喷雾干燥-高温固相法制备纳米LiFePO4与LiFePO4/C材料及性能研究

采用喷雾干燥-高温固相法制备纳米LiFePO₄与LiFePO₄/C正极材料，用X-射线衍射，扫描电镜等对合成材料进行了表征，并对以LiFePO₄为正极的电池进行了电化学性能测试。结果表明:材料合成最佳煅烧温度为600 ℃;合成过程中由于碳对LiFePO₄晶型的生长有一定的抑制作用，相对于纯LiFePO₄材料，LiFePO₄/C材料粒径更小;并且，在此最佳合成温度下合成的LiF     

纺锤体形LiFePO4锂离子电池正极材料的制备与性能

采用低温溶剂热法合成了LiFePO₄, 并通过热处理方法制备出LiFePO₄/C锂离子电池复合正极材料. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱以及恒电流充放电测试等方法对样品进行结构表征和充放电性能测试. 结果表明: 采用丙三醇(甘油)为溶剂, 低温条件下(120 °C)合成的LiFePO₄具有橄榄石型晶体结构, 呈纺锤体形貌, 且具有粒径分布均匀的特点. 热处理后制备的LiFePO₄/C复合正极材料仍呈纺锤体形貌, 且表现出了优良的充放电性能. 室温下以0.1C倍率恒流充放电, LiFePO₄/C的首次放电比容量达到147.2 mAh·g^-1, 50次循环后放电比容量仍然保持在136.3 mAh·g^-1. 当倍率为0.2C、0.5C和1C时, 样品的平均放电比容量分别在130、120和108 mAh·g^-1左右.     

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%。     

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%)。     

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。     

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.     

微米橄榄石型LiFePO4的水热合成优化

为深入研究大颗粒磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池正极材料的性能衰退机理并据此改善其体积能量密度和功率密度, 进而切实推进该材料在电动汽车、混合动力汽车和电站储能等领域的高效广泛应用, 本文通过优化水热合成条件制备了粒径为2 μm的均匀微米LiFePO₄颗粒粉末. 在未经任何改性(包覆或掺杂)的情况下,该材料表现出本征大颗粒LiFePO₄典型的充放电和循环性能, 可作为后续研究的代表样品进一步考察大颗粒材料相对纳米材料性能衰退的机制和根本原因, 最终通过有的放矢地改性手段获得高密度、高能量和高功率的LiFePO₄ 正极材料. 实验结果表明, 增加反应物浓度、水热温度和保温时间以及降低溶液pH 值均有利于LiFePO₄颗粒的长大. 通过比较不同粒径的LiFePO₄的电化学性能确证了其随颗粒尺寸的增大而衰退. 当颗粒大小由0.7 μm增加到16.5 μm时, LiFePO₄在0.1C倍率下的放电比容量由152 mAh·g^-1下降至80 mAh·g^-1.同时, 1C倍率下的循环测试结果表明, 颗粒尺寸越大, LiFePO₄的容量衰减愈严重.     

新合成方法制备的LiCoO2正极材料的结构和电化学性能研究

采用新合成方法制备了锂离子二次电池正极材料LiCoO₂。通过ICP-AES、XRD、SEM、电化学方法等测试分析了所合成材料的物理性质和电化学性能，并与商品LiCoO₂材料作了对比研究。同时分别以国产MCMB和石墨作负极活性物质、合成的LiCoO₂作正极活性物质做成锂离子电池，对其电化学性能进行了测试。实验结果表明，所合成的LiCoO₂材料的电化学性能优于其它两种商品LiCoO₂材料，其初始放电容量为155.0 mAh·g^-1，50次循环后的容量保持率达95.3%，而且以此为正极的锂离子电池也表现出优良的电化学性能。计时电位分析结果还表明，合成的材料在充放电循环过程中发生了三次相转变过程，但相变过程具有良好的可逆性。     

溶剂热法合成花状分级结构LiFePO4及其电化学性能研究

以乙二醇/水为溶剂,酒石酸铵为添加剂和碳源,采用溶剂热法,制备了高振实密度(1.3g·cm^-3)的锂离子正极材料磷酸铁锂(LiFePO₄)。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行了表征。研究结果表明样品为单晶纳米片组装而成的花状三维多孔分级结构LiFePO₄。通过时间单因素实验探讨花状分级结构LiFePO₄的生长机理,其生长过程概括为:成核和生长,定向组装。电化学性能测试结果表明LiFePO₄样品具有优异的倍率性能(10C时放电比容量保持在74.8mAh·g^-1)与循环性能(50次循环后容量保持率 > 93%)。     

金属氧化物掺杂改善LiFePO4电化学性能

采用氧化物前驱体对磷酸铁锂(LiFePO₄)进行少量金属离子掺杂，并用XRD，SEM和恒电流充放电对掺杂的LiFePO₄进行了研究。结果表明，少量的掺杂离子在很大程度上提高了LiFePO₄的电化学性能，特别是大电流放电性能。1.0 mol%的Nb⁵⁺掺杂LiFePO₄的0.1 C放电容量约150 mAh·g^-1；即使在3 C倍率下放电，也有117 mAh·g^-1的容量。掺杂的效果与掺杂离子的半径、价态密切相关，半径小、价态高的离子对提高LiFePO₄的电化学性能有利。在掺杂量较小时(<2.0 mol%)，掺杂效果与掺杂离子的浓度关系不大。     

