喷雾干燥法制备Li_(1.2)Mn_(0.4+x)Ni_xCr_(0.4-2x)O_2及其结构与电化学特征

利用喷雾干燥法合成了富锂三元正极材料Li1.2Mn0.4+xNixCr0.4-2xO2(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,以下简称为SD1~SD5),并利用XRD,XPS,ICP,TEM,SEM等手段对材料进行结构,元素价态,形貌及电化学性能等方面的表征。SD1~SD5系列样品都具有层状结构,其所含的Cr元素为Cr6+和Cr3+共存,而Ni元素价态为+2.5价,Mn元素为+4价。SD1~SD4样品中由于存在非晶态的Li2CrO4,导致样品表现出强烈的吸湿性。这个问题可通过水洗处理来解决,且水洗处理对于改善该系列材料的电化学性能有明显的效果。SD1~SD5系列样品中,SD1与SD4样品电化学性能较好,以20 mA.g-1的放电电流密度,在4.8~2.0 V电压区间内,首次放电比容量分别为247和220 mA.h.g-1,经过20次充放电循环后,容量保持率分别为73%和78%。高温条件下SD1和SD4样品的首次放电比容量分别增大为256和237 mA.h.g-1,经过20次充放电循环后容量保持率分别为83%和99%。将充放电电压扩展为5.0~2.0 V时,SD4样品首次放电比容量可以达到307 mA.h.g-1。     

不同组分下富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(x=0.1-0.8)的晶体结构与电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列富锂锰基正极材料xLi2MnO3?(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2(x=0.1-0.8),通过X射线衍射(XRD)仪,扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同组分下富锂材料的结构与电化学性能.结果表明:Li2MnO3组分含量较高时,材料的首次放电容量较高,但循环稳定性较差;该组分含量较少时,所得样品中出现尖晶石杂相,且放电容量较低,但循环稳定性较好;综合来看,x=0.5时材料的电化学性能最优.x=0.4,0.6时材料也表现出了较好的电化学性能,值得关注.     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的酸浸改性研究

为提高锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的首次充放电效率,对固相法合成的该材料进行了酸浸的改性研究。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构、形貌进行了表征。结果表明,Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2经过酸处理后,首次放电效率得到了较大的提高,但是放电中值电压明显下降。其中,0.5 mol.L-1的硝酸浸泡5 h的效果最佳,首次放电效率达到了86.7%,同时放电容量达到最大值的循环次数大大减少。酸浸改性的原因被归结于材料表面出现了富锂尖晶石结构Li4Mn5O12相。     

锂离子电池富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=1/5, 1/4, 1/3)的合成及电化学性能

通过共沉淀法制备了M(OH)2(M=Mn, Ni)前驱体, 并与LiOH混合, 合成了锂离子电池富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2, 采用XRD、SEM和充放电实验对其进行表征. 研究结果表明, Li, Ni, Mn原子在M层中呈有序分布, 形成超结构; 富锂正极材料由亚微米的一次粒子团聚组成1~3 μm颗粒; 在2.0~4.8 V电位范围内, 充放电电流密度为10 mA/g时, 富锂正极材料表现出很高的可逆比容量, 达到200~240 mA·h/g, 同时具有良好的循环可逆性能.     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)Zr_xO_2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06).通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安(CV)及电化学交流阻抗谱(EIS)技术对其电化学性能进行测试.结果表明,Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06)正极材料均具有α-NaFeO2型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C(充放电电流以1.0C=180 mA·g-1计算)倍率充放电进行测试,样品Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2的首次放电比容量分别为280.3和206.4 mAh·g-1.其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g-1.在50、25和-10°C,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在-10°C经过50次循环后正极材料Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

