钽离子掺杂对LiFePO4 / C物理和电化学性能的影响

采用PAM(聚丙烯酰胺)模板-溶胶凝胶法在惰性气氛下合成钽掺杂的LiFePO₄/C复合正极材料，考察了钽对目标化合物的物理和电化学性能的影响。研究结果表明，0.33C的电流下充放电时，掺杂前后第2个循环的放电容量分别为138.6 mAh·g^-1和155.5 mAh·g^-1，循环20次后容量为141 mAh·g^-1和156 mAh·g^-1。电化学交流阻抗表明，掺杂后的材料阻抗R_ct从180 Ω减小到120 Ω。振实密度比掺杂前提高0.312 g·cm^-3。     

球磨方式对锂离子正极材料LiFePO4性能的影响

采用高温固相合成法制备橄榄石型的LiFePO₄正极材料，在合成过程中分别采用湿法球磨和干法球磨两种球磨方式。用X-射线衍射，扫描电镜，激光粒度测试等对合成材料进行表征，并对以LiFePO₄为正极的电池进行电化学性能测试。结果表明，相对于干法球磨，湿法球磨制备的LiFePO₄样品具有更好的电化学性能，0.2C放电的首次放电比容量为134.9 mAh·g^-1，并有优良的大电流放电性能及循环性能。这主要是因为采用湿法球磨制备的LiFePO₄材料物相较纯、粒径均匀，与导电添加剂的接触更加紧密，从而提高了LiFePO₄材料电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiFePO4/ C的合成研究

以三价铁化合物作为铁源，采用碳热还原法一步合成得到锂离子电池正极材料LiFePO₄。利用X射线衍射仪、扫描电镜、碳硫分析法和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的物相结构、表面形貌、含碳量(质量分数)以及电性能进行分析研究。讨论了烧结温度、烧结时间和掺碳量对材料电性能的影响。结果表明，LiFePO₄的电性能与烧结温度、时间以及掺碳量有密切的关系，在优化试验条件下制备的正极材料LiFePO₄，以电流密度为17 mA·g^-1充放电，首次放电容量达到141.8 mAh·g^-1，80次循环后放电容量为137.7 mAh·g^-1，容量保持率为97.1%。     

微乳液法合成LiFePO4 / C正极材料及其电化学性能

本文采用微乳液方法合成了纳米LiFePO₄ / C正极材料。制备样品分别用XRD和SEM进行表征，充放电测试其电化学性能。600 ℃制备样品为单一物相，平均粒径90 nm，在室温2.0～4.0 V (vs Li) 放电电压范围和15 mA·g^-1放电速率下，首次放电容量达到159 mAh·g^-1。制备样品同样展现良好的循环性能。在15 mA·g^-1速率下40次循环后，制备样品放电容量仍保持首次放电容量的98.9%。优异的电化学性能得益于样品颗粒的纳米尺寸、均匀分布以及表面碳层包覆提高了活性材料的电子电导率。     

以微乳液法制备的锰源合成LiMn2O4

采用CTAB-C₈H₁₈-C₄H₉OH-H₂O微乳体系制备出MnCO₃，将其灼烧成Mn₂O₃之后，与Li₂CO₃混合，800 ℃高温焙烧，获得了颗粒大小为数百纳米，均匀分布的纯相尖晶石LiMn₂O₄。这一材料的电化学性能优秀，0.5C的电流在3～4.2 V之间充放电时，首次放电比容量为124 mAh·g^-1，经过110次循环，保留比容量118 mAh·g^-1，平均每次容量损失<0.05%。该材料的倍率性能尤为优异，10C放电的比容量在110 mAh·g^-1以上，功率约为0.2C时功率的45倍。     

用于可充锂电池的高倍率磷酸铁(II)锂正极材料

本文以聚氧化乙烯为碳源,用柠檬酸辅助湿化学法合成了高倍率的碳包覆的LiFePO₄。使用热重、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、循环伏安、电化学阻抗和恒流充放电表征材料的结构和电化学性质。结果表明,该材料组成为5 wt%疏松多孔的碳包覆相纯度很高的小的LiFePO₄颗粒。该材料适用于高倍率充放电,在5 C、10 C和20C的放电倍率下可以分别得到120、90和60 mAh·g^-1的稳定容量。     

一种新碳源包覆的LiFePO4/C正极材料的合成及性能

以富含植物蛋白的豆浆作为碳源, 以FePO₄·4H₂O和LiOH·H₂O为原料, 采用流变相方法合成了锂离子电池正极材料LiFePO₄/C. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的表征结果显示, 样品具有良好的结晶性能, 平均粒径约200 nm, 颗粒表面有均匀网络状的碳包覆. 充放电循环研究结果表明: LiFePO₄/C具有稳定的电化学循环性能, LiFePO₄/C正极材料在0.1C倍率下首次放电比容量达到156 mAh·g^-1, 首次充放电效率达到98.7%; 循环40次后, 放电比容量为149 mAh·g^-1, 电池容量保持率在95%以上, 1C倍率下首次放电比容量达到134.7 mAh·g^-1, 显示出较高的电化学容量和优良的循环稳定性.     

