AIF3包覆LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2锂离子电池正极材料的结构表征和电化学性能研究

通过共沉淀与同相反应法制备层状的 LiNi0.45 Mn0.45Co0.10O2,并利用X射线衍射(XRD)和电子扫描显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌.在2.5～4.5 V范围内,以0.1 C(28 mA·g-1)放电,LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2正极材料的起始放电容量达到167.2 mAh·g-1,但循环性能较差.当采用 A1F3包覆后,材料的循环性能得到明显改善.利用电化学阻抗谱(EIS)技术探索AIF3包覆对正极材料的电化学性能改善机理,实验结果表明:AIF3包覆层能够阻止电解液对正极材料的溶解和侵蚀,稳定其层状结构,同时降低了电极界面阻抗.冈此A1F3包覆技术足一种改善LiNi0.45Mn0.45Co0.10O2材料电化学件能的有效方法和工具.     

正极材料LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2的制备与性能

正极材料LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2的制备与性能;正极材料; 溶胶凝胶合成法; 电化学性能; 锂离子电池     

SAC法制备LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4及其电化学性能

采用SAC (starch-assisted combustion)法和高温固相法分别合成锂离子电池正极材料LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4, 使用X射线衍射仪、BET法、粒度分析仪及扫描电子显微镜对合成材料的结构及物理性能进行了表征. 将合成材料作为锂离子电池正极活性材料, 用循环伏安、交流阻抗及充放电测试的电化学测试方法对材料进行了电化学的研究. 结果表明, 两种方法制备的材料均为纯尖晶石相; SAC法制备的LiNi0.01Co0.01Mn1.98O4颗粒小, 粒径分布均匀, 具有更好的结晶形态. SAC法制备材料在0.1C充放电条件下的初始放电容量为121.2 mAh•g−1, 100次循环后容量损失仅为3.5%, 5C放电的初始放电容量则达到了103.5 mAh•g−1. SAC法的一步工序具有操作简单、成本低廉的优势, 有望实现商业应用.     

氢氧化物共沉淀法制备LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2正极材料的反应条件

通过氢氧化物共沉淀法制备了Mn0.45Ni0.45Co0.1(OH)2, 研究了反应条件对产物形貌特征的影响, 重点研究了F-离子对产物形貌特征、振实密度的影响. 利用前述产物通过高温固相合成法制备了高密度的LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04正极材料, 并研究了F元素掺杂对循环性能的影响. 结果表明, 在沉淀体系中加入F-, 可以改善产物的形貌特征和振实密度. SEM 测试结果表明, 产物具有良好的形貌; XRD测试表明, 产物具有良好的层状结构, 无杂质相存在. 在充放电电压区间为2.8-4.4 V, 电流密度为30 mA·g-1 时, LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04首次放电容量均为157 mAh·g-1, 经过50 次循环, 放电容量保持率分别为72.6%和86.0%, F元素的掺杂可以明显改进材料的循环性能.     

AlF3包覆对Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2正极材料电化学性能的影响

通过共沉淀法制备锂离子电池富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2,并对其进行AlF3包覆。实验结果表明,通过AlF3包覆,材料的电化学性能得到明显提高。在0.2C下,包覆前材料的首次放电比容量为253 mAh.g-1,首次充放电效率仅为88.8%。经过AlF3包覆,材料的首次放电比容量提高到294 mAh.g-1,首次充放电效率高达96.4%。同样,在1.0C下循环50次,未包覆材料的放电比容量由225 mAh.g-1降到185 mAh.g-1,容量保持率仅为82.2%。经过AlF3包覆,材料的放电比容量由230mAh.g-1仅降为222 mAh.g-1,容量保持率高达96.5%。     

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xZnxO2(x=0,0.02,0.05)正极材料.循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V,电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266Ω减小到102Ω. Li+嵌入扩散系数从1.20×10-11 cm2·s-1增大到2.54×10-11 cm2· s-1. Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定,其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g-1,室温下循环100周后容量几乎没衰减;高温(55°C)下充放电循环100周,其放电比容量平均每周仅衰减0.20%,远小于其他两种正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2平均每周衰减0.54%;Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Zn0.05O2平均每周衰减0.38%). Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g-1,高于其他两种正极材料.电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗,增大了锂离子扩散系数     

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%.     

