锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料, 应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料. X射线衍射技术(XRD)及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术(SEM)、综合热分析(TG-DSC)表征结果和电化学测试结果表明, 该材料具有单一层状结构, 颗粒大小均匀, 热稳定性好, 首次放电比容量高达208.7 mA·h/g(2.0-4.6V, 0.1 C), 电化学性能优异. 非原位(ex situ)XRD测定结果表明, 材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减.     

一维纳米结构MnO2的微波合成及其电化学性能

以在水热条件下合成的纳米结构γ-MnOOH为前驱物, 以K2S2O8为氧化剂, 采用单模式微波加热法制备出一维纳米结构MnO2. 采用XRD和TEM等手段对样品进行了表征. 以在100 ℃下水热合成的γ-MnOOH纳米纤维为前驱物时, 制得α-MnO2纳米纤维; 以在150 ℃下水热合成的γ-MnOOH纳米棒为前驱物时, 制得β-MnO2纳米棒. 分别用α-MnO2纳米纤维和β-MnO2纳米棒作为Li/MnO2电池的正极材料进行恒电流放电实验, 研究结果显示, α-MnO2纳米纤维的放电容量为270.23 mA·h/g, β-MnO2纳米棒的放电容量为186.66 mA·h/g.     

快离子导体Li3V2(PO4)3包覆LiFePO4的结构和性能

通过机械活化将快离子导体Li3 V2(PO4)3包覆在LiFePO4 表面, 制备了性能优异的复合正极材料9LiFePO4@Li3 V2(PO4)3. 用XRD, SEM, HRTEM, EDS和电化学测试等手段研究了材料的物理化学性能. 结果表明, 包覆后的材料含有橄榄石结构的LiFePO4、单斜晶系的Li3 V2(PO4)3 和正交晶系的Li3 PO4; LiFePO4颗粒表面包覆了一层Li3 V2(PO4)3, 且部分V3+进入LiFePO4晶格内部, 使其晶格参数减小, 包覆后的LiFePO4的交换电流密度和锂离子扩散系数均提高了1个数量级. 电化学测试结果表明, 包覆后的LiFePO4的倍率性能及循环性能都得到显著改善, 在1C和2C倍率下, 包覆后的LiFePO4的首次放电比容量较包覆前分别提高了34.09%和78.97%, 经150次循环后容量保持率分别提高了27.77%和65.54%; 并且5C时容量为121.379 mA·h/g(包覆前LiFePO4在5C下几乎没有容量), 循环350次后的容量保持率高达94.03%.     

微波-固相复合加热技术合成LiNi0.5Co0.5O2及其性能研究

用高分子分散及微波-固相复合加热技术合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2. 采用循环伏安、充放电循环、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线粉末衍射(XRD)等测试技术, 研究了煅烧条件对材料微观形貌、相结构以及电化学性能的影响规律. 研究结果表明: 在750 ℃煅烧4 h即可得到形状为类球形的纯相层状LiNi0.5Co0.5O2正极材料, 该材料的最大放电容量达到154 mA·h/g, 循环10周后放电容量仍保持在148 mA·h/g以上.     

采用新颖喷墨打印技术制备的薄膜LiCoO2电极及其电化学性能

采用喷墨打印技术制备了LiCoO2薄膜电极. 用X射线衍射、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒电流充放电试验对薄膜电极进行结构表征和电化学性能测试. SEM结果表明, 所制备的薄膜电极表面粒子分布均匀, 厚度约为1.27 μm. 经过轻微热处理(450 ℃, 30 min)的薄膜LiCoO2电极呈现出稳定的充放电循环性能. 当以20 μA/cm2进行充放电时, 第50次循环容量保持率约为首次放电容量(81 mA·h/g)的87%, 10次循环后的充放电过程的充放电效率均接近100％.     

掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4

采用固相法合成LiFePO4和掺碳的LiFePO4,并对不同掺碳量的LiFePO4进行电化学性能测试,室温条件下,在0.1 C倍率下充放电,样品d(ωC=8.5%)的初始放电容量为151.7 mA·h/g.10次循环后,其放电比容量仍有149.5 mA·h/g,容量损失较小.这表明,在合适的制备工艺条件下,掺碳能获得结构稳定、电化学性能良好的锂离子电池正极材料LiFePO4.     

基于聚乙烯醇/Fe2O3纳米颗粒的纤维素酶固定化

以聚乙烯醇/Fe2O3磁性纳米颗粒为纤维素酶固定化载体, 通过反复冻融的方法成功地实现了纤维素酶固定化. 采用透射电镜、红外光谱仪、振动样品磁强度计对固定化酶复合体进行了表征, 结果显示, 固定化酶复合体为大小约1 μm的微凝胶团, 内含10 nm左右的Fe2O3纳米颗粒. 研究影响固定化因素后发现, 当pH为6, 固定化时间为11 h, 纤维素酶/PVA质量比为4, PVA/Fe质量比为50时, 固定化纤维素酶效果最好. 通过该方法固定后酶活回收率达42%, 酶水解效率显著提高, 经过5次反应后的固定化酶相对酶活力保留50%以上. 因此, 基于聚乙烯醇/Fe2O3纳米颗粒的纤维素酶固定有利于酶的循环使用并显著提高酶的使用效率, 是一种有效固定化纤维素酶的新方法.     

新型锂离子电池正极材料Li0.86V0.8O2的水热合成及性质

采用两步反应制备了新型锂离子电池正极材料Li0.86V0.8O2. 该材料具有六方层状结构, 空间群为R3m. 研究了在水热条件下溶液的碱度对于钒酸锂盐形成的影响, 在低碱度的条件下, 前驱体V2O3和LiOH·H2O并未发生反应, 只有在碱度达到2.5 mol/L时, 才能形成单相的Li0.86V0.8O2材料. X射线光电子能谱分析发现, V2p的结合能位于516.4 和523.1 eV, 分别对应于四价钒离子的V2p3/2 和V2p1/2, 这说明在Li0.86V0.8O2中V离子主要价位为+4价. 在电流密度为7.4 mA/g的充放电中, Li0.86V0.8O2初始充电容量达到163 mA·h/g, 首次放电容量也能达到113 mA·h/g, 20次循环后放电容量仍然可以达到80 mA·h/g, 表现出较好的循环性能.     

复合物LiFePO4/CaB6的结构与性能研究

采用固相法合成了纯的LiFePO4, 并通过两种不同的方法合成了不同CaB6含量的复合物LiFePO4/CaB6. 对这些产物进行了粒度、形貌、电导率、振实密度、X射线衍射和充放电性能的研究. 实验结果表明, CaB6的掺入虽然没有明显地提高产物的比容量, 但却显著地增加了产物的振实密度和电导率. 第二种方法合成的产物性能更好, 其电导率提高了5个数量级, 振实密度提高了65%.     

掺杂Mn对CeO2-ZrO2-Al2O3材料性质的影响

采用共沉淀法制备了一系列Mn掺杂摩尔分数为0～5%的CeO2-ZrO2-Al2O3(CZA)复合氧化物, 并采用BET, OSC, XRD, XPS, H2-TPR等方法对所制备的材料进行了表征. 结果表明, 所制备的材料均形成了稳定的CZA固溶体, 尤其是Mn掺杂0.5%的材料在600和1000 ℃焙烧后均表现出最好的织构性能. OSC和H2-TPR的结果表明, Mn掺杂量≤1%时, 氧在材料中的体相移动是材料储氧和被还原的速控步骤, 并且Mn的掺杂量为0.2%时, 储氧量最大, 材料的还原温度也最低; Mn掺杂量>1%时, Mn物种对材料储氧和被还原的作用显著. XPS结果表明, Mn在焙烧过程中会迁移向表面, 结合H2-TPR结果可知, 新鲜样品表面的MnOx物种主要为Mn2O3, 而老化样品主要为Mn3O4.     

