C-LiFePO_4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能(英文)

通过低温溶剂热法和高温热处理技术合成了橄榄石结构的LiFePO4/carbon(C-LiFePO4)纳米材料.在此基础上,通过溶液共混法制备了一种新型的聚三苯胺(PTPAn)修饰包覆的C-LiFePO4复合锂离子电池正极材料(C-LiFePO4/PTPAn).利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)以及恒电流充放电等测试方法,考察PTPAn包覆量对C-LiFePO4/PTPAn复合正极材料性能的影响.结果表明:通过溶液共混法PTPAn能够致密地包覆在C-LiFePO4表面,形成一个有效的电子/离子传输通道从而有效提高CLiFePO4基复合材料的电化学活性.所有样品中C-LiFePO4/10%(w)PTPAn作为正极材料呈现出最佳的电化学性能,在0.1C倍率恒流充放电下材料首次放电比容量为154.5 mAh g-1,在10C高倍率恒流充放电下材料的放电比容量达到114.2 mAh g-1.当C-LiFePO4/PTPAn复合材料表面包覆的PTPAn含量进一步增加,复合材料的电化学性能出现下降的趋势.电化学阻抗测试表明PTPAn包覆层明显减小了C-LiFePO4电极的电荷转移电阻.     

不同碳源对多孔球形LiFePO4/C复合材料的影响

采用喷雾干燥-碳热还原法(SDCTM),分别研究了无机和有机碳源对锂离子正极材料LiFePO4/C形貌、结构及其充放电性能的影响。结果表明:以无机碳源炭黑制备的LiFePO4/C呈不规则球形,一次颗粒粒径在800nm左右,比表面积为2m2·g-1,0.1C放电比容量为107.3mAh·g-1。而以有机碳源制备的LiFePO4/C,其形貌较为规则,呈多孔球形结构,具有较高的比表面积和放电比容量。其中,以柠檬酸为碳源制备的多孔球形LiFePO4/C复合材料,其孔径均在50nm左右,比表面积可达32m2·g-1;在室温下,0.1C和10C首次放电比容量分别为158.8和87.2mAh·g-1,具有优异的循环性能和高倍率充放电性能。     

铝掺杂LiFePO4的表面成分结构及电化学性能研究

锂离子电池正极材料掺杂LiFePO4的报道已很多,而涉及掺杂LiFePO4的表面成分及结构的研究仍很少见.本文采用溶剂热法一步制得了表面富Al的LiFePO4正极材料.TEM测试证实LiFePO4的表面形成均匀的无定型包覆层;俄歇电子能谱和软X射线吸收谱均表明其表面的包覆层为部分Al替代Fe的LiFe1-x Alx PO4.表面富Al(x=0.02)的LiFePO4显示了较好的电化学倍率性能和低温性能,-10oC下充放电,电压范围2.2~4.2 V、0.1C倍率,电极的放电比容量为98 mAh·g-1,0.5C倍率放电比容量可达70 mAh·g-1.这归因于Al的加入改变了材料体相及表面的电子结构,增加了体相电子的传导及表面离子的传导.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

新型碳热还原法制备复合正极材料LiFePO4/C

以FePO4为前驱体,采用碳热还原法合成了复合正极材料LiFePO4/C。考察了煅烧温度、煅烧时间,碳含量等因素对LiFePO4组成和电化学的影响,结果表明,600℃煅烧24 h,碳含量为10%时,LiFePO4具有最佳的电化学性能,其首次放电容量为146 mAh.g-1,循环15次后容量还维持在141 mAh.g-1。     

碳包覆改性制备高倍率性能的锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用碳酸盐共沉淀-高温固相法制备了一系列表面碳包覆改性(w=1.0%,2.0%,3.0%)的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。结果表明,碳成功地包覆在了材料颗粒的表面,碳包覆改性后的材料具有良好的α-Na Fe O2结构(空间群:R3m),且随着包碳量的增加,一次颗粒平均尺寸逐渐增大(从177 nm增至209 nm)。表面的无定形碳层可以提高材料的电子导电率,减少电极材料与电解液的副反应,故而碳包覆材料的电化学性能都有了一定程度提升。包覆碳量为2.0%的样品高倍率和长循环性能最好,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,容量保持率为93%;在0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C和20C时的放电比容量分别为:155、148、145、138、127、116、104和96 m Ah·g-1。在超高倍率50C(9 A·g-1)时,其放电比容量还能达到62 m Ah·g-1(原始LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料仅为30 m Ah·g-1),倍率性能十分优异。     

粒径可控纳米LiFePO4/C的制备及其电化学性能研究

LiFePO4电极的倍率特性与材料的粒度和电子导电性有很大关系.采用共沉淀方法,调控预处理温度,将3种不同尺寸的FePO4前驱体通过表面修饰对-羟基苯甲酸的聚合物,可合成不同尺度的LiFePO4/C材料,分别为80 nm、200nm和1μm.纳米尺度LiFePO4-a/C电极,30C放电比容量达到了100 mAh·g-1,而微米级LiFePO4-c/C电极放电比容量仅为54mAh·g-1.均一碳包覆的LiFePO4/C电极表现出强抗氧化性,不仅提高其导电性,还可防止材料氧化.     

