水热法制备锂电池正极材料o-LiMnO2及其碳纳米管改性

MnCl₂、LiOH、EDTA和NaClO混合溶液一步水热反应合成锂离子电池正极材料正交LiMnO₂(o-LiMnO₂),进一步在反应体系中添加碳纳米管(CNTs)制备碳纳米管改性的o-LiMnO₂(o-LiMnO₂/CNTs复合材料)。采用X-射线衍射和扫描/透射电镜表征产物的晶体结构、微观形貌,循环伏安法和恒流充放电测试得活性材料电化学性能。结果表明,体系中n_Li:n_Mn控制为8:1,在180℃反应24h得到目标产物;反应体系中添加CNTs形成复合材料可降低o-LiMnO₂颗粒粒径、提高导电率。o-LiMnO₂首次放电容量为76.0mAh·g^-1,100周后容量保持为124.1mAh·g^-1;o-LiMnO₂/CNTs复合材料首次及100周放电容量(基于o-LiMnO₂/CNTs的质量)分别高达94.1和159.8mAh·g^-1。     

锰源对尖晶石LiMn2O4高温性能的影响

为考察不同锰源对所制备尖晶石LiMn₂O₄(LMO)电化学性能的影响(特别是高温性能),采用沉淀法制备前驱体,通过不同煅烧温度制备得到最常用的锰氧化物(MnO₂、Mn₂O₃和Mn₃O₄)为锰源,经相同条件制备得到LMO正极材料,通过考察所得LMO形貌及电化学性能来研究锰源与LMO电化学性能的关系。研究结果表明,相同的前驱体在不同煅烧温度下可以得到不同的锰氧化物,且各自具有不同的形貌结构。由这些锰氧化物都可以得到高纯度的LMO,但产物形貌结构以及材料中的八面体晶体含量和尺寸不同。由Mn₂O₃制备得到的LMO材料中的八面体晶体含量最多,且尺寸最均匀,在3种LMO中容量性能、倍率性能和循环性能最好：0.2C(1C=148 mA·g^-1)下首次放电比容量为131.8 mAh·g^-1;3C下还有100.4 mAh·g^-1的放电比容量。其对应半电池在0.5C下循环100次后,放电比容量还有116.0 mAh·g^-1,容量保持率为93.9%,电化学储能性能远远优于其他2种LMO。即使是在高温55 ℃下,由Mn₂O₃得到的LMO也表现出明显优于其他2种材料的高倍率性能和抗衰减性能。     

正交层状LiMnO2在电化学循环过程中的相变和活化特性

用高精度非原位XRD结合Rietveld结构精修对固相法制备的正交层状LiMnO₂(简写为o-LiMnO₂)在电化学循环过程中的相变进行了研究。结果表明：首次循环就出现相变,循环5次后o-LiMnO₂相变完全;产物中除了有类尖晶石型锰酸锂(Li_0.86Mn_0.14)(Mn_0.92Li_0.08)₂O₄(Fd3m)外,还证实了文献的理论计算和晶体学推测出的岩盐型锰酸锂(Li,Mn)O₂(Fd3m)的存在;并定量计算了两物相的相含量。证实两物相均参与了电化学循环,其中类尖晶石型锰酸锂对电化学容量的变化起主要作用;岩盐型锰酸锂在电化学循环过程中逐渐向类尖晶石型锰酸锂转变,使电极的放电容量不断增加,这种转变停止时,放电容量达到最大,活化过程结束。     

锂离子电池正极材料LiNi0.75-xCoxMn0.25O2的合成及电化学性能研究

以LiOH·H₂O、Ni(OAc)₂·4H₂O、Co(OAc)₂·4H₂O和MnO₂为原料，在水热反应釜中预处理，然后进行高温固相反应，合成了一系列锂镍钴锰氧化物LiNi_0.75-xCo_xMn_0.25O₂(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌、粒径及电化学性能进行了表征。结果表明，当x=0.20时，所合成的正极材料具有很好的α-NaFeO₂型层状晶体结构，晶胞参数a=0.286 1 nm，c=1.416 4 nm， V=0.100 4 nm³，以50 mA·g^-1的电流密度在3～4.3 V(vs Li/Li⁺)充放电时，首次放电比容量达172.5 mAh·g^-1，首次放电效率高达90.9%，30个循环后其放电比容量依然保持在161.1 mAh·g^-1。     