新方法合成LiFePO4/C

以Fe(NO3)3·9H2O、LiNO3、NH4H2PO4和蔗糖为原料,在超临界CO2流体中反应合成,进而经二次焙烧制得LiFePO4/C。 结果表明,在超临界CO2流体中经50 ℃反应24 h,在350和600 ℃焙烧后制得粒径分布在0.5~1.0 μm的纯LiFePO4/C,该材料作为锂离子电池正极的放电比容量达156.6 mA·h/g,经50次循环后容量几乎没有衰减。     

Hexagonal FeNi2Se4@C Nanoflakes as High Performance Anode Materials for Sodium-ion Batteries

Metal selenides have drawn significant attention as promising anode materials for sodium-ion batteries(SIBs)owing to their high electronic conductivity and reversible capacity.Herein,hexagonal FeNi2Se4@C nanoflakes were synthesized via a facile one-step hydrothermal method.They deliver a reversible capacity of 480.7 mA·h/g at 500 mA/g and a high initial Coulombic efficiency of 87.8%.Furthermore,a discharge capacity of 444.8 mA·h/g can be achieved at 1000 mA/g after 180 cycles.The sodium storage mechanism of FeNi2Se4@C is uncovered.In the discharge process,Fe and Ni nanoparticles are generated and distributed in Na2Se matrix homogeneously.In the charge process,FeNi2Se4 phase is formed reversibly.The reversible phase conversion of FeNi2Se4@C during cycling is responsible for the excellent electrochemical performance and enables FeNi2Se4@C nanoflakes promising anode materials for SIBs.     

NiCo_2O_4@C纳米复合材料的水热合成及电化学储锂性能

采用一步水热法合成了棒状NiCo_2O_4前驱体,并通过调节水热反应过程中碳源(葡萄糖)的加入量以及后续热处理条件(气氛、温度)得到了一系列不同的NiCo_2O_4及NiCo_2O_4@C产物,并对这些产物的结构、形貌及电化学储锂性能进行了测试.结果表明,适当的葡萄糖加入量(0.5 g)配合合理的煅烧条件(400℃,氮气气氛)可以获得倍率性能和循环稳定性兼具的NiCo_2O_4@C纳米复合材料.在100 m A/g的电流密度下,该材料的首次充/放电比容量为634.1/767.2 m A·h/g,对应的库仑效率为82.7%,5周后的放电比容量为650.1 m A·h/g,容量保持率为84.74%,且在300 m A/g的高电流密度下可逆比容量仍可保持在225.9m A·h/g.     

固相-碳热还原法制备高密度LiFePO4/C复合材料及其电化学性能

以无机Fe2O3和有机柠檬酸铁(FeC6H5O7·5H2O)两种价廉的三价铁化合物为铁源, 利用柠檬酸铁中的柠檬酸根为碳源和还原剂, 通过固相-碳热还原法成功制备了高密度LiFePO4/C复合材料. 采用热重与差示扫描量热法研究了反应历程, 并利用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度分布仪、振实密度测试仪和恒流充放电技术对材料的微观结构和物理化学性能进行了表征. 研究结果表明, 在700 ℃下焙烧制备的材料结晶良好、粒径大小适中, 具有优良的电化学性能和较高的振实密度. 该材料在17 mA·g-1电流密度下充放电可以得到129 mAh·g-1的首次放电比容量, 20周循环后比容量基本无衰减. 其晶粒由纳米颗粒和微米颗粒组成, 呈多峰的粒径分布, 振实密度达1.41 g·cm-3.     

