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.     

混合溶剂对溶胶-凝胶法制备的Li3V2(PO4)3/C高倍率性能的影响

以有机-水为混合溶剂, 采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/C, 选取乙醇、乙二醇和1,2-丙二醇为有机溶剂, 聚丙烯酸(PAA)为碳源和螯合剂. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电以及循环伏安测试等方法, 研究了产物的结构形貌及电化学性能. XRD测试结果表明所有溶剂制备的样品结晶良好, 有机溶剂的加入不影响Li₃V₂(PO₄)₃材料的晶型结构. 恒流充放电结果表明有机溶剂的加入改善了材料的电化学性能. 以1,2-丙二醇-水为溶剂的样品电化学性能最好, 在3.0-4.5 V电压范围内, 0.1C (1C=150 mA·g^-1)倍率首次放电比容量为132.89 mAh·g^-1, 10C倍率首次放电比容量达125.42 mAh·g^-1, 循环700周后容量保持率为95.79%, 具有良好的倍率性能与循环性能; 在3.0-4.8 V电压范围内倍率性能较差. 扫描电镜结果表明混合溶剂制备的样品呈片状和针状, 这种形状有利于锂离子的扩散, 因此提高了材料的电化学性能.     

C-LiFePO4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能

通过低温溶剂热法和高温热处理技术合成了橄榄石结构的LiFePO₄/carbon (C-LiFePO₄)纳米材料. 在此基础上,通过溶液共混法制备了一种新型的聚三苯胺(PTPAn)修饰包覆的C-LiFePO₄复合锂离子电池正极材料(C-LiFePO₄/PTPAn). 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)以及恒电流充放电等测试方法,考察PTPAn 包覆量对C-LiFePO₄/PTPAn 复合正极材料性能的影响. 结果表明：通过溶液共混法PTPAn能够致密地包覆在C-LiFePO₄表面,形成一个有效的电子/离子传输通道从而有效提高CLiFePO₄基复合材料的电化学活性. 所有样品中C-LiFePO₄/10% (w) PTPAn作为正极材料呈现出最佳的电化学性能,在0.1C倍率恒流充放电下材料首次放电比容量为154.5 mAh·g^-1,在10C高倍率恒流充放电下材料的放电比容量达到114.2 mAh·g^-1. 当C-LiFePO₄/PTPAn 复合材料表面包覆的PTPAn 含量进一步增加,复合材料的电化学性能出现下降的趋势. 电化学阻抗测试表明PTPAn包覆层明显减小了C-LiFePO₄电极的电荷转移电阻.     

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%)。     

两步固相法合成LiFe1-xNbxPO4/C复合正极材料及其电化学性能

以LiH₂PO₄和FeC₂O₄·2H₂O为原料, 采用分步添加聚乙烯醇和葡萄糖两种碳源的方式, 通过两步固相法合成了碳包覆的LiFePO₄材料. 700℃下处理的产物结晶良好, 颗粒分布均匀, 具有良好的电化学性能, 0.1C和1C倍率下放电比容量分别为157.3 和138.3 mAh·g^-1. 在碳包覆的基础上, 选择高价Nb⁵⁺进行铁位取代获得了复合改性的LiFe_1-xNb_xPO₄/C (x=0.005, 0.01, 0.015, 0.02)材料. 优化的LiFe_0.99Nb_0.01PO₄/C 材料显示了良好的倍率充放电能力和循环稳定性, 0.1C和5C倍率下放电比容量分别为160.5 和136.0 mAh·g^-1, 5C倍率下循环50 次后比容量保持在134.8 mAh·g^-1, 容量保持率为99.1%. 循环伏安测试结果表明, Nb⁵⁺离子掺杂减少了锂离子扩散阻力, 降低了充放电过程中的动力学限制, 提高了电极的可逆性.     

纳米MnO锂离子电池负极材料的制备与性能

以高锰酸钾和抗坏血酸合成的MnC₂O₄·2H₂O为前驱体, 通过固相烧结制备了纳米MnO材料. 分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒电流充放电技术考察了其晶相结构、颗粒形貌和电化学性能.分析结果表明, 该纳米MnO具有面心立方的岩盐结构, 结晶度良好. 其颗粒是由粒径为50-100 nm的一次颗粒结合而成的二次颗粒, 大小约为400-600 nm. 当充放电电流密度为46.3 mA·g^-1时, 纳米MnO的首次库仑效率可达68.9%, 可逆比容量为679.7 mAh·g^-1. 在141.1 mA·g^-1的电流密度下循环50圈后, 比容量由584.5mAh·g^-1降至581.5 mAh·g^-1, 容量保持率高达99.5%, 表现出优异的循环性能. 此外, 当电流密度增加到494.7 mA·g^-1 (~2C)时, 其比容量依然可达290 mAh·g^-1, 表现出较好的倍率性能和快速充放电能力. 因此, 纳米MnO具有比容量高、循环稳定、倍率性能好和安全环保等优点,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.     

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。     

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.     

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.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.4Al0.1O2的合成与性能

采用高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.5Co_0.4Al_0.1O₂,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构及表观形貌进行分析。通过恒电流充放电以及循环伏安法进行了电化学性能测试。测试结果表明,充放电电压在3~4.5V之间,在0.2C倍率下首次放电比容量达到159.9mAh·g^-1,经50次循环充放电后放电容量为142.6mAh·g^-1,表现出良好的电化学性能。     

石墨烯掺杂LiFePO4电极材料的合成及其电化学性能

采用水热辅助法合成石墨烯改性的LiFePO4多孔微球电极材料.并对材料进行了X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,充放电等表征.从结果可以看出在2 mol·L-1LiNO3电解液体系中单纯包碳的LiFePO4微球在1C、50C倍率时的比容量分别为137、64 mAh·g-1,而石墨烯改性的LiFePO4微球的比容量分别为141、105 mAh·g-1,表现出较好的倍率特性.恒流循环充放电测试60次后两种材料容量保持率分别为70.2％、83.7％.说明掺杂石墨烯构成的三维导电网络能明显改善LiFePO4的电化学性能.     