Li3V2(PO4)3的溶胶-凝胶法合成及其性能研究

以LiOH·H₂O、NH₄VO₃、H₃PO₄和柠檬酸等为原料采用溶胶-凝胶法合成了锂离子二次电池正极材料磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)。考察了煅烧温度和配位剂种类等条件对产物组成及电化学性能的影响。研究了优化条件下制得样品的循环伏安、充放电性能和循环性能。0.1 C条件下,样品首次放电比容量达129.81 mAh·g^-1，经过100次循环后容量几乎没有衰减，仍保持在128 mAh·g^-1。X射线衍射研究表明合成单一Li₃V₂(PO₄)₃晶体所需温度比固相法低；并考察了循环20次后材料充电到各个单相的晶体结构，通过X射线衍射和最小二乘法计算给出了其晶胞参数变化过程，证实了循环嵌Li过程中晶体结构能够得到重现。     

新型正极材料三硫代环磷氮烯无机聚合物的合成

采用缩合聚合方法合成了新型三硫代环磷氮烯无机聚合物[(NPS₃)₃]_n，利用红外光谱测试与元素含量分析技术证明了[(NPS₃)₃]_n的分子结构与组成，并对聚合物材料的粒度、比表面积及微观形貌进行了考察。TG/DTA 实验证明材料在200 ℃ 以下具有良好的热稳定性。循环伏安测试表明[(NPS₃)₃]_n正极材料在锂电池体系具有2.15 V的电化学还原电位和2.45 V的电化学氧化电位，经充放电循环实验观察，材料的首次放电容量达到749.0 mAh·g^-1，与理论容量(759.0 mAh·g^-1)十分接近；经过50次充放电循环后，放电容量保持在674.8 mAh·g^-1，具有很高的使用容量和优秀的循环性能。     

低温固相反应合成Li3V2(PO4)3正极材料及其性能

利用V₂O₅·nH₂O湿凝胶，LiOH·H₂O，NH₄H₂PO₄和C等作原料，通过低温固相还原反应在550 ℃焙烧12 h制备出Li₃V₂(PO₄)₃正极材料。采用XRD，SEM和电化学测试对Li₃V₂(PO₄)₃样品性能进行研究。XRD研究表明本法所合成的Li₃V₂(PO₄)₃同传统的高温固相反应法所合成的Li₃V₂(PO₄)₃一样同属于单斜晶系结构。SEM测试表明所合成的样品平均粒径大小约为0.5 μm且粒径分布较窄。电化学测试表明以0.2 C的倍率放电时，样品的首次放电容量为130 mAh·g^-1，室温下循环30次后其比容量为124 mAh·g^-1。     

层状LiMnO2的固相合成及电化学性能

以Mn₂O₃和氢氧化锂为原料，通过焙烧合成出o-LiMnO₂。用X射线衍射和扫描电镜对不同温度下合成的粉末样品进行了表征，并研究了材料的电化学性能。通过对不同温度条件下烧结样品的晶胞参数、布拉格(110)晶面峰半高宽及电化学性能研究发现：600 ℃下合成样品的半高宽最大，堆垛层错率高，同时电化学性能也最好，首次放电容量达到156 mAh·g^-1，20次循环后仍保持在140 mAh·g^-1以上。中高温固相合成的o-LiMnO₂材料，在晶粒范围大小相近时，材料电化学性能与材料堆垛层错率相关。     

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。     

Al3+掺杂对Li2FeSiO4结构和电化学性能影响的研究

以CH₃COOLi·2H₂O、C₆H₈O₇·H₂O、FeC₆H₅O₇·5H₂O、Al₂(SO₄)₃·18H₂O和C₈H₂₀O₄Si为起始原料,采用水热辅助溶胶凝胶法及二次煅烧合成了Li₂Fe_1-xAl_xSiO₄/C(x=0.00、0.01、0.03、0.05)正极材料。用IR、XRD、FE-SEM、EDS等方法对材料的晶体结构进行了表征,用ZetaPAL粒度分析仪测量了其粒径分布范围,用SQUID(超导量子干涉仪)测定了样品的磁性,用恒流充/放电对其电化学性能进行了测试。结果表明：n_乙酸锂∶n_柠檬酸=4∶1、掺Al³⁺量为3%,80 ℃回流24 h,350 ℃恒温煅烧5 h,700 ℃恒温13 h,所得试样颗粒集中分布在150 nm左右且未出现团聚。在0.1C(16 mA·g^-1)、0.2C、0.5C下的首次放电比容量为127 mAh·g^-1、103.6 mAh·g^-1和91 mAh·g^-1,15次循环后无明显衰减,具有很好的循环稳定性。     