高振实密度圆饼状LiFePO4/C的制备及电化学性能

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法一步合成圆饼状LiFePO₄,然后以葡萄糖为碳源与合成的LiFePO₄前躯体高温烧结得到碳包覆的LiFePO₄/C复合材料,其振实密度高达1.3 g·cm^-3。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对LiFePO₄/C复合材料进行了物相和形貌表征,研究结果表明制备得到的LiFePO₄呈圆饼状,且生成的圆饼是由单晶LiFePO₄纳米片堆积而成。此外,LiFePO₄颗粒表面碳层包覆均匀。将制备的LiFePO₄/C用作锂离子电池正极材料,电化学性能测试表明其具有高的充放电比容量(在0.1C时放电,其初始放电比容量为157.7 mAh·g^-1)与良好的循环性能(500次循环后容量保持率为82.4%)。     

LiFePO4/C正极材料的液相合成及电化学性能研究

尝试对共沉淀法进行改进, 利用自制的加料装置合成了橄榄石型LiFePO₄/C复合正极材料. 应用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、循环伏安(CV)以及恒电流充放电测试等方法对目标材料进行了结构表征和电化学性能测试. 实验结果表明采用该法得到的样品具有单一的橄榄石结构, 样品形貌规则, 粒径细小均匀. 改性后的材料具有较高的首放容量及良好的循环稳定性能. 0.1C倍率下充放电测试表明, 其首次放电比容量超过145 mAh•g^－1, 50次循环后, 容量没有明显衰减. 0.2C和0.5C倍率下的平均放电容量分别为130及120 mAh•g^－1, 循环过程中样品表现出较好的循环稳定性.     

异质双碳源对LiMn0.8Fe0.2PO4复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^-1,达到其理论比容量的87%;在5C下最大的放电比容量为133 mAh·g^-1;在2C倍率下经过300次循环后比容量维持在127 mAh·g^-1,衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。     

Controllable synthesis of high loading LiFePO4/C nanocomposites using bimodal mesoporous carbon as support for high power Li-ion battery cathodes

Mesoporous LiFePO₄/C composites containing 80 wt% of highly dispersed LiFePO₄ nanoparticles (4–6 nm) were fabricated using bimodal mesoporous carbon (BMC) as continuous conductive networks. The unique pore structure of BMC not only promises good particle connectivity for LiFePO₄, but also acts as a rigid nano-confinement support that controls the particle size. Furthermore, the capacities were investigated respectively based on the weight of LiFePO₄ and the whole composite. When calculated based on the weight of the whole composite, it is 120 mAh·g^?1 at 0.1 C of the high loading electrode and 42 mAh·g^?1 at 10 C of the low loading electrode. The electrochemical performance shows that high LiFePO₄ loading benefits large tap density and contributes to the energy storage at low rates, while the electrode with low content of LiFePO₄ displays superior high rate performance, which can mainly be due to the small particle size, good dispersion and high utilization of the active material, thus leading to a fast ion and electron diffusion.     

EDTA辅助水热法制备性能优异的棒状LiFePO4/C材料

以乙二胺四乙酸为配位剂采用水热法制备了棒状LiFePO₄/C材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试等对材料进行表征。结果表明:乙二胺四乙酸对材料的形貌和电性能均有很大影响。通过加入乙二胺四乙酸, 材料的形貌由不规则的颗粒变为棒状的颗粒且颗粒的厚度由140~200 nm减少至40~90 nm, 材料的表面包覆约3.5 nm的均匀碳层, 且该材料极化较小且界面阻抗较低。0.1C放电比容量为167 mAh·g^-1(接近理论容量170 mAh·g^-1)。     

Enhanced high rate and low temperature electrochemical properties of LiFePO4/C composites by doping samarium ion