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.     

多元醇还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4

以三甘醇为还原剂,Li2CO3和三价铁源FePO4为原料,通过多元醇还原法在低于300℃下直接制备了结晶良好的纯相LiFePO4,无须后续热处理。0.1C首次放电比容量为140.5mAh·g-1。为了进一步改善纯相LiFePO4的电导率,以聚乙烯醇为碳源,在700℃下热处理进行了碳包覆改性,获得了LiFePO4/C复合正极材料。合成的LiFePO4/C在0.1C下放电容量为155mAh·g-1,5C倍率下放电比容量保持在125mAh·g-1,具有很好的倍率性能和循环稳定性。     

PEG分子量对LiFePO_4/C纳米复合正极材料结构与电化学性能的影响

以聚乙二醇(PEG)为纳米结构控制剂和碳源,采用液相法合成了纳米复合正极材料LiFePO4/C,其结构与电化学性能经XRD,SEM和恒电流充放电测试等表征。考察了4种不同分子量的PEG对LiFePO4/C晶型结构、粒径、形貌及充放电性能的影响。结果表明:随着PEG分子量的增大,LiFePO4/C的粒径减小、电导率增大、电化学性能提高。以PEG 4000合成的LiFePO4/C(Fd)的粒径小于50 nm,电导率为8.58×10-4S.cm-1,0.1C倍率下首次放电比容量高达165.8 mAh.g-1,循环20次后容量无衰减;1C倍率下,首次放电比容量为108.1 mAh.g-1,表明Fd具有优良的倍率性能。     

LiFePO4的制备、结构与电性能研究

应用高速球磨-高温固相反应法于不同煅烧温度(400~700℃)下合成L iFePO4锂离子电池正极材料,X-射线衍射、扫描电镜和恒电流充放电等测试表明,煅烧温度对合成的L iFePO4晶体结构、表观形貌以及电化学性能均有很大影响;经600℃煅烧得到的L iFePO4样品具有良好的充放电性能,以0.1C倍率充放电,首次放电比容量为128.8 mAh/g,第15次放电比容量为129.1 mAh/g,充放电效率在99.7%以上;其高温充放电性能亦佳.     

Zr4+离子掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的影响

应用固相反应法于惰性气氛下合成掺Zr的L iFePO4正极材料.考察Zr4+掺杂浓度对于目标化合物结构及其电化学性能的影响.XRD,交流阻抗和恒流充放电测试等实验表明,少量的Zr4+掺杂并未影响目标材料产物的结构,反而有利于降低L iFePO4电荷转移反应的阻抗,从而有利于克服该电极过程中的动力学限制.该正极材料表现出优良的倍率放电性能,在0.1C倍率下,L i0.99Zr0.01FePO4的首次放电比容量达135.6mAh.g-1.30次循环后,容量衰减仅3.8%.     

Nd3+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的改善

采用两步加热高温固相法合成了掺杂Nd3+的LiFe1-xNdxPO4/C复合材料(x=0,0.01,0.02,0.04,0.06,0.08).用TG-DSC对前驱体进行分析和SQUID(超导量子干涉仪)对样品中Fe3+的磁性测定,优化了合成工艺条件;采用XRD、FE-SEM、EDS等方法分析了样品的结构并对其电化学性能进行了测试.结果表明:LiFe1-xNdxPO4/C复合材料具有橄榄石型结构;当Nd3+的掺杂量6%(物质的量分数)、煅烧温度700℃、煅烧时间16h时,样品在0.2C(1C=170.0mA·g-1)电流密度下的最大放电比容量可达165.2mAh·g-1,循环100次后的容量保持率仍为92.8%,在1C、2C、5C下的最大放电比容量分别为146.8、125.7和114.8 mAh·g-1.通过测定样品在不同较低倍率下的放电比容量,采用外推法得出制备样品的实测理论比容量为168.7 mAh·g-1.     

