LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料及其电池

层状嵌锂多元过渡金属氧化物具有比容量高、循环性能好、价格便宜、环境友好等优点，是近年来国内外能源界研究热点之一。其中，Ni、Co、Mn三元复合体系（LiNixCo1-x-yMnyO2）安全性能十分优良，在中小型储能和动力电池方面有着广阔的应用前景，广受学术和产业界的关注。     

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.     

恒定磁场(0.4 T)对聚苯胺微观取向结构的影响

在恒定磁场(0.4 T)条件下, 采用乳液聚合法合成了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺(PAn), 并通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、电导率、产物复合膜电阻率的各向异性, 以及产物间甲酚(m-cresol)溶液的电导率在外电场作用下变化的分析与表征, 系统研究了磁场对PAn的微观取向结构及其性能的影响. 实验结果表明, 与无磁场条件下制备的聚苯胺(PAn_-O)相比, 磁场条件下制备的聚苯胺(PAn_-M)具有更高的结晶度和明显的微观取向结构, 其微粒有序排列和堆砌成了许多具有一定长/径比的条状聚集体; PAn_-M/PVA(聚乙烯醇)复合膜经磁化成膜, 可以表现出明显的导电性能的各向异性; PAn_-M/m-cresol溶液的电导率, 在有、无外场(电场)作用下存在明显的突变. 分析认为: 由于磁场条件下制备的PAn粉末存在着微观取向和显著的抗磁磁化率的各向异性, 在外磁场作用下其堆砌方式会进一步演变成宏观的取向, 随之表现出物理性能上的各向异性.     

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.     

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%。     

V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux（x=0-0.12）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V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux(x=0-0.12)储氢合金,经XRD、SEM、EDS和电化学测试等系统研究了Cu添加量对合金微结构及电化学性能的影响.结果表明,所有合金均由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;合金主相和第二相的晶胞体积均随着Cu含量x的增加而增大.电化学性能测试表明,添加适量(x=0.03-0.06)的Cu可以提高合金的最大放电容量,并对活化性能基本没有影响:而过高的Cu添加量(x≥0.09)会降低合金的放电容量.此外,添加Cu可使合金的高倍率放电性能得到明显改善,充放电循环稳定性有所提高.在所研究的合金样品中,V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03合金具有最佳的综合性能.     

V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux(x=0-0.12)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V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux (x=0-0.12)储氢合金, 经XRD、SEM、EDS和电化学测试等系统研究了Cu添加量对合金微结构及电化学性能的影响. 结果表明, 所有合金均由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; 合金主相和第二相的晶胞体积均随着Cu含量x的增加而增大. 电化学性能测试表明, 添加适量(x=0.03-0.06)的Cu可以提高合金的最大放电容量, 并对活化性能基本没有影响; 而过高的Cu添加量(x≥0.09)会降低合金的放电容量. 此外, 添加Cu可使合金的高倍率放电性能得到明显改善, 充放电循环稳定性有所提高. 在所研究的合金样品中, V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03合金具有最佳的综合性能.     

低钴LaNi4.5Co0.4-xAl0.1+x储氢合金的相结构和电极性能

采用XRD,SEM等材料分析方法及恒电流充放电、线性极化等电化学测试技术研究了低钴LaNi4.5Co0.4-xAl0.1+x(x=0.00～0.30)储氢合金的电极性能。XRD分析表明:合金均为单一CaCu5型六方结构的LaNi5相结构,随着合金中Al含量的增加,其晶胞参数a和c及晶胞体积都显著增加。301 K时模拟电池测试结果表明:x=0.00时,合金电极具有最佳自放电性能;x=0.15时,合金电极的循环稳定性能最好,其高倍率放电性能达到70.21%(放电电流密度为1800 mA.g-1)。当0.10≤x≤0.15时,Al替代Co能改善AB5型低钴储氢合金的循环稳定性能和高倍率放电性能。     

氧化钛包覆对LiCo0.2Ni0.4Mn0.4O2结构和性能的影响

采用SEM、 XRD、 XPS、恒电流充放电等方法研究了不同量的氧化钛包覆对LiCo_0.2Ni_0.4Mn_0.4O₂结构和电化学性能的影响。结果表明，0.3mol%氧化钛包覆能显著改善LiCo_0.2Ni_0.4Mn_0.4O₂的循环性能、倍率放电能力及高截止电压(3.0～4.5 V)下的循环性。XPS数据表明氧化钛包覆能明显的抑制样品表面的氧化活性，从而减少了电极材料表面与电解液的反应，改善了LiCo_0.2Ni_0.4Mn_0.4O₂的电化学性能。     

