合成条件对尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能的影响

以Li2 CO3、LiOH、LiNO3以及电解MnO2 (EMD)作原料 ,用固相反应法合成了尖晶石LiMn2 O4 .结果表明 ,反应物种类及合成条件对LiMn2 O4 的电化学性质有很大的影响 .其中以LiNO3和EMD为合成原料制得的LiMn2 O4 性能最佳 .其制备条件分两步 :先在 2 80℃加热 6h ,使熔融的LiNO3渗入EMD微孔 ,然后在 75 0℃下焙烧合成     

氢氧化物共沉淀法制备LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2正极材料的反应条件

通过氢氧化物共沉淀法制备了Mn0.45Ni0.45Co0.1(OH)2, 研究了反应条件对产物形貌特征的影响, 重点研究了F-离子对产物形貌特征、振实密度的影响. 利用前述产物通过高温固相合成法制备了高密度的LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04正极材料, 并研究了F元素掺杂对循环性能的影响. 结果表明, 在沉淀体系中加入F-, 可以改善产物的形貌特征和振实密度. SEM 测试结果表明, 产物具有良好的形貌; XRD测试表明, 产物具有良好的层状结构, 无杂质相存在. 在充放电电压区间为2.8-4.4 V, 电流密度为30 mA·g-1 时, LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04首次放电容量均为157 mAh·g-1, 经过50 次循环, 放电容量保持率分别为72.6%和86.0%, F元素的掺杂可以明显改进材料的循环性能.     

A Raman Study of Spinel LiMn2O4

A Raman study was carried out for LiMnzO4, which was synthesized via the mixture of Mn3O4 and LiNO3 sintered at different temperatures. It is shown that there are two kinds of Raman spectra for LiMn2O4 at different sintering temperatures, while the X-ray diffraction patterns of LiMnzO4 sintered at different temperatures are the same. Five Raman bands observed for the materials sintered below 500 ℃ are consistent with the theoretical prediction for spinel structure based on the group theory. Only two Raman bands were observed for the materials sintered at temperatures higher than 500 ℃. The best preparation condition for obtaining a good spinel LiMn2O4 is suggested based on the Raman study.     

锂离子电池正极材料LiMn_(2-2x)Sm_xSr_xO_4的合成及电化学性能

采用高温固相反应合成了一系列的LiMn2-2xSmxSrxO4正极材料(0≤x≤0.1);采用X射线衍射仪分析了合成产物的晶体结构;利用充放电试验测定了产物的电化学性能,利用电化学阻抗谱分析了产物的电化学循环机理.结果表明,所合成的LiMn2-2xSmxSrxO4(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)样品均保持尖晶石相,属于Fd3m空间群.LiMn1.9Sm0.05Sr0.05O4的电化学性能最佳,首次放电容量为96.8 mAh/g,在3.0~4.4 V区间内50次循环后容量保持率超过96%.与此同时,LiMn2O4和LiMn1.90Sm0.05Sr0.05O4的电极阻抗变化不同,进而影响其电化学性能.     

高容量的Li1.1Mn2O3.95F0.05锂离子二次电池正极材料

以无水乙醇为分散剂在行星式球磨机中对原料进行预处理后,经固相反应制备了富锂化合物Li1.1Mn2O3.95F0.05,并以该化合物作为锂离子二次电池正极材料,进行了电化学测试。结果表明,加氟后的富锂化合物Li1.1Mn2O3.95F0.05可与LiCoO2相比,可逆容量高达143nA·h/g,且具有良好的循环稳定性,循环115次后,容量保持率在95%以上。SEM和TEM的表征,说明该方法制备的样品颗粒均匀,具有较好的晶体外观,XRD表征,说明该化合物具有完美的尖晶石结构。锂含量的原子吸收光谱(AAS)表征说明该化合物为富锂化合物Li1.1Mn2O3.95F0.05。电化学测试结果和SEM,TEM,AAS表征支持掺氟后的富锂化合物Li1.1Mn2O3.95F0.05晶胞内空缺增大,使锂离子的嵌入脱出更加容易,并且使更多的锂离子参与嵌入脱出反应。     