K2FeO4-Zn碱性固态电解质电池电化学性能研究

应用溶液铸膜法制备出了交联聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸(PAA)-KOH-H2O复合碱性固态电解质膜, 其厚度为150 µm左右, SEM测试结果表明其表面呈均相的非晶态结构, 交流阻抗(EIS)测试表明室温离子电导率可达3.5×10－2 S• cm－1, 循环伏安(CV)测试表明其电化学稳定窗口为3.5 V左右, 将其应用于一次碱性K2FeO4-Zn电池, 通过研究固态电解质膜在不同浓度KOH碱液中预处理和其在不同放电倍率下的放电性能, 结果表明, 9 mol•L－1为最佳固态电解质膜预处理碱液浓度, 0.4 C为最佳放电倍率, 1.0 V以上容量最高可达222.6 mAh•g－1, 并表现出良好的放电平台特性.     

YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2正极材料的性能

富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料颗粒尺寸在100～200 nm范围,YF3包覆不会改变材料结构和形貌.电化学恒流充放电测试表明,YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2电极的比容量,尤其倍率比容量明显提高.60 mA·g-1电流密度下包覆电极材料30周循环后其比容量保持在220 mAh·g-1以上,1500 mA·g-1电流密度下其比容量仍可达150 mAh·g-1.电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,YF3包覆电极电荷转移电阻和扩散阻抗均明显降低,有利于电化学性能改善.     

微波-固相复合加热技术合成LiNi0.5Co0.5O2及其性能研究

用高分子分散及微波-固相复合加热技术合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2. 采用循环伏安、充放电循环、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线粉末衍射(XRD)等测试技术, 研究了煅烧条件对材料微观形貌、相结构以及电化学性能的影响规律. 研究结果表明: 在750 ℃煅烧4 h即可得到形状为类球形的纯相层状LiNi0.5Co0.5O2正极材料, 该材料的最大放电容量达到154 mA·h/g, 循环10周后放电容量仍保持在148 mA·h/g以上.     

合成路径对超级电容器用二氧化锰性质的影响

研究了不同合成路径对二氧化锰结构及电化学性能的影响. 路径1为将0.15 mol/L醋酸锰溶液加入到0.1 mol/L高锰酸钾溶液中; 路径2中, 物料的加料方式与路径1相反. X射线衍射和扫描电镜测试表明合成的产物均为无定型α-MnO2, 晶粒尺寸为200～300 nm. 氮吸附曲线测试结果表明: 路径1所得的二氧化锰具有较大的比表面积(329 m2/g), 其孔径分布比较均一, 孔径6～12 nm, 孔体积较小(0.45 cm3/g); 路径2所得的二氧化锰比表面积较小(298 m2/g), 具有从微孔到大孔的连续分布孔, 平均孔径11.4 nm, 孔体积较大(0.66 cm3/g). 交流阻抗和循环伏安电化学测试结果显示: 路径2所得样品具有较大的法拉第阻抗, 在较低扫描速度下(2 mV•s－1), 其比电容(203 F•g－1)比路径1所得MnO2高(189 F•g－1), 路径1所得二氧化锰的比电容随扫描速度变化的趋势较小. 恒流充放电测试显示路径1合成的二氧化锰具有较好的功率特性. 在2 A•g－1的电流密度下, 其比容量为0.1 A•g－1电流密度下的96.3%, 而路径1的样品的容量保持率为92.5%. 造成上述结果差异的原因是由于不同合成路径导致二氧化锰存在不同的孔结构特征所致.     

