f o r m a n c e c a t h o d em aＧt e r i a l sf o rl i t h i u mＧi o n b a t t e r i e s[J]．J o u r n a lo f P o w e rS o u r c e s,２０１３,２４０:６４４Ｇ６５２．[２７]㊀L iY,W uC,B a i Y,e t a l．H i e r a r c h i c a lm e s o p o r o u s l i t hＧi u mＧr i c hL i[L i０．２N i０．２M n０．６]O２c a t h o d em a t e r i a l s y n t h eＧs i z e dv i a i c e t e m p l a t i n g f o rL i t h i u mＧi o nb a t t e r y[J]．A C SA p p l i e d M a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,２０１６,８(２９):１８８３２Ｇ１８８４０．[２８]㊀B a iY,L iY,W uC,e t a l．L i t h i u mＧr i c hn a n o s c a l eL i１．２M n０．５４N i０．１３C o０．１３O２c a t h o d em a t e r i a l p r e p a r e db y c oＧp r eＧc i p i t a t i o nc o m b i n e df r e e z ed r y i n g(C PＧF D)f o r l i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．E n e r g y T e c h n o l o g y,２０１５,３(８):８４３Ｇ８５０．[２９]㊀Y i nZ W,W uZG,D e n g YP,e t a l．As y n e r g i s t i c e f f e c ti nac o m p o s i t ec a t h o d ec o n s i s t i n g o fs p i n e la n dl a y e r e ds t r u c t u r e st oi n c r e a s et h ee l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c ef o rL iＧi o nb a t t e r i e s[J]．T h e J o u r n a l o fP h y s i c a lC h e m i sＧt r y C,２０１６,１２０(４５):２５６４７Ｇ２５６５６．[３０]㊀D a i D,L iB,T a n g H,e ta l．S i m u l t a n e o u s l y i m p r o v e dc a p a c i t y a nd i n i t i a l c o u l o m b i cef f i c i e n c y o fL iＧr i c hc a t hＧo d eL i[L i０．２M n０．５４C o０．１３N i０．１３]O２b y e n l a r g i n g c r y s t a l c e l lf r o m a n a n o p l a t e p r e c u r s o r[J]．J o u r n a l o f P o w e rS o u r c e s,２０１６,３０７:６６５Ｇ６７２．[３１]㊀K i m M G,J o M,H o n g YS,e t a l．T e m p l a t eＧf r e es y nＧt h e s i s o fL i[N i０．２５L i０．１５M n０．６]O２n a n o w i r e s f o rh i g h p e rＧf o r m a n c e l i t h i u mb a t t e r y c a t h o d e[J]．C h e m i c a lC o mm uＧn i c a t i o n s,２００９,１５(２):２１８Ｇ２２０．[３２]㊀T i a n J,S uY,W uF,e t a l．H i g hＧr a t e a n d c y c l i n gＧs t a b l e n i c k e lＧr i c h c a t h o d em a t e r i a l sw i t h e n h a n c e dL i＋d i f f u s i o np a t h w a y[J]．A C Sa p p l i e dm a t e r i a l s&i n t e r f a c e s,２０１５,８(１):５８２Ｇ５８７．[３３]㊀L iY o n g l i a n g,M aD i n g t a o,Z h a n g P e i x i n．E l e c t r o s p i nＧn i n gp r e p a r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f l i t h i u mr i c hm a n g aＧn e s eＧb a s e dl i t h i u m i o n b a t t e r y c a t h o d e m a t e r i a l[J]．S h e n z h e nU n i v e r s i t y J o u r n a l,２０１７,３４(２):１３２Ｇ１３７．李永亮,马定涛,张培新．静电纺丝制备富锂锰基锂电正极材料及其性能[J]．深圳大学学报,２０１７,３４(２):１３２Ｇ１３７．[３４]㊀L u oK,R o b e r t sM R,H a oR,e t a l．C h a r g eＧc o m p e n s aＧt i o ni n３dＧt r a n s i t i o nＧm e t a lＧo x i d ei n t e r c a l a t i o n c a t h o d e s１１０３０邱家欣等:富锂锰基正极材料结构优化设计与电化学性能研究进展t h r o u g h t h e g e n e r a t i o n o f l o c a l i z e d e l e c t r o nh o l e s o n o x yＧg e n[J]．N a t u r e c h e m i s t r y,２０１６,８(７):６８４Ｇ６９１．[３５]㊀T a k a h a s h i I,F u k u d aK,K a w a g u c h iT,e t a l．Q u a n t i t aＧt i v ea n a l y s i so f t r a n s i t i o nＧm e t a lm i g r a t i o ni n d u c e de l e cＧt r o c h e m i c a l l y i nl i t h i u mＧr i c hl a y e r e do x i d ec a t h o d ea n di t s c o n t r i b u t i o nt o p r o p e r t i e sa th i g ha n dl o wt e m p e r aＧt u r e s[J]．