Ti、Mg离子复合掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的结构及其电化学性能的影响. 结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化. 1%(摩尔分数) 的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的倍率放电能力, 平台保持能力和高倍率下的循环性能. 交流阻抗谱表明钛镁离子掺杂抑制了LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂在高放电倍率下循环的电化学反应阻抗Rct的增加. 采用几种不同价态的金属离子复合掺杂是改善嵌锂的镍钴锰系金属氧化物的倍率放电能力的有效途径.     

多孔微纳结构富锂正极材料0.6Li_2MnO_3·0.4LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备及其电化学性能

采用碳酸盐共沉淀与燃烧法相结合的方法制备得到了多孔微纳球形结构的富锂正极材料0.6Li_2MnO_3·0.4LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2。借助X射线衍射(XRD)分析、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附和恒电流充放电测试研究了其晶体结构、微观形貌和电化学性能。结果表明该方法制备出的材料是由一次颗粒径约300 nm的小颗粒组成的多孔微纳球形结构,比表面积为13 m2·g~(-1),具有完善的α-NaFeO_2层状结构(空间群为R3m)。电化学性能测试结果证实该材料具有优异的高容量、高循环稳定性和高倍率性能。在2.0~4.8 V,电流密度为0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C时的放电比容量分别为:266、254、235、205、186、149和107 m Ah·g~(-1);在0.5C下循环100次后,放电比容量仍为217 m Ah·g~(-1)(容量保持率为94%)。     

微波加热分解法制备CuO-Ce0.6Zr0.4O2及其催化CO氧化性能

采用微波加热分解法制备了一系列CuO含量(0-25%, w)不同的CuO-Ce_0.6Zr_0.4O₂催化剂, 并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N₂吸附-脱附(BET)和H₂程序升温还原(H₂-TPR)技术对催化剂进行了表征, 利用色谱流动法考察了其催化CO低温氧化性能. 结果表明: 当CuO含量为15%时, 所制备催化剂的催化活性最佳. 在催化剂中存在三种不同类型的铜物种, 即高分散、小颗粒和大颗粒的CuO. 催化剂表面高分散和小颗粒的CuO有利于催化活性的提高, 而大颗粒的CuO对催化活性具有抑制作用.     

钙钛矿型锰酸盐(Sm_(0.4)Ca_(0.6)MnO_3)的水热合成及其电性能

以Sm(NO3)3,Ca(NO3)2,KMn O4和Mn Cl2为原料,用水热法合成了混合价态的钙钛矿型锰酸盐Sm0.4Ca0.6Mn O3(1),其结构和性能经SEM,元素分析,TGA,XRD,XPS,I-V曲线和变温电阻表征。结果表明:1为黑色立方晶体,正交晶系,空间群Pnma;1的晶胞参数a=5.336(6),b=5.341(7),c=7.491(6),V=213.56(3)3;1的热稳定性较好,有半导体特性和负磁电阻效应。     

Ni添加对Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Cr0.1合金的相结构和电化学性能的影响

本文通过XRD、SEM、EDS研究了Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Cr0.1Nix(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)合金的相结构和电化学性能.该合金系由BCC结构的V基固溶体主相和六方结构的C14 Laves第二相组成,Ni能够促进第二相的生成,Ni含量的增加导致了各相中的化学组成和晶格参数的变化,并通过电化学方法研究了Ni含量对Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Cr0.1合金电极的最大放电容量、自放电性能、高倍率放电性能、循环稳定性能等的影响.     

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.     

V2.1TiNi0.4Zrx(x=0～0.06)储氢电极合金的相结构及电化学性能*

系统研究了V2.1TiNi0.4Zrx(x=0耀0.06)储氢电极合金的相结构及电化学性能. 相结构分析表明, 所有合金均由体心立方(bcc)结构的V 基固溶体主相和第二相组成, 且第二相沿主相晶界形成三维网状分布;其中, 当Zr 含量x 臆0.02时合金的第二相为TiNi基相, 而当Zr含量x达0.04时, 其第二相变为C14型Laves相, 且主相和第二相的晶胞体积均随着x 的增加而增大.电化学性能测试表明, 添加Zr 元素可以改善合金的活化性能和提高最大放电容量; 同时, 随着Zr 含量x 的增大, 合金的高倍率放电性能得到明显提高, 但充放电循环稳定性逐渐降低. 在所研究的合金样品中, V2.1TiNi0.4Zr0.04合金具有相对较好的综合性能.     