Mg-Fe-Ni非晶储氢电极材料的微结构和电化学性能

采用XRD、SEM、电化学测试等方法研究了机械球磨合成的Mg-Fe-Ni非晶储氢电极材料的微结构和电化学储氢性能. 结果表明, 镁含量和镍粉添加量对复合物的电化学性能有显著影响. 对于(xMg+Fe)+200% (质量分数, 余同)Ni (x=2、3) 复合物, 随Mg含量增加, 最大放电容量增大. 当x=2、3时复合物的最大放电容量分别为391.9、480.8 mA•h•g^-1. 无镍的(3Mg+Fe)复合物最大放电容量仅为23.8 mA•h•g^-1；对于(3Mg+Fe)+y% Ni (y=0、50、100、200), 随着镍添加量的增加, 球磨120 h合成复合物的最大放电容量先增加后减小,并在y=100时达到最高值519.5 mA•h•g^-1. 微结构分析表明,无镍的Mg-Fe复合物经120 h球磨后仍为Mg和Fe两个单相混合组织, 无新相产生, 而加入镍粉有助于Mg-Fe非晶相的形成, Ni还起到良好的表面电催化作用, 改善了非晶Mg-Fe-Ni复合物的电化学性能.     

焙烧温度对合成LiFePO4的产物组成和电化学性能的影响

以FePO4为前驱体, 采用碳热还原法合成了LiFePO4/C复合正极材料; 通过TG-DTA、FTIR、XRD 等技术研究了反应历程, 分析了不同焙烧温度下产物的组成及杂相存在的原因, 并测试了其电化学性能. 研究表明, 300 ℃下LiFePO4已作为主要的相存在, 显示了较低的成相温度; 300、400、500 ℃下样品中存在一定量的杂相Li3PO4和Fe2O3, 600 ℃得到纯相的LiFePO4, 而在700 ℃下出现了焦磷酸盐Li4P2O7, 这些杂相的存在影响了其电化学性能, 600 ℃样品具有最佳的电化学性能, 其在0.1C下首次放电容量达146 mAh·g-1, 循环15 次后容量还保持为141 mAh·g-1.     

复合掺杂改性的尖晶石LiMn1.98Cr0.02O4-yCly的研究

采用改进的高温固相法合成了阴阳离子复合掺杂改性的锂离子电池尖晶石结构正极材料LiMn1.98Cr0.02O4-yCly(y=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.10). 采用X射线衍射手段对材料的晶体结构进行了表征. 从材料的晶体结构、充放电容量、循环性能和倍率放电特性等方面分析了复合掺杂在稳定晶体结构和改善材料电化学性能方面的作用. 实验结果表明, 由于复合掺杂的综合作用, 改性后的材料既保持了高的初始容量, 又具有优良的循环性能, 倍率放电性能也得到了有效的改善. 其中LiMn1.98Cr0.02O3.96Cl0.04的综合性能最优, 初始放电比容量达到127 mA·h/g以上, 循环50次后仍有110 mA·h/g的放电比容量.     

纳米锡锌复合氧化物贮锂材料的合成和性质

用液相沉淀-热解法合成了一系列结构和组成不同的锂离子电池纳米锡锌复合氧化物贮锂材料, 通过XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征. 测试结果表明, 非晶态ZnSnO3负极材料的初始可逆贮锂容量为844 mA·h/g, ZnO·SnO2负极材料的初始可逆贮锂容量为845 mA·h/g, SnO2·Zn2SnO4复合物负极材料初始可逆贮锂容量为758 mA·h/g, 循环10周后, 三者的充电容量分别为695, 508和455 mA·h/g, 表明非晶态结构的锡锌复合氧化物具有较好的电化学性质, 随着样品中晶体的形成, 该类型负极材料的贮锂性能下降.     

石墨烯掺杂LiFePO4电极材料的合成及其电化学性能

采用水热辅助法合成石墨烯改性的LiFePO4多孔微球电极材料.并对材料进行了X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,充放电等表征.从结果可以看出在2 mol·L-1LiNO3电解液体系中单纯包碳的LiFePO4微球在1C、50C倍率时的比容量分别为137、64 mAh·g-1,而石墨烯改性的LiFePO4微球的比容量分别为141、105 mAh·g-1,表现出较好的倍率特性.恒流循环充放电测试60次后两种材料容量保持率分别为70.2％、83.7％.说明掺杂石墨烯构成的三维导电网络能明显改善LiFePO4的电化学性能.