T h eJ o u r n a lo fP h y s i c a lC h e m i s t r y C,２０１６,１２０(４８):２７１０９Ｇ２７１１６．[３６]㊀Z h e n g J,X uP,G u M,e t a l．S t r u c t u r a l a n d c h e m i c a l eＧv o l u t i o no fL iＧa n d M nＧr i c h l a y e r e dc a t h o d em a t e r i a l[J]．C h e m i s t r y o fM a t e r i a l s,２０１５,２７(４):１３８１Ｇ１３９０．[３７]㊀S h i JL,Z h a n g JN,H eM,e t a l．M i t i g a t i n g v o l t a g e d eＧc a y o fL iＧr i c hc a t h od em a te r i a l v i a i n c r e a s i n g N i c o n t e n tf o r l i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．A C S A p p l i e d M a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,２０１６,８(３１):２０１３８Ｇ２０１４６．[３８]㊀L e eE S,M a n t h i r a m A．S m a r td e s i g no fl i t h i u mＧr i c h l a y e r e do x i d e c a t h o d e c o m p o s i t i o n sw i t h s u p p r e s s e d v o l tＧa g e d e c a y[J]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sC h e m i s t r y A,２０１４,２(１１):３９３２Ｇ３９３９．[３９]㊀K u m a rN a y a kP,G r i n b l a t J,L e v iE,e t a l．R e m a r k a b l yi m p r o v e de l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e o f L iＧa n dM nＧr i c hc a t h ode su p o n s u b s t i t u t i o no fM nw i t hN i[J]．A C SA pＧp l i e d M a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,２０１６,９(５):４３０９Ｇ４３１９．[４０]㊀Y a n g X,W a n g D,Y u R,e ta l．S u p p r e s s e dc a p a c i t y/ v o l t a g e f a d i n g o f h i g hＧc a p a c i t y l i t h i u mＧr i c h l a y e r e dm a t eＧr i a l s v i at h ed e s i g no fh e t e r o g e n e o u sd i s t r i b u t i o ni nt h ec o m p o s i t i o n[J]．J o u r n a l o f M a t e r i a l s C h e m i s t r y A,２０１４,２(１１):３８９９Ｇ３９１１．[４１]㊀L iY,B a iY,W uC,e t a l．T h r e eＧd i m e n s i o n a l f u s i f o r mh i e r a r c h i c a lm i c r o/n a n o L i１．２N i０．２M n０．６O２w i t ha p r eＧf e r r e do r i e n t a t i o n(１１０)p l a n ea sah ig he n e r g y c a th o d em a t e r i a l f o r l i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．J o u r n a l o fM a t e r iＧa l sC h e m i s t r y A,２０１６,４(１６):５９４２Ｇ５９５１．[４２]㊀F uF,T a n g J,Y a oY,e t a l．H o l l o w p o r o u s h i e r a r c h i c a lＧs t r u c t u r e d０．５L i２M n O３Ｇ０．５L i M n０．４C o０．３N i０．３O２a s ah i g hＧp e r f o r m a n c ec a t h o d e m a t e r i a lf o rl i t h i u mＧi o n b a tＧt e r i e s[J]．A C SA p p l i e d M a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,２０１６,８(３９):２５６５４Ｇ２５６５９．[４３]㊀J i a n g Y,Y a n g Z,L u o W,e t a l．F a c i l e s y n t h e s i so fm eＧs o p o r o u s０．４L i２M n O３ ０．６L i N i２/３M n１/３O２f o a m sw i t hs u p e r i o r p e r f o r m a n c e f o r l i t h i u mＧi o nb a t t e r i e s[J]．J o u rＧn a lo f M a t e r i a l s C h e m i s t r y,２０１２,２２(３０):１４９６４Ｇ１４９６９．[４４]㊀L i uL,L uC,X i a n g M,e t a l．T e m p l a t eＧa s s i s t e d s y n t h eＧs i so fa o n eＧd i m e n s i o n a lh i e r a r c h i c a l L i１．２M n０．５４N i０．１３C o０．１３O２m i c r o r o dc a t h o d e m a t e r i a l f o r l i t h i u mＧi o nb a tＧt e r i e s[J]．C h e m E l e c t r oC h e m,２０１７,４(２):３３２Ｇ３３９．[４５]㊀H a t a n o M．