Synthesis and characterization of phosphate-modified LiMn2O4 cathode materials for Li-ion battery

<正>LiMn_2O_4 spinel cathode materials were modified with 2 wt.%Li-M-PO_4(M=Co,Ni,Mn) by polyol synthesis method.The phosphate surface-modified LiMn_2O_4 cathode materials were physically characterized by X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS).The charge-discharge test showed that the cycling and rate capacities of LiMn_2O_4 cathode materials were significantly enhanced by stabilizing the electrode surface with phosphate.     

硝酸锂作添加剂对锂硫电池电化学性能的影响

采用充放电测试和交流阻抗测试研究了硝酸锂作电解液添加剂对锂硫电池电化学性能的影响. 采用电子扫描显微镜观察分析了添加剂对锂负极的影响, 探讨了硝酸锂的作用机理.  结果表明, 采用硝酸锂作为锂硫电池电解液的添加剂, 可以在锂负极表面形成具有钝化负极活性表面及保护锂负极的界面膜.  该膜可以抑制电解液中高价态聚硫离子与锂负极的副反应, 避免在锂负极表面形成不可逆的硫化锂, 从而提高锂硫电池的循环性能和放电容量. 采用硝酸锂作添加剂的锂硫电池首次放电比容量达1172 mA?h/g, 循环100次比容量保持为629 mA?h/g.     

回火处理对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响

以硝酸锂、四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、四水合乙酸锰、氨水和草酸为原料,通过共沉淀-燃烧法合成了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,采用XRD、SEM和充放电试验对合成产物进行了表征,研究了回火处理对合成产物结构和电化学性能的影响.实验结果表明,嫩烧反应形成的LiNi1/3C1/3Mn31/3O2结...     

Role of local and electronic structural changes with partially anion substitution lithium manganese spinel oxides on their electrochemical properties: X-ray absorption spectroscopy study

The electronic and local structures of partially anion-substituted lithium manganese spinel oxides as positive electrodes for lithium-ion batteries were investigated using X-ray absorption spectroscopy (XAS). LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4-η)F(η) (η = 0, 0.018, 0.036, 0.055, 0.073, 0.110, 0.180) were synthesized by the reaction between LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4) and NH(4)HF(2). The shift of the absorption edge energy in the XANES spectra represented the valence change of Mn ion with the substitution of the low valent cation as Li(+), Ni(2+), or F(-) anion. The local structural change at each compound with the amount of a Jahn-Teller Mn(3+) ion could be observed by EXAFS spectra. The discharge capacity of the tested electrode was in the order of LiMn(2)O(4) > LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4-η)F(η) (η = 0.036) > LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4) while the cycleability was in the order of LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4-η)F(η) (η = 0.036) ≈ LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4) > LiMn(2)O(4). It was clarified that LiMn(1.8)Li(0.1)Ni(0.1)O(4-η)F(η) has a good cycleability because of the anion doping effect and simultaneously shows acceptable rechargeable capacity because of the large amount of the Jahn-Teller Mn(3+) ions in the pristine material.     

LiNiyCo0.1－yMn1.9O4正极材料的沉淀法制备及其结构与电化学性能

采用沉淀法制备了尖晶石型LiMn₂O₄和LiNi_yCo_0.1－yMn_1.9O₄ (y=0, 0.05, 0.1)正极材料. 应用FT-IR、XRD和SEM技术对不同掺杂样品的相结构与形貌进行了表征, 并用恒电流充放电测试和电化学阻抗技术研究了样品的电化学行为. FT-IR、XRD和SEM结果显示: 随着掺杂型LiNi_yCo_0.1－yMn_1.9O₄ 样品中Ni含量的减少, 位于519 cm^-1处的红外峰向高频方向移动; Ni、Co 或Ni/Co的掺杂降低了LiMn₂O₄的晶格参数; 掺杂型 LiNi_yCo_0.1－yMn_1.9O₄ 样品具有更好的分散度和小的粒径. 电化学实验结果表明, 不同成分的掺杂导致电化学性能改善的原因不尽相同. 其中LiNi_0.05Co_0.05Mn_1.9O₄样品因其较低的电化学极化和较大的Li⁺扩散系数而具有较好的电化学性能.     