正极材料Li_(0.99)Nb_(0.01)Fe_(1-x)Mg_xPO_4/C的制备及电化学性能的研究

采用两步固相反应合成了锂、铁双位掺杂的锂离子电池正极材料Li0.99Nb0.01Fe1-xMgxPO4/C(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及恒电流充放电测试,研究了复合材料的晶体结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明,制备的Li0.99Nb0.01Fe1-xMgxPO4/C(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)为纯相,掺杂适量的Nb5+、Mg2+离子可减小材料的晶粒尺寸,当Nb离子掺杂量为1mol%、Mg离子掺杂量为3mol%时,Li0.99Nb0.01Fe0.97Mg0.03PO4/C的电化学性能最佳。室温下,0.2C、1C、2C、4C(1C=170mA·g-1)倍率充放电其首次放电比容量分别为153.7、149.7、144.6、126.4mAh·g-1,即使在8C倍率下放电其放电比容量也有92.2mAh·g-1,并表现出良好的循环性能。     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构,形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

xLi[Li1/3Mn2/3]O2-(1-x)LiNi5/12Mn5/12Co2/12O2(0≤x≤0.8)的结构与电化学性能

采用喷雾干燥法制备了xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)系列富锂层状固溶体正极材料, 并通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗测试(EIS)以及充放电测试等多种手段研究了样品组分中Li₂MnO₃ 含量变化对材料结构及电化学性能的影响.研究发现, 材料的微观结构随着Li₂MnO₃含量的增加而逐渐发生转变.当x≤0.2时, 样品的微观结构与其母体材料LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂相似; 而当x≥0.4时, 样品的微观结构与Li₂MnO₃有很高的相似性.当x=0.3时, 材料表现出两相共存的特征.HRTEM结果显示, 随着Li₂MnO₃含量的增加, 样品中过渡金属原子的排列逐渐由长程有序转变为长程无序而短程有序, 并且在高Li₂MnO₃含量的样品中观察到了金属阳离子混排的现象.充放电测试结果表明, 当x≤0.6时, 材料的放电比容量随着x的增加而增加; 当x>0.6时, 其放电比容量则随着x的增加而下降; 当x=0.6时, 放电比容量最高, 室温及高温(50℃)下分别为260 和304 mA·h/g.EIS研究结果表明, 这种微观结构上由有序向无序的转变会导致材料电荷转移阻抗的增加, 进而影响材料的电化学性能.     

富锂锰基层状正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2·0.4LiNi_xMn_yCo_(1-x-y)O_2(x<0.6,y>0)的制备及性能研究

采用碳酸盐共沉淀法合成出前驱体,然后通过高温固相法制备了富锂锰基材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4Li NixMnyCo1-x-yO2(x0.6,y0).使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及电化学方法等手段进行了表征.高温原位XRD测试结果表明,随着温度和Ni含量增加,材料的晶胞参数发生较大变化,温度达800 o C时,高Ni组成的材料阳离子混排现象严重,并伴有尖晶石相生成.电性能测试结果表明,在充放电电压为2.0~4.6 V、电流密度20m A·g-1条件下,低Ni含量材料表现出较好的电化学性能,首周放电容量达260.1 m Ah·g-1,首次效率为83.2%,经过50次循环后放电容量保持率高达99.7%,且在电池循环过程中,放电电压平台下降较少.     

改性Pechini方法合成富锂正极材料Li[Li(1/3－x/3)CoxMn(2/3－2x/3)]O2及性能研究

通过改性Pechini方法合成不同Co含量的富锂正极材料Li[Li_(1/3－x/3)Co_xMn_(2/3－x/3)]O₂ (x＝0.4, 0.5, 0.6). XRD研究结果表明, 不同Co含量的富锂正极材料均具有良好的层状结构, 结晶度高. 电化学测试结果表明材料的初始容量随Co含量的增加而增加, 在200～220 mAh/g之间. 其中x＝0.4材料的循环性能最佳, 在0.5 C (100 mA/g)时, 循环50次后的容量保持率为75%. 容量微分曲线研究结果表明在3.5 V以下出现了Mn^4＋/Mn^3＋的还原峰, 并随循环次数的增加峰面积加大. 循环过程的XRD研究表明, 随着充放电次数的增加, 富锂正极材料的层状结构逐渐向尖晶石相转变, 且有杂质相MO_x (M＝Co, Mn)生成, 导致容量衰减.     