H o r i eH,O h s a w aY,e t a l．C y c l i c d e t e r i o r aＧt i o na n d i t s i m p r o v e m e n t f o rL iＧr i c h l a y e r e d c a t h o d em aＧt e r i a l L i[N i０．１７L i０．２C o０．０７M n０．５６]O２[J]．J o u r n a l o fP o w e rS o u r c e s,２０１０,１９５(２):５６７Ｇ５７３．[４６]㊀P a r kJ,S e o JH,P l e t tG,e t a l．N u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f t h e e f f e c t o f t h ed i s s o l u t i o no fL i M n２O４p a r t i c l e so nL iＧi o nb a t t e r yp e r f o r m a n c e[J]．E l e c t r o c h e m i c a la n dS o l i dＧS t a t eL e t t e r s,２０１１,１４(２):A１４ＧA１８．[４７]㊀J i a n g X,W a n g Z,R o o n e y D,e t a l．Ad e s i g n s t r a t e g y o f l a r g e g r a i nl i t h i u mＧr i c hl a y e r e d o x i d e sf o rl i t h i u mＧi o nb a t t e r i e sc a t h od e[J]．E le c t r o c h i m i c a A c t a,２０１５,１６０:１３１Ｇ１３８．R e s e a r c h p r o g r e s s o f t h e s t r u c t u r a l o p t i m i z a t i o nd e s i g na n d e l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e s o n t h eL iＧr i c hm a n g a n e s eＧb a s e d c a t h o d em a t e r i a l sQ I UJ i a x i n,J I A N G Q i,L IH u a n,L I U Q i n g q i n g,D U A NZ h i h o n g,L U X i a o y i n g(K e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dT e c h n o l o g i e s o fM a t e r i a l s(M i n i s t r y o fE d u c a t i o no fC h i n a),S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,S c h o o l o fE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g,S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y,C h e n g d u６１００３１,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os o l v e t h e p r o b l e m so f l o wi n i t i a l c o u l o m be f f i c i e n c y,p o o r l i t h i u mi o nd i f f u s i o na n df a s t v o l t a g e a t t e n u a t i 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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
高能量密度层状富锂锰基正极材料的改性研究进展李雨;赵慧春;白莹;吴锋;吴川【摘要】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.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2018(007)003【总页数】10页(P394-403)【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【作者】李雨;赵慧春;白莹;吴锋;吴川【作者单位】北京理工大学材料学院,环境科学与工程北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学材料学院,环境科学与工程北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学材料学院,环境科学与工程北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学材料学院,环境科学与工程北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学材料学院,环境科学与工程北京市重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TM911锂离子电池具备体积能量密度高、无记忆效应、工作温度宽泛等优点，现已普遍适用于便携式电子设备、纯电动汽车以及混合动力汽车领域。
现阶段已商品化的锂离子电池负极材料石墨比容量高达372 mA·h/g，然而相较之下，正极材料包括层状LiCoO2、层状三元材料（NCM和NCA）、橄榄石型LiFeO4和尖晶石形LiMn2O4，实际比容量在100～180 mA·h/g，很难满足电动汽车对高能量密度锂离子电池的市场需求[1]。
锂离子电池正极材料富锂锰基固溶体的研究进展
富 锂 锰 基 固 溶 体 正 极 材 料 可 用 通 式 xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1–x)LiMO2 来表达, 其中 M 为过渡金属,
0≤x≤1, 结构类似于 LiCoO2, 具有很高的放电比容 量, 是目前所用正极材料实际容量的 2 倍左右; 由于 材料中使用了大量的 Mn 元素, 与 LiCoO2 和三元材 料 Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2 相比, 不仅价格低, 而且安全 性 好 、 对 环 境 友 好 . 因 此 , xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1–x)LiMO2 材料被众多学者视为下一代锂离子电池正极 材料的理想之选.