富锂掺杂Li1.06Co0.05Cr0.1Mn1.85O4的合成及电化学性能研究

锂离子电池具有比能量高、功率大、使用寿命长、无记忆效应、性能价格比高等优点,从而成为可充式电源的主要选择对象.锰由于资源丰富、价廉、环境友好等优点,使锰酸锂(LiMn2O4)成为最有希望取代钴酸锂的正极材料.但锰酸锂的放电容量相对较低,结构欠稳定,容量衰减严重,作为正极材料还无法与钴酸锂相比,近年来做了大量的研究工作以改善它的电化学性能[1～6].最近Youngjoon Shin等研究发现[7]用少量的Li与Ni共同替代LiMn2O4中的Mn得到的LiMn2-2yLiyNiyO4的电化学性能要优于单元素替代的LiMn2-xMxO4(M=Li,Cr,Fe,Co,Ni)的电化学性能.     

LiCoO2梯度包覆LiNi0.96Co0.04O2电极材料的电化学性能

镍钴酸锂(LiNi0.8Co0.2O2)与目前商业用锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO2)相比,具有成本低、实际比容量高和环境友好等优势。但LiNi0.8Co0.2O2的充放循环性能还有待提高,对其进行阳离子掺杂或表面修饰可以改善其电化学性能,这方面的研究已经成为热点。Fey等人[1]用溶胶凝胶法制     

Synthesis of o-LiMnO2 by Microwave Irradiation and StudyIts Heat Treatment and Lithium Exchange

Microwave irradiation of a suspension of γ-MnOOH in a 4 mol dm⁻³ LiOH solution brought about a rapid formation of semicrystalline orthorhombic LiMnO₂ (o-LiMnO₂) within 30 min at 120°C. Cubic Li_1.6Mn_1.6O₄ was obtained by heating o-LiMnO₂ at 400°C; lithium could be topotactically extracted from Li_1.6Mn_1.6O₄ with acid to form cubic H_1.6Mn_1.6O₄.     

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%。     

纳米钙钛矿型LaFe1-xNixO3(x=0~1.0)的制备及其在紫外光激发下的电化学性能

本文采用溶胶-凝胶法制备了LaFe1-xNixO3(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)纳米晶粉末,利用XRD、TEM和电化学测试方法对LaFe1-xNixO3材料的相结构、形貌、成分组成和其在碱液中的充放电性能以及电化学动力学性能等方面进行了表征和分析,同时对电极受紫外光激发前后的电化学行为进行了对比研究。XRD和TEM分析表明,用硝酸盐作为原材料和溶胶-凝胶方法可制备出单一相结构的纳米晶钙钛矿型LaFe1-xNixO3复合氧化物,随Ni替代量x的增大,LaFe1-xNixO3的相结构由正交结构向菱面体结构转变,其分子体积和晶粒尺寸呈现减小的趋势。电化学研究结果表明,紫外光激发前,LaFe1-xNixO3电极的放电容量随x的增加而逐渐增大;光激发后,电极的放电容量和交换电流Io与未激发前相比显著提高,当x=0.4时其放电容量具有最大值483.1mAh·g-1,Io值由光激发前的3.54～11.58 mA·g-1大幅增加至激发后的8.37～40.11 mA·g-1。     

正极材料Li_(0.99)Nb_(0.01)Fe_(1-x)Mg_xPO_4/C的制备及电化学性能的研究

采用两步固相反应合成了锂、铁双位掺杂的锂离子电池正极材料Li0.99Nb0.01Fe1-xMgxPO4/C(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及恒电流充放电测试,研究了复合材料的晶体结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明,制备的Li0.99Nb0.01Fe1-xMgxPO4/C(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)为纯相,掺杂适量的Nb5+、Mg2+离子可减小材料的晶粒尺寸,当Nb离子掺杂量为1mol%、Mg离子掺杂量为3mol%时,Li0.99Nb0.01Fe0.97Mg0.03PO4/C的电化学性能最佳。室温下,0.2C、1C、2C、4C(1C=170mA·g-1)倍率充放电其首次放电比容量分别为153.7、149.7、144.6、126.4mAh·g-1,即使在8C倍率下放电其放电比容量也有92.2mAh·g-1,并表现出良好的循环性能。     

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。     

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)、比表面积测试、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。     

氯化钠对锂离子电池石墨负极的修饰改性

Numerous carbonaceous materials have been studied as anodes of lithium ion batteries during the past several years[1￣4].Graphite was favored for battery applications because it exhibits a high specific capac- ity, low working potential close to that of l…