钛离子掺杂对LiFe0.6Mn0.4PO4/C 电化学性能的影响

采用固相法合成了钛离子掺杂LiFe0.6Mn0.4PO4/C正极材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学测试,对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:钛离子掺杂未影响材料的晶型结构,但显著改善了材料的电化学性能;Li(Fe0.6Mn0.4)0.96Ti0.02PO4/C材料表现出优异的倍率性能,0.1C倍率下其比容量为160.3mAh.g-1;在10C倍率下,比容量为134.7mAh.g-1;特别是在20C高倍率下仍然具有124.4mAh.g-1的放电比容量.电化学交流阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)测试结果说明,通过钛离子掺杂导致材料阻抗和极化的减少是材料倍率性能改善的主要原因.     

Na+掺杂锂离子电池正极材料LiNi0.6 Co0.2 Mn0.2 O2的制备及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法制备了钠掺杂改性的Li_0.98Na_0.02Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料,借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量分散谱（EDS）、感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电测试等手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了研究.结果表明,掺钠后的材料具有更完善的α-NaFeO₂结构（空间群为+/Ni²⁺阳离子混排和更大的Li层间距,易于Li⁺在晶格中的快速脱嵌迁移.电化学性能测试结果证实掺钠样品具有优异的循环稳定性和高倍率性能,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,放电比容量仍为146 mA·h/g（容量保持率为95.4%）,在0.1C,0.2C,0.5C,1C,3C,5C,10C和20C时的放电比容量分别为181,168,162,155,143,136,126和113 mA·h/g.     

Er3+和Ce3+/Ce4+掺杂β-BaB2O4纳米棒的制备、结构与发光性质

以Ba(NO3)2、NaBH4、Er2O3和CeO2为原料, 在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂辅助下, 采用水热法制备了β-BaB2O4 (β-BBO)纳米棒, 稀土离子Er3+单掺杂的β-BBO(β-BBO:Er3+)及Er3+和Ce3+/Ce4+共掺杂的β-BBO(β-BBO:Er3+/Ce3+/Ce4+)纳米棒. 通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)光谱分别对样品的物相、结构、形貌、成分及光致发光性质进行了表征. 研究结果表明: 微量稀土离子掺杂并不改变β-BBO的结构, 制得的纳米棒尺寸均匀, 长度在200-500 nm 之间, 直径在10-20 nm 之间; β-BBO:Er3+和β-BBO:Er3+/Ce3+/Ce4+纳米棒在400nm光激发下, 在可见光范围内都观察到中心波长为515和542 nm的绿光. 对发光机理的初步研究表明: 发光分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2跃迁, 铈离子以Ce3+和Ce4+两种形式存在于体系中, Ce3+对Er3+起敏化作用, 可以显著增强β-BBO:Er3+/Ce3+/Ce4+纳米棒的发光强度, 存在Ce3+→Er3+的能量传递过程.     

Structural properties and magnetic interactions in Al3+ and Cr3+ co-substituted CoFe2O4 ferrite

A series of CoAl_xCr_xFe_2−2xO₄ systems (x = 0.1 to 0.5 in steps of x = 0.1) spinel ferrites have been synthesized successfully using wet chemical co-precipitation technique. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR) and magnetization measurements. The powder XRD patterns confirm the single phase spinel structure for the materials synthesized. X -ray diffraction measurements were performed to yield the lattice constant as function of the amount x corresponding to Al-Cr substitution. Lattice parameters, X-ray density, bulk density and particle size decrease whereas porosity increases with the increase in Al-Cr content, ‘x’. Infrared studies show two absorption bands at about 400 cm⁻¹ and 600 cm⁻¹ for octahedral and tetrahedral sites, respectively. Saturation magnetization decreases with the increase in Al-Cr content x. AC magnetic susceptibility measurements were carried out as a function of temperature to measure the Curie temperature, which was found to decrease with Al-Cr content x. The decrease of Curie temperature has been explained by A-B interaction.      