另一方面, 有关研究的结果表明, Li2MnO3 可与 LiMnO2, LiCrO2 等层状材料形成稳定的富锂锰基固 溶体, 从而改善这类活性层状材料在循环过程中的
英文引用格式: Du K, Hu G R. Review of manganese-based solid solution xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1–x)LiMO2 (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2012, 57:
富锂锰基正极材料xLi2MnO3×(1-x)LiMO2的可控制备研究
目录1.前言2.电化学性能与结构3.合成方法3.1 水热法3.2 共沉淀法3.3 固相法3.4 溶胶-凝胶法4.电性能改善4.1 表面修饰4.2 形貌和结构特殊化改性4.3 共混改性4.4 预处理改性5.总结与展望1.前言随着科学技术的不断进步，微电子行业不断发展，电子产品、医疗设备、汽车电池、航天航空等领域对储能设备的要求也进一步提高，锂离子电池因其能量密度高、体积小、循环利用率高的特点而备受关注使用，但传统的正极材料LiCoO2成本高、容量低; 而LiNiO2也有苛刻的合成条件、较差的可逆性等一些缺点; LiFePO4虽然价格相对低廉一些，但其离子电导率较差,所以实际放电比容量只有160 mAh/g[1]。
这些锂离子电池正极材料很难满足高容量、高能量密度电子产品的需求，所以近几年锂离子电池的研究热点是锂离子电池的能量、功率等方面。
而富锂正极材料xLi2MnO3·(1−x)LiMO2 (M=Co, Fe, Ni1/2Mn1/2…)因其具有高比容量(200~ 300 mAh/g)、优秀的循环能力以及新的电化学充放电机制等优点而受到广泛关注，是目前正极商业化主流产品LiCoO2很好的替代品[2]。
富锂正极材料主要是由Li2MnO3与层状材料LiMO2 (M=Co, Fe, Ni1/2Mn1/2…)形成的固溶体。
1997 年Numata 等[3]率先报道了层状的Li2MnO3·LiCoO2 固溶体材料, 并早提出利用L i2AO3·LiBO2固溶体设计新电极材料。
研究发现当充电到 4.8 V时, 材料显示将近280 mAh/g 的初始放电比容量, 新的充放电机制带来了如此高的放电比容量, Mn在后面的电化学过程中同样参与氧化还原反应。
[4-6] Li2MnO3组分的存在使得该类材料在首次充电大于4.5V时出现平台,该平台对应于Li2MnO3组分中Li+脱出伴随O2p键氧化(净脱出形式为Li2O)。
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Ch arg e OCV 4.4V
LiMO2 “active”
0.5Li2 MnO3 .0.5MO 2 0.5Li 0.5e
Ni2 Ni4 , Co 3 Co 4 , Mn4 Mn4
Ch arg e
: 0.5Li2 MnO3 .0.5MO2
Jason R. Croy, et al. Journal of The Electrochemical Society, 2014,16,A318. Jifi Shojan, et al. Materials Letters 2013,104 ,57. Kyung Yoon Chung, et al.Journal of Power Sources 2012,220,422. W.C. West, et al. Journal of Power Sources.2012,204,200. Young-Sik Hong, et al. J.Mater.Chem., 2004,14,1424. Chongmin Wang, et al. Nano Lett.2014, 12, 5186.
富锂锰基层状材料研究进展
指导老师： 报告人：
目录
• 1、研究意义 • 2、材料的结构 • 3、充放电机理 • 4、合成方法 • 5、改性 • 6、课题开展思路
1、研究意义
高比容量
高比容量 高功率锂
高功率正
极材料
离子电池
能源战略 环境危机 电动汽车 智能电网
充电电压： 2.0-4.8v 首次充电比容量： >300mAh/g 首次放电比容量： >200mAh/g
Question
• 1、包覆层完全隔离了正极材料和电解质的接触了 吗？这个提高循环稳定性的解释是否合理？真实 的机理是什么？ • 2、不同的材料的膨胀系数不同，多次电化学循环 后，包覆层是否会脱落？
王兆翔,陈立泉,黄学杰.锂离子电池正极材料的结构设计与改性.化学进展，2011,23,284.
形貌纳米化
By keeping the cathode from contacting with the organic electrolyte and increasing the electron or ion conductivity , acting as an electron or ion conductor such as LiNiPO4
2 3
4.4V 4.8V
2
(0.5 ) Li2 MnO3 .MnO2 .0.5MO2 2Li O2 2e
2 (0.5 ) Li (0.5 )e Disch arg e 4.8V 2.0V
: (0.5 ) Li MnO .MnO .0.5MO
5、改性
表面 包覆
掺杂
改性
纳米 化
其他
掺杂
1、镍掺杂可以提高比容 量 2、造成表面选择性积聚， 阻塞锂离子扩散通道，可 能会降低倍率性能 3、水热合成法可以在原 子尺度提高镍分布的均一 度，降低电压降，提高循 环寿命
Chongmin Wang, et al. Nano Lett.2012, 12, 5186. Ji-Guang Zhang, et al. Nano Lett., 2014, 14 , 2628.
1、纳米化降低了Li+嵌入距离 2、暴露了更多的Li+快速嵌入晶面 （010）
(010)晶面暴露纳米片状 Li1.15Ni0.25Mn0.6O2 非(010)晶面暴露纳米片 状Li1.15Ni0.25Mn0.6O2
普通共沉淀法制备的 Li1.15Ni0.25Mn0.6O2
Guo-Zhen Wei ,et al.Adv. Mater. 2010, 22, 4364.