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.     

Characterization and Electrochemical Performance of ZnO Modified LiFePO4/C Cathode Materials for Lithium-ion Batteries

To improve the electrical conductivity of LiFePO4 cathode materials, the ZnO modified LiFePO4/C cathode materials are synthesized by a two-step process including solid state synthesis method and precipitation method. The structures and compositions of ZnO modified LiFePO4/C cathode materials are characterized and analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and energy dispersive spectroscopy, which indicates that the existence of ZnOhas little or no effect on the crystal structure, particles size and morphology of LiFePO4. The electrochemical performances are also characterized and analyzed with charge-discharge test, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results show that the existence of ZnO improves the specific capability and lithium ion diffusion rate of LiFePO4 cathode materials and reduces the charge transfer resistance of cell, and the one with 3 wt% ZnO exhibits the best electrochemical performance.     

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.     

有机模板剂辅助喷雾干燥法制备LiFePO4/C正极材料及其电化学性能研究

分别使用3种有机物辅助模板剂,由喷雾干燥制得LiFePO4/C复合正极材料,X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）表征、考察了不同模板剂对样品的形貌和性能的影响.交流阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和恒电流充放电测试电极性能.结果表明：样品的形貌和结构因添加不同的有机模板剂而改变.无模板剂时,得到的样品是光滑实心球;...     

固相-碳热还原法制备高密度LiFePO4/C复合材料及其电化学性能

以无机Fe2O3和有机柠檬酸铁(FeC6H5O7·5H2O)两种价廉的三价铁化合物为铁源, 利用柠檬酸铁中的柠檬酸根为碳源和还原剂, 通过固相-碳热还原法成功制备了高密度LiFePO4/C复合材料. 采用热重与差示扫描量热法研究了反应历程, 并利用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度分布仪、振实密度测试仪和恒流充放电技术对材料的微观结构和物理化学性能进行了表征. 研究结果表明, 在700 ℃下焙烧制备的材料结晶良好、粒径大小适中, 具有优良的电化学性能和较高的振实密度. 该材料在17 mA·g-1电流密度下充放电可以得到129 mAh·g-1的首次放电比容量, 20周循环后比容量基本无衰减. 其晶粒由纳米颗粒和微米颗粒组成, 呈多峰的粒径分布, 振实密度达1.41 g·cm-3.     

LiFePO4的合成及其热分析动力学

在惰性气氛下, 以Li2CO3、FeC2O4·2H2O和NH4H2PO4为原料, 用高温固相方法合成了橄榄石型LiFePO4材料. 利用不同升温速率的热重及差热分析研究了固相合成LiFePO4的反应动力学. 研究表明, LiFePO4的高温固相合成过程可分为三个步骤, 利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法分别计算了各个反应阶段的表观活化能. 用Kissinger法确定每个反应阶段的反应级数和频率因子, 并给出了各个阶段的动力学方程. 根据动力学研究的结果, 采用优化的固相 分段法合成了碳包覆改性的LiFePO4正极材料. 利用X射线衍射、扫描电镜及恒流充放电对材料进行了物性表征及性能测试. 结果表明, 该材料具有单一的橄榄石结构, 颗粒尺寸细小均匀, 0.1C倍率放电时表现出良好的电化学性能.     

大功率LiFePO4/C复合材料的简易合成

本文采用碳热还原法,以廉价的FeCl3.6H2O、LiOH.H2O和NH4H2PO4为原料,以淀粉为还原剂和碳源,经600℃烧结制备了LiFePO4/C复合材料,方法重现性好且易规模化生产.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)测试材料结构,观察材料形貌.结果表明,经600℃烧结10 h所得产物具有纯相的橄榄石型晶体结构,良好的结晶性和规整的球状形貌,粒径为60～100 nm.包覆LiFePO4晶粒的碳层厚度为2 nm左右,碳含量为5%(by mass).材料的振实密度高达1.3 g·cm-3,在0.2C倍率下首次放电比容量为162 mAh·g-1,在0.5C、1C、2C、5C和10C倍率下首次放电比容量分别为143、135、127、116和105 mAh·g-1,10C倍率下500周期循环,其比容量仍有81 mAh·g-1.     

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%.     

Na掺杂对LiFePO4/C复合正极材料的结构和倍率性能的影响

以Fe(NO3)3,LiNO3,NH4H2PO4和NaNO3为原料,采用简单的液相-碳热还原法合成Li0.97Na0.03FePO4/C复合正极材料.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电等测试技术研究了材料的结构及倍率充放电性能.通过循环伏安(CV)曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究电极反应过程中的动力学特点.结果表明,Na掺杂形成了具有橄榄石结构的Li0.97Na0.03FePO4固溶体,并增大了晶格中Li+一维扩散通道,使LiFePO4/C的电荷转移电阻减小了约2/3,Li+扩散系数提高了3～4倍.因此,Li0.97Na0.03FePO4/C首次放电比容量在0.1 C和2 C倍率下分别达到152 mAh g-1和109 mAh g-1,比未掺杂的LiFePO4/C的放电比容量分别提高了4.83%和62.69%.