锂电池阴极材料尖晶石型LiMn2－xLaxO4的研究

采用高温固相法,合成了掺杂改性的锂离子电池阴极材料尖晶石结构的LiMn2－xLaxO4（x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.10）.用XRD对材料的晶体结构进行了表征.从材料的晶体结构、充放电测试和循环性能等方面分析了掺杂元素镧在稳定晶体结构中的作用.实验表明，掺杂后的材料在常温和高温下的循环性能均得到了明显改善.而且当掺杂量x≤0.04时，材料有较高的放电比容量.     

室温离子液体电解液中尖晶石LiMn_2O_4的电化学性质

应用循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗技术研究了尖晶石L iMn2O4于室温离子液体电解液中的电化学性质.实验表明,以室温离子液体作电解液,L iMn2O4的首次放电容量可达108.2 mAh/g、循环效率高于90%,温度和电流密度显著影响电极的电化学性能.交流阻抗测定了L i+在电极/电解液相界面迁移的活化能,为55 kJ/mol.根据界面反应的高活化能解释了L iMn2O4在该离子液体电解液中低温性能和倍率充放电性能不佳的原因.     

锂离子电池阴极材料LiMn2－xZrxO4的性能表征

采用高温固相法合成了掺杂改性的尖晶石型LiMn2－xZrxO4 (x= 0, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10)作为锂离子电池阴极材料.通过X射线衍射和环境扫描电镜对材料的晶体结构和形貌进行了表征.从材料的晶体结构、恒流充放电测试和循环性能等方面分析了掺杂元素Zr在改善材料性能中的作用.实验表明,当Zr的掺杂量在x ≤ 0.06时,材料在保持较高容量的同时,循环性能得到了明显改善.其中LiMn1.98Zr0.02O4的性能最佳,50次循环后容量仍在113.8 mA•h•g－1以上.     

低共熔混合锂盐相图的绘制及应用

采用热分析法对不同组成的混合锂盐二元体系进行研究, 绘制了混合锂盐体系的步冷曲线和T-x相图, 结果表明体系均为具有最低共熔点的二元体系. LiOH-LiNO3、LiOH-LiCl、LiOH-Li2CO3及LiNO3-LiCl体系的最低共熔点分别为175.7、294.5、418.2及221.6 ℃. 利用低共熔混合物LiNO3-LiOH为锂盐与不同前驱体反应, 制备出了层状结构良好的锂离子电池正极材料LiNiO2、LiNi0.8Co0.2O2及LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2. X射线衍射分析表明, 合成的材料具有规整的层状NaFeO2结构, 且XRD衍射峰强度之比I(003)/I(104)>2.0, 电性能测试表明, 在2.7-4.3 V(vs Li/Li+)的电压范围内进行0.1C倍率充放电, LiNiO2、LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2首次充电比容量分别达168.0、225.4、194.0 mAh·g-1, 放电比容量分别为138.4、165.8、157.7 mAh·g-1.     

High-energy 'composite' layered manganese-rich cathode materials via controlling Li2MnO3 phase activation for lithium-ion batteries

The 'composite' layered materials for lithium-ion batteries have recently attracted great attention owing to their large discharge capacities. Here, the 0.5Li(2)MnO(3)·0.5LiMn(0.42)Ni(0.42)Co(0.16)O(2)'composite' layered manganese-rich material is prepared and characterized by the synchrotron X-ray powder diffraction (SXPD). The relationship between its electrochemical performance and its 'composite' components, the Li(2)MnO(3) phase activation process during cycling and the cycle stability of this material at room temperature are elucidated based on its kinetic controlled electrochemical properties, dQ/dV curves and Raman scattering spectroscopies associated with different initial charge-discharge current densities (5 mA g(-1), 20 mA g(-1) and 50 mA g(-1)), cut-off voltages (4.6 V and 4.8 V) and cycle numbers (50 cycles and 150 cycles). Furthermore, its reaction pathways are tracked via a firstly introduced integrated compositional phase diagram of four components, Li(2)MnO(3), LiMn(0.42)Ni(0.42)Co(0.16)O(2), MO(2) (M = Mn(1-α-β)Ni(α)Co(β); 0 ≤α≤ 5/12, 0 ≤β≤ 1/6) and LiMnO(2), which turns out to be a very important guiding tool for understanding and utilizing this 'composite' material.     