纳米Au粒子作为直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池阴极催化剂

采用浸渍还原法制备了纳米Au/C, 并将其用作直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池阴极催化剂. 通过X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对催化剂进行结构和形貌分析, 结果表明10～20 nm的纳米Au粒子均匀地分散在Vulcan XC-72R碳黑表面上. 循环伏安测试表明, 在0.5 mol•L－1 H2SO4和2 mol•L－1 H2O2混合溶液中, 纳米Au/C在0.85 V处表现较强的不可逆还原电流. 以纳米Au/C为阴极催化剂, AB5储氢合金为阳极催化剂制成直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池. 电池在30 ℃下的最大功率密度可达到78.6 mW•cm－2. 当电池工作温度升高至50 ℃时, 电池的最大功率密度超过120 mW•cm－2. 此外, 研究了阴极溶液中H2SO4和H2O2浓度对电池性能的影响. 当阴极溶液中H2SO4浓度小于0.5 mol•L－1时, 酸浓度对电池性能影响较大; H2O2浓度对电池性能影响较小. 确定了阴极溶液中H2SO4和H2O2的最佳浓度分别为0.5和2 mol•L－1.     

Keggin型缺位磷钨杂多阴离子的电化学性质及电催化还原过氧化氢

循环伏安实验显示, 缺位磷钨杂多阴离子 的酸性水溶液在玻碳(GC)电极上有两对可逆的还原-氧化波. 第一对波的电荷迁移数为1.4, 有2个质子参与反应; 第二对波的电荷迁移数为1.0, 参加电极反应的质子数为1. 根据峰电流与电位扫描速率平方根的关系得到 在0.1 mol•L－1 NaOAc＋HOAc溶液中的扩散系数 Do为3.54×10－6 cm2•s－1. 交流伏安和交流阻抗实验表明, 的电极过程包含吸附和脱附步骤, 第一对波的电荷迁移阻抗较大, 第二对波的较小, 对应的交换电流密度i0分别为4.6×10－5和6.7×10－4 A•cm－2. 电极过程的可逆性及其缺位特性使它对H2O2的还原有显著的电催化作用, 因此有望用于有机物的氧化和降解. 同时, 还提出了一个相关的电催化机理.     

La 0.9 M 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 -α的中温质子导电性及其在常压合成氨中的应用

采用水热沉淀法制备了La0.9M0.1Ga0.8Mg0.2O3-α (M＝Ca2＋, Sr2＋, Ba2＋)陶瓷样品的前驱体, 沉淀剂来自尿素在水热条件下的水解产物. 前驱体经煅烧和烧结后得到陶瓷样品. XRD显示样品具有单一的斜方晶LaGaO3钙钛矿结构. 同位素效应和氢的电化学透过(氢泵)实验证明陶瓷样品具有质子导电性. 用AC阻抗谱法测定了样品在300～600 ℃、氢气气氛中的质子电导率, 其大小取决于La位掺杂的碱土金属离子: σ(M＝Sr2＋)＞σ(M＝Ba2＋)＞σ(M＝Ca2＋). 以La0.9M0.1Ga0.8Mg0.2O3-α为固体电解质进行了常压合成氨, 最佳合成温度为520 ℃. 当施加的电流密度为1 mA•cm－2、合成温度为520 ℃时, 氨产率分别为: 1.63×10–9 mol•s－1•cm－2 (M＝Ca2＋), 2.53×10－9 mol•s－1•cm－2 (M＝Sr2＋)和2.04× 10－9 mol•s－1•cm－2 (M＝Ba2＋).     

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_1-xZn_xO₂ (x=0, 0.02, 0.05)正极材料. 循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V, 电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266 Ω减小到102 Ω. Li⁺嵌入扩散系数从1.20×10^-11 cm²·s^-1增大到 2.54×10^-11 cm²·s^-1. Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Zn_0.02O₂正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定, 其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g^-1, 循环100周后容量几乎没衰减; 高温(55 °C)下充放电循环100周, 其放电比容量平均每周仅衰减0.20%, 远小于其他两种正极材料(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂平均每周衰减0.54%; Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.95Zn_0.05O₂平均每周衰减0.38%). Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Zn_0.02O₂正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g^-1, 高于其他两种正极材料. 电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗, 增大了锂离子扩散系数.     