高能量密度LiMn0.6Fe0.4PO4/C的制备及其电化学性能

以Mn(NO_3)_2、Fe(NO_3)_3·9H_2O、NH_4H_2PO_4、LiOH·H_2O为原材料,采用改进的溶胶凝胶法制备了具有高能量密度的Li Mn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料。该方法通过金属和多种配体配位构筑的框架,把得到的一次纳米颗粒构筑为类球形的二次颗粒,即发挥了纳米材料优异的电化学性能,又提高了材料的压实密度,电池的能量密度可提升约30%。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗谱(EIS)、振实密度、粒度以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了较系统的研究,结果表明此方法制备的LiMn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料不仅具有较高的振实密度和电压平台,还具有优异的电化学性能:振实密度为1.3 g·cm~(-3),且在1C倍率下,放电中值电压为3.85 V,100次循环后,比容量仍有142.3 mAh·g~(-1),容量保持率为99.4%。     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的改性研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成了Li2Fe1-xMnxSiO4/C(x=0, 1/4, 1/3, 1/2)复合材料. 用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征. 通过恒流充放电对材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 在室温、1.5~4.8 V电压范围内, 于C/16倍率下进行充放电测试时, Li2Fe3/4Mn1/4SiO4/C具有较高的首次放电比容量(201.0 mA·h/g), 具有良好的电化学性能.     

单斜Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备及其电化学性能

以LiOH·H2O、V2O5、H3PO4和蔗糖为原料,采用软化学法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对产物的结构和形貌进行表征,采用恒电流充放电、电化学阻抗考察了产物的电化学性能.结果表明.当煅烧温度达到700℃时,杂质相衍射峰消失,所得的样品为纯相的单斜Li3V2(PO4)3.颗粒粒度为1～2 μm;在3.0～4.5 V电压范围内以0.2C倍率充放电,首次放电比容量达到148.2 mAh·g-1,第50次循环比容量仍为144 mAh·g-1,容量保持率为97%,具有良好的循环性能;另外,样品还具有很好的倍率性能和高温性能.     

V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03M0.10 (M=Cr,Co, Fe,Nb, Ta)储氢合金的微结构及电化学性能

采用磁悬浮感应熔炼方法制备了V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03M0.10(M=Cr, Co, Fe, Nb, Ta)储氢电极合金, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子衍射能谱(EDS)分析和电化学测试等手段系统研究了添加元素M对合金微结构与电化学性能的影响. 结果表明, 所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和C14型Laves第二相组成, 且第二相沿主相晶界形成三维网状分布; Cr、Nb 和Ta元素主要分布在合金主相中, 而Co和Fe元素主要分布在第二相中. 电化学性能测试表明, 在V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03合金中掺加Cr、Co、Fe、Nb或Ta元素后, 虽然会降低最大放电容量, 但能有效抑制合金中V和Ti的腐蚀溶出, 提高电极充放电循环稳定性; 同时还能明显改善合金的高倍率放电性能. 相比之下, V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03Cr0.10合金具有最佳的综合电化学性能.     

Li_(1-x)M_xFePO_4阴极材料的合成和电化学性能

应用聚丙烯酸盐热解法合成掺杂Cr3+或Mg2+、Mn2+、Ni2+的LiFePO4正极材料,研究掺杂离子对目标化合物电化学性质的影响.XRD和SEM实验表明,该材料微米级颗粒是由约200nm的粒子团聚而成的,具有橄榄石型结构,且未出现杂质相.电化学测试表明,掺Cr3+的LiFePO4在高倍率(3C)放电下的首周放电容量为97mAh/g,相当于0.15C率容量的66%,其循环性能优异,充分显示离子掺杂能显著改善材料的高倍率放电性能和循环性能.