The olivine-type samarium-doped LiFe_{1 ? x} Sm _x PO₄/C (x?=?0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, and 0.05) composites were synthesized via liquid-phase precipitation reaction combined with the high-temperature solid-state method. The structure, morphology, and electrochemical performance of the samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope, transmission electron microscope, energy dispersive spectroscopy, galvanostatic charge–discharge, galvanostatic intermittent titration technique, and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that the small amount of Sm³⁺ ion-doped can keep the olivine microstructure of LiFePO₄, modify the particle morphology, decrease polarization overpotential and charge transfer resistance, and enhance exchange current density, thus improve the electrochemical performance of the LiFePO₄/C. However, the large doped content of Sm³⁺ ion can form more SmPO₄, which can weaken the electrochemical performance of LiFePO₄/C. Among all the doped samples, LiFe_0.99Sm_0.01PO₄/C showed the best rate capacity, cycling stability, and low temperature performance. The LiFe_0.99Sm_0.01PO₄/C sample exhibited the initial discharge capacity of 148.1, 133.4, 117.5, and 106.6 mAh g^?1 at 1C, 2C, 5C, and 10C, respectively. In addition, the discharge capacity of the material was 94.8 mAh g^?1 after 800 cycles at 10C. Moreover, the initial discharge capacity of 0.1C, 0.2C, 0.5C, and 1C were 104.4, 96.2, 53.9, and 50.8 mAh g^?1 at ?20 °C.     

Physical and electrochemical properties of La-doped LiFePO4/C composites as cathode materials for lithium-ion batteries

Olivine-type LiFePO₄ is one of the most promising cathode materials for lithium-ion batteries, but its poor conductivity and low lithium-ion diffusion limit its practical application. The electronic conductivity of LiFePO₄ can be improved by carbon coating and metal doping. A small amount of La-ion was added via ball milling by a solid-state reaction method. The samples were characterized by X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM)/mapping, differential scanning calorimetry (DSC), transmission electron microscopy (TEM)/energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and total organic carbon (TOC). Their electrochemical properties were investigated by cyclic voltammetry, four-point probe conductivity measurements, and galvanostatic charge and discharge tests. The results indicate that these La-ion dopants do not affect the structure of the material but considerably improve its rate capacity performance and cyclic stability. Among the materials, the LiFe_0.99La_0.01PO₄/C composite presents the best electrochemical behavior, with a discharge capacity of 156 mAh g^?1 between 2.8 and 4.0 V at a 0.2 C-rate compared to 104 mAh g^?1 for undoped LiFePO₄. Its capacity retention is 80% after 497 cycles for LiFe_0.99La_0.01PO₄/C samples. Such a significant improvement in electrochemical performance should be partly related to the enhanced electronic conductivities (from 5.88?×?10^?6 to 2.82?×?10^?3 S cm^?1) and probably the mobility of Li⁺ ion in the doped samples. The LiFe_0.99La_0.01PO₄/C composite developed here could be used as a cathode material for lithium-ion batteries.     

水热法制备树叶状LiFePO4/C复合正极材料

采用柠檬酸辅助水热法合成了高分散性树叶状LiFePO₄/C复合正极材料。利用X射线衍射、傅里叶红外光谱、扫描电镜、高分辨率透射电镜和选区电子衍射分析了材料的形貌结构。结果表明,柠檬酸对树叶状LiFePO₄/C复合材料的形成具有促进作用。该材料的最大暴露晶面为(010)晶面,且分散性较好。与颗粒状LiFePO₄/C材料相比,该材料呈现出更高的放电比容量和更好的倍率性能,在0.1C和5C倍率下,放电比容量分别为158和126mAh·g^-1,其原因是由于锂离子沿[010]方向的扩散距离缩短,从而使锂离子扩散系数显著增大。     

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。     

流变相法制备倍率性能优异的LiFePO4/C复合材料

以月桂酸为碳源和表面活性剂,氢氧化锂、碳酸锂和醋酸锂为锂源,采用流变相法制备LiFePO4/C复合材料。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分析、恒流充放电测试、循环伏安以及交流阻抗测试等方法对复合材料进行表征。结果表明,不同的锂源对LiFePO4/C复合材料的结构和电化学性能均有很大影响,以氢氧化锂为锂源合成的LiFePO4/C材料展示出最佳的循环性能和倍率性能。该材料在0.1C下放电比容量为153.4 mAh.g-1,在大倍率10 C下,容量保持率仍可达76%,甚至10C下循环800次后,容量衰减率仅有4%,SEM结果显示该材料具有较小的粒径(～200 nm),且分布集中,有效提高了电子迁移速率,从而改进了LiFePO4/C的倍率性能。