A novel synthetic route for LiFePO_4/C cathode materials by addition of starch for lithium-ion batteries

LiFePO4/Carbon composite cathode material was prepared using starch as carbon source by spray-pelleting and subsequent pyrolysis in N2. The samples were characterized by XRD, SEM, Raman, and their electrochemical performance was investigated in terms of cycling behavior. There has a special micro-morphology via the process, which is favorable to electrochemical properties. The discharge capacity of the LiFePO4.C composite was 170 mAh g-1, equal to the theoretical specific capacity at 0.1 C rate. At 4 C current density, the specific capacity was about 80 mAh g-1, which can satisfy for transportation applications if having a more flat discharge flat.     

Enhanced electrochemical properties of LiFePO4 by Mo-substitution and graphitic carbon-coating via a facile and fast microwave-assisted solid-state reaction

A composite cathode material for lithium ion battery applications, Mo-doped LiFePO(4)/C, is obtained through a facile and fast microwave-assisted synthesis method. Rietveld analysis of LiFePO(4)-based structural models using synchrotron X-ray diffraction data shows that Mo-ions substitute onto the Fe sites and displace Fe-ions to the Li sites. Supervalent Mo(6+) doping can act to introduce Li ion vacancies due to the charge compensation effect and therefore facilitate lithium ion diffusion during charging/discharging. Transmission electron microscope images demonstrate that the pure and doped LiFePO(4) nanoparticles were uniformly covered by an approximately 5 nm thin layer of graphitic carbon. Amorphous carbon on the graphitic carbon-coated pure and doped LiFePO(4) particles forms a three-dimensional (3D) conductive carbon network, effectively improving the conductivity of these materials. The combined effects of Mo-doping and the 3D carbon network dramatically enhance the electrochemical performance of these LiFePO(4) cathodes. In particular, Mo-doped LiFePO(4)/C delivers a reversible capacity of 162 mA h g(-1) at a current of 0.5 C and shows enhanced capacity retention compared to that of undoped LiFePO(4)/C. Moreover, the electrode exhibits excellent rate capability, with an associated high discharge capacity and good electrochemical reversibility.     

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%.     

铬离子掺杂对LiFePO4电化学性能的影响

采用机械球磨和共沉淀的方法合成了两种Cr3＋掺杂的LiFePO4. 通过对合成样品的XRD、SEM及其电化学性能（循环性能、大电流放电性能）的研究表明，少量Cr3＋的掺杂未影响到LiFePO4的晶体结构，但显著改善了它的电化学性能，在低放电倍率（0.1 C）时，机械球磨掺杂和共沉淀掺杂Cr3＋的LiFePO4的放电容量分别为144和158 mAh•g－1，而当放电倍率提高到2 C时，两种掺杂的LiFePO4仍分别具有110和130 mAh•g－1的放电容量，且循环性能良好.同时表明通过铁源共沉淀掺杂是一条改善离子掺杂效果的有效途径.     

LiFePO4 doped with magnesium prepared by hydrothermal reaction in glucose solution

Lithium iron phosphate （LiFePO4） doped with magnesium was hydrothermally synthesized from commercial LiOH, FeSO4, H3PO4 and MgSO4 with glucose as carbon precursor in aqueous solution. The samples were characterized by X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy and constant charge-discharge cycling. The results show that the synthesized powders have been in situ coated with carbon precursor produced from caramel reaction of glucose. At ambient temperature （28±2℃）, the electrochemical performances of LiFePO4 prepared exhibit the high discharge capacity of 135 mAh g^-1 at 5C and good capacity retention of 98% over 90 cycles. The excellent electrochemical performances should be correlated with the intimate contact between carbon and LiFePO4 primary and secondary particles, resulting from the in situ formation of carbon precursor/carbon, leading to the increase in conductivity of LiFePO4.     

包覆碳掺CoLiFePO4正极的电化学性能研究

应用水热法在200 oC下合成了橄榄石结构LiFePO4正极材料,合成过程中添加蔗糖作为包覆用碳源,并同时掺Co. 实验表明,包覆碳掺Co能更有效地改善LiFePO4电极的电化学性能. 样品可后退火处理,400 oC 退火LiFePO4样品结晶度和颗粒尺寸均影响了其电化学性能,包覆碳掺CoLiFePO4样品可使颗粒细化,改善电极倍率性能.     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

机械活化辅助多元醇法合成锂离子正极材料LiFePO4

以LiH2PO4和还原铁粉为原料,通过机械液相活化法获得了棒状形貌的[Fe3(PO4)2·8H2O+Li3PO4]前驱体,然后在三甘醇(TEG)介质中采用多元醇工艺制备了LiFePO4材料.为提高其电导率,以聚乙烯醇(PVA)为碳源,对纯相LiFePO4进行碳包覆改性.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法对制备的材料进行了表征.结果表明:采用机械活化辅助多元醇法可在低温下合成结晶良好的LiFePO4,碳包覆改性的LiFePO4/C材料导电性能得到改善,电荷转移阻抗减小,1C、2C倍率下放电容比量分别为139.8、129.5mAh·g-1,具有良好的倍率性能和循环稳定性.