富锂材料结构依条件而变化？
合成条 件 组成成 分比
合成方 法
结构的复杂性
3、充放电机理
First cycle
MO2 (M=Ni,Co,Mn)
3
-Li2O >4.4 v +Li+ -Li+ -Li+ <4.4 v
LiMnO2
2
4
The
2ndtLeabharlann the51st cycle
1 Li2MnO3 X=0.5 “Inactive” xLi2MnO3.(1-x)LiMO2
Haoshen Zhou,et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012,14 ,6548.
两相结构？？？
Hetero-interfaces
Li2MnO3-like
Stacking faults
Haoshen Zhou,et al. Angew. Chem. Int. Ed.2013, 52, 5969.
1、百分之三的钠掺杂提高了材料的倍率性能 2、提高了材料的导电性 3、抑制了材料在循环中向尖晶石相转变
K. M. Abraham, et. Journal of The Electrochemical Society, 2014,161, A290.
表面包覆
Suface coating with Al2O3, CeO2, ZrO2, SiO2, ZnO, AlPO4,Li−Ni−PO4 and graphene Can enhance the cycling stability and rate capacity and lower the irreversible capacity loss But cann’t adequately overcome the voltage decay
六方R-3m固溶体？？？？
Koga, H.et al.J. Phys. Chem. C 2012, 116, 13497.
superlattice
Vegard’ s law
Ohzuku, T. et al. J. Mater. Chem.2011, 21, 10179.
两相结构？？？
0.5Li2MnO3· 0.5LiMn0.42Ni0.42Co0.16O2的SXRD图谱和计算图谱
2
合成方法 充电电压 （V） 电流密度 （mA/g） 首次充电比 容量(mAh/g) 首次放电比 容量(mAh/g)
共沉淀 4.7 – 2.0 5 290.4 262.1
固相法 4.7 – 2.0 C/25 ~280 ~250
燃烧法 4.8– 2.0 20 ~320 288
水热法 4.8– 2.0 C/10 ~310 ~230
6、课题开展思路
烧结剂（B2O3） 超声喷雾热解
初期
微波热解辅助 Li2MnO3-LiMO2-LiMn2O4
计划
高温高电压下高比容量机理
后期
电解液对富锂材料的侵蚀机理
逐步预循环机理
(0.5 ) Li2 MnO3 .LiMnO2 .0.5LiMO2
H. S. Zhou, et al, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012,14, 6548.
首次放电容量大于理论放电容量，why?
理论放电容量 5mA/g首次 20mA/g首次 充放电流密度 充放电流密度 0.5LiMnO2· 0.5LiMn0.42 269 mAh/g Ni0.42Co0.16O2 272 mAh/g 224 mAh/g 50mA/g首次 充放电流密度 184 mAh/g
M.M. Thackeray,et al. J. Mater. Chem., 2007, 17: 3112.
单斜 固溶体 结构
两相
六方
单斜相（C2/m）固溶体？？？
Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的XRD图
像差校正后的STEM照片
J.P. Ferreira, al. Chem. Mater.2011, 23, 3614.
电化学缺陷
2、结构
Li2MnO3 LiTMO2
(TM=Ni,Co,Mn)
结构 空间群 晶系 a-NaFeO2型 C2/m 单斜 层状结构 a-NaFeO2型 R-3m 六方 层状结构
3a Li+ Li+
3b 6c 1/3Li++ O22/3Mn4+ TMn+ O2-
层状Li2MnO3和LiMO2(M=Mn,Ni ,Co)的结构示意图
额外容量产生的原因：
1、部分Mn3+/Mn4+参加 氧化还原反应
2、氧分子在电极表面发 生类似锂空电池的氧化还 原反应（O2→ O2 -）
H. S. Zhou, et al, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012,14, 6548. Shinichi Komaba, et al. J.Am.Chem. Soc., 2011, 133 , 4404.
酸处理
S.-H. Kang. Journal of The Electrochemical Society, 2008,155 , A269.
预循环
4.6-2.0v两圈
4.5-2.0v五圈
4.5-2.0v两圈
Atsushi Ito,et al. Journal of Power Sources.2008,344.
Potential next generation cathode of specific capacity with 300 wh/g
Haijun Yu, Haoshen Zhou. J. Phys. Chem. Lett.2013, 4, 1268.
层状富锂锰基材料有待解决的问题
结构
充放电机理
M. M. Thackeray,et al. J. Mater. Chem., 2007, 17: 3112.