Raising the capacity of lithium vanadium phosphate via anion and cation co-substitution

The pursuit for batteries with high specific energy provokes the research of high-voltage/capacity cathode materials with superior stability and safety as the alternative for lithium iron phosphate.Herein,using the sol-gel method,a lithium vanadium phosphate with higher average discharge voltage(3.8 V,vs.Li+/Li) was obtained from a single source for Mg2+ and Cl-co-substitution and uniform carbon coating,and a nearly theoretical capacity(130.1 mA h g^-1) and outstanding rate performance(25 C) are acquired together with splendid capacity retention(80%) after 650 cycles.This work reveals that the well-sized anion and cation substitution and uniform carbon coating are of both importance to accelerate kinetic performance in the context of nearly undisturbed crystal structure for other analogue materials.It is anticipated that the electrochemistry comprehension will shed light on preparing cathode materials with high energy density in the future.     

控制结晶-微波碳热还原法制备高密度LiFePO4/C

应用控制结晶法从溶液相制备球形FePO4.xH2O,再高温烧结得到FePO4前驱体,最后用微波碳热还原法合成高密度L iFePO4/C.由XRD和SEM表征该材料的结构、形貌,并测试其电化学性能.     

FeP nanoparticles derived from metal-organic frameworks/GO as high-performance anode material for lithium ion batteries

Double carbon coated Fe P composite(Fe P@NC@r GO)was in situ fabricated via the phosphorization process of the as-prepared Prussian blue@graphene oxide(PB@GO)precursor.The Fe P nanocrystals were successfully embedded in the nitrogen-doped porous carbon matrix.When used as the anode for lithium ion batteries(LIBs),the Fe P@NC@r GO anode shows superior lithium storage properties,delivering a high specific capacity of 830 m A h g~(-1)after 100 cycles at 100 m A g~(-1)and excellent rate capability of 359 m A h g~(-1)at 5 A g~(-1).The outstanding performance mainly ascribes to the synergistic effect of the double carbon coating and porous structure design.The introduction of porous carbon and graphene coating on Fe P nanoparticles greatly enhance the electronic conductivity of the active material and well accommodates the large volume variation of Fe P during the cycling process.     

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.     

有序介孔碳的微波快速合成和表面修饰及其负载性能

以低聚合度酚醛树脂为碳源、三嵌段共聚物F127(Mw=12600,PEO106PPO70PEO106)为模板导向剂,以微波辐照替代传统的烘箱热聚合,在常见功率下(400～800W)快速(15～60min)聚合,并高温碳化获得介孔碳。XRD、TEM、低温N2吸脱附等测试表明所得样品具有高度有序的介孔结构,比表面积和孔容分别可达614m2·g-1和0.47cm3·g-1。合成的介孔碳经NaBH4和胶体钯溶液两步修饰处理,表面被活化并沉积了Pd颗粒,导电性和亲水性均得到改善,载Pt的量和分散性明显提高,Pt/C催化剂的电化学活性面积由4m2·g-1增加到29m2·g-1。     

溶剂热法控制合成规则的LiFePO4颗粒

采用溶剂热法在H2O和异丙醇的混合溶剂中合成橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4). 场发射扫描电镜(FESEM)结果表明, LiFePO4产品的形貌与导电添加剂密切相关, 当改变导电添加剂的种类(蔗糖、碳黑和石墨)时, 分别得到了棒状和方块状的LiFePO4颗粒. TEM和选区电子衍射(SAED)的结果表明, 棒状的LiFePO4晶体沿着[201]方向取向生长. 取向机理可能在于添加剂对晶体生长的吸附阻止作用. 充放电测试表明, 溶剂热法合成的LiFePO4(添加蔗糖)具有145.2 mAh·g-1的可逆容量和良好的循环保持能力, 且表现出优良的倍率放电性能和高温特性, 其4C放电容量为98.1 mAh·g-1, 保持了0.1C容量的67.6%, 且放电电压平台仍保持在3.12 V(vs Li/Li+).     

Effect of Precursor Drying Process on the Properties of LiFePO4/C Composite with Low Carbon Content

<正>Properties of two LiFePO_4/C composites with low carbon content synthesized from precursors dried by spray drying and blast drying are investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy and electrochemical measurements. The two samples have a different morphology and particle size, while the structure of LiFePO_4 is unaffected. The LiFePO_4/C composite prepared from the precursor dried by blast drying has a much lower surface resistance and a much better rate capability because the deposited carbon is more graphite-like and more conductive. The cycling performance is also much better for the LiFePO_4/C composite prepared from the precursor dried by blast drying because only a slight impedance growth is involved upon cycling. These results suggest that the precursor drying process has a significant impact on the properties of LiFePO_4/C composite, and its effect is highly dependent on the carbon content.