用聚合物先成物方法合成(Bi_(1.6)Pb_(0.4))Sr_2Ca_2Cu_(3.6)O_x超导材料

用聚合物—金属—络合物先成物(polymer—metal—complex precursor)方法,在小心控制煅烧条件下合成了(Bi_(1.6)Pb_(0.4))Sr_2Ca_2Cu_(3.6)O_x超导材料,产物有一个100K的零电阻转变温度[T_c(R=0)]。产物的X—光衍射峰相对强度表明,它只包含高—Tc相和低—Tc相,而且以高-Tc相为主。通过电阻测量、X—光衍射和元素分析,研究了产物的超导性能、结构和组成。     

氧化碳烟的MnOx(0.4)-CeO2催化剂表面活性物种研究

采用柠檬酸配合燃烧法和共沉淀法制备了MnOx(0.4)-CeO2催化剂,用于模拟碳烟的燃烧.通过XRD、BET、Raman、H2-TPR、O2-TPD与XPS表征催化剂的结构和表面活性物种,并借助原位拉曼研究碳烟的催化氧化机理.结果表明柠檬酸配合燃烧法制备的MnOx(0.4)-CeO2-CA催化剂中有更多的Mn进入了CeO2的立方萤石结构,比表面积更大,氧空位、Mn4+和Ce4+更多,因而氧化还原性能更好,催化氧化碳烟的活性更高.O-在碳烟的氧化中起重要作用,Mn4+和Ce4+有利于氧化反应的进行,氧空位的增加能提高氧的吸附、迁移和转化能力,促进了碳烟的氧化.反应路径为O-溢出参与碳烟的氧化,同时产生氧空位,部分晶格氧O2-补充O-,气相氧不断吸附到氧空位上得到活化生成O2-,O2-转化为O-(可进一步转化为O2-),O-迁移至碳烟颗粒表面参与反应,生成CO2.     

Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3 (M=Co,Mn, Fe)作为IT-SOFCs阴极的结构与性能

通过X射线衍射(XRD)、热重、热膨胀、电导率以及交流阻抗等测试方法, 研究了Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3(M=Co, Mn, Fe; 分别简写为SSCC, SSCM, SSCF)作为中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极的结构与性能. 研究表明, 固相法合成的Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3均为正交钙钛矿型结构, 材料的结构参数和性能都与M元素半径及M—O的键能有关. 晶胞参数随着Co、Mn、Fe的顺序增大.材料的氧空位浓度、热膨胀系数、电导率、电极催化活性随着Co、Fe、Mn的顺序降低. 同时由于SSCM较低的氧空位浓度, 使得电极反应受到氧在电极内的扩散过程控制, 具有较差的电极催化性能, 而SSCC和SSCF较高的氧空位浓度, 电极反应同时受到电极表面氧还原反应和氧离子在电极中的扩散过程混合控制. 由于SSCF具有较高的氧扩散系数, 使得700 ℃以上SSCF电极表面氧还原电阻(ASR)也低于SSCC的, 因而出现了SSCF的总电极催化活性高于SSCC的现象.     

La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3钙钛矿复合氧化物的GNP法合成与导电性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成出La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃(y=0～1.0)体系复合氧化物,对合成产物的结构、烧结性能和导电性进行了表征.研究结果表明,不同n(Co)/n(Fe)比的合成粉料中形成菱形六面体钙钛矿结构,合成粉料的颗粒细小均匀.在室温～900℃范围内,La_0.6Sr_0.4CoO₃(y=0)的电导率随温度的升高而单调降低,其它n(Co)/n(Fe)比的样品电导率随着温度升高到600℃附近时达到最大值.在低温段,La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃体系的导电行为符合小极化子导电机制,导电活化能随n(Co)/n(Fe)比的降低而增大.与常规固相合成法相比,甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃具有更高的烧结活性和电导率.