LiMn_2O_4中锂离子扩散系数与充/放电次数的关系

通过容量间歇滴定技术(CITT)对不同电压、不同循环次数下,锂离子在尖晶石LiMn_2O_4中的固相扩散系数进行了研究.结果表明,锂离子在尖晶石LiMn_2O_4正极材料中的固相扩散系数在3.95V和4.12V左右存在两个极小峰,随着循环次数的增加,这两个峰逐渐平坦,并且整体上固相扩散系数呈增大趋势,表明锂离子在LiMn_2O_4中重复脱/嵌时具有自我增强扩散的能力.     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2在LiNO_3溶液中的电化学性能研究

由溶胶凝胶法合成的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在水溶液体系中具有优异的高倍率充放电性能,放电时能够输出极高功率密度.XRD表征证明合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料具有层状α-NaFeO2结构,SEM形貌显示材料的粒径约为500nm,恒电流充放电测试表明LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在pH12的2mol·L-1LiNO3溶液中,以2C(0.36A/g)倍率充放时,比容量达到了147mAh/g.如以80C(14.4A/g)、150C(27A/g)和220C(39.6A/g)的倍率充放,材料的比容量仍可达到64mAh/g、33mAh/g和16mAh/g,而全电池的功率密度分别达到2574W/kg、3925W/kg、4967W/kg.其中80C倍率充放,经1000周循环后,容量保持率为90.9%.     

Li_3PO_4包覆LiMn_2O_4正极材料的结构表征和电化学性能

采用共沉淀法在尖晶石LiMn2O4颗粒表面包覆Li3PO4.XRD、SEM研究结果表明,包覆后的材料仍为尖晶石结构,粒径均匀.电化学性能测试表明,Li3PO4包覆层的存在,减少了正极材料与电解液的直接接触,抑制了高温下电解液对LiMn2O4材料的侵蚀,从而有效改善了高温下材料的循环性能.在40℃时,包覆样品的比容量衰减率都低于未包覆样品,其中包覆1%Li3PO4的样品的初始比容量为110.4mAh/g,50次循环后比容量为84.1mAh/g.     

尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌入脱出过程的电化学阻抗谱研究

运用电化学阻抗谱(EIS)研究了尖晶石LiMn2O4电极的首次充放电过程. 发现EIS谱高频区域拉长压扁的半圆是由两个半圆相互重叠而成的, 分别归属于与锂离子通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的迁移和与尖晶石LiMn2O4材料的电子电导率相关的特征. 通过选取适当的等效电路, 对实验所得的电化学阻抗谱数据进行拟合, 获得尖晶石LiMn2O4电极首次充放电过程中SEI膜电阻、电子电阻和电荷传递电阻等随电极极化电位变化的规律. 根据研究结果提出了嵌锂物理机制模型.     

LiMn2O4正极在高温下性能衰退现象的研究

采用恒流充放电方法测量了温度升高导致ＬｉＭｎ２Ｏ４正极容量衰减的情况。发现当环境温度上升到５０℃时,ＬｉＭｎ２Ｏ４电极出现严重的容量损失和性能衰退,充电态的电极受影响的程度最为严重。对电解液的原子发射和红外光谱分析,电极晶相结构Ｘ－射线衍射及循环伏安实验速增加,电解液出现催化氧化是导致容量不可逆衰砬的原因。采用富锂尖晶石材料是抑制ＬｉＭｎ２Ｏ４高温性能下降的一种有效方法。