全氟烷基膦酸锂电解液的制备与性能研究

选取氯代二异丙基膦(C6H14PCl)为原料, 利用电化学氟化方法, 得到全氟烷基膦酸[(C3F7)2PF3], (C3F7)2PF3与氟化锂(LiF)反应得到全氟烷基膦酸锂(Li[(C3F7)2PF4]), 将其溶于碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)质量比为1∶1的混合溶剂中得到电解液, 考察电解液的电导率、抗水性及氧化分解电位. 以LiCoO2为正极, 锂片为负极组装两电极模拟电池体系, 测试得到电池的放电平台为3.7 V; 电池的首次放电比容量为107 mA•h•g－1; 当循环放电40次后, 容量衰减较快, 电池循环50周后, 效率仍保持102%. 交流阻抗图谱表明电解液放电时的阻抗约为140 Ω. 研究结果表明, 全氟烷基膦酸锂有望成为新型锂离子二次电池的电解质盐.     

RE(Hsal)2•(tch)•2H2O配合物与大肠杆菌作用的热动力学研究

用TAM air微量热仪测定了新合成的稀土水杨酸硫代脯氨酸配合物RE(Hsal)2•(tch)•2H2O (RE＝La, Sm; Hsal＝C7H5O3; tch＝C4H6NO2S)在37.00 ℃时对大肠杆菌作用的产热曲线; 根据产热曲线求算了在稀土水杨酸硫代脯氨酸配合物作用下, 大肠杆菌生长代谢的最大发热功率Pmax、速率常数k、传代时间tG、抑制率I和半抑制浓度cI,50等热动力学参数. 结果表明: 稀土水杨酸硫代脯氨酸配合物在低浓度下对大肠杆菌有刺激作用, 高浓度下为抑制作用, 即稀土配合物对微生物的生长具有双向生物效应, 也称为Hormesis效应. 配合物La(Hsal)2•(tch)•2H2O和Sm(Hsal)2•(tch)•2H2O的半抑制浓度cI,50分别为7.60和1.62 mg•L－1. 即配合物Sm(Hsal)2•(tch)•2H2O的抑制效果优于La(Hsal)2•(tch)•2H2O.     

电羧化苯乙烯基苯基酮合成2,4-二苯基-4-丁酮酸

研究了常压下以CO2和苯乙烯基苯基酮为原料的电羧化反应. 在一室型电解池中, 用Mg作为辅助电极, 不锈钢、铜、镍、钛、石墨电极等作为工作电极, Ag/AgI为参比电极, 恒电位电解苯乙烯基苯基酮和CO2可得到产物2,4-二苯基-4-丁酮酸. 为提高电解产率, 优化了电解条件, 对影响该反应的溶剂、支持盐、阴极材料、电解电位、底物浓度和温度等因素作了进一步讨论. 实验结果表明, 不同的电解条件下, 苯乙烯基苯基酮的还原性能存在较大差异. 通过变化规律的研究, 找到了各个影响因素的最佳条件为: 反应温度为0 ℃, MeCN作为溶剂, 0.1 mol•L－1 四乙基四氟硼酸铵为支持盐, 不锈钢电极为工作电极, Mg棒为辅助电极, 电解电位是－1.75 V. 在此条件下恒电位电解, 2,4-二苯基-4-丁酮酸的产率可达88%. 在乙腈中还研究了苯乙烯基苯基酮的电化学行为, 推测其电羧化反应经历一个电子传递反应-化学反应-电子传递反应-化学反应(ECEC)过程.     

Ti, F复合掺杂改进LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学性能

采用复合离子掺杂技术对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行改性, 并对材料的结构及电化学性能进行了考察.