石墨烯修饰改性制备锂离子电池LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2复合正极材料及其性能

采用两步干混-球磨方法制备了石墨烯掺杂改性的锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合正极材料,实现LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的高容量和高安全性。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。结果表明,石墨烯的存在实现了Li Fe PO4材料在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料表面的完全包覆,形成致密的包覆层,进一步抑制LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2与电解液之间的副反应,提高活性材料利用率和循环性能。三者之间构成导电网络,加快电子渗透和传输,提高倍率性能。Li Fe PO4质量分数为20%的Li Fe PO4-Graphene/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品具有最佳的容量性能和长循环性能,0.1C时放电容量达到202.5 m Ah·g~(-1),3C时放电容量仍然可保持在160.5 m Ah·g~(-1)。50℃在2.8~4.3 V,0.5C下循环100次后,容量保持率为91.9%,优于LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2和LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的72.9%和82.0%。     

Zr掺杂对正极材料Li(Ni0.9Co0.05Al0.05)O2的电化学性能影响

通过控制结晶法制备类球形Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合后,在750℃下于氧气中进行高温焙烧,最终合成正极材料Li（Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02）O₂。扫描电子显微镜（SEM）结果显示前驱体及正极材料具有良好的形貌;X射线衍射（XRD）表明材料具有规整的六方单相层状α-NaFeO₂结构;能谱仪（EDXS）分析表明Zr元素在材料颗粒内部呈均匀分布。合成的LiNi_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02O₂正极材料具有良好的电化学性能,在25℃,2.8~4.3 V充放电条件下,0.2C首次放电比容量为221.5 mAh·g^-1,充放电效率90.3%,2C倍率充放电条件下容量仍达到192.7 mAh·g^-1,100周循环后的容量保持率为92.2%。在55℃,2.8~4.3 V的高温充放电条件下,该材料的0.2C首次放电比容量可达236.2 mAh·g^-1,2C充放电倍率下循环100周容量保持率为85.1%。     

高压实富镍正极材料LiNi_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)O_2的制备

通过控制结晶法制备高密度类球形Ni_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)(OH)_2前驱体,与LiOH·H_2O均匀混合后,在820℃于氧气气氛下进行高温煅烧,最终合成高压实富镍正极材料Li Ni_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)O_2。通过扫描电子显微镜(SEM)表征前驱体、正极材料及正极片的形貌;X射线衍射(XRD)表明材料具有良好的六方单相层状α-NaFeO_2结构,能谱仪(EDS)分析表明材料颗粒中各组分含量呈均匀分布。制备的LiNi_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)O_2正极材料具有良好的加工性能和很高的压实密度,极片压实密度达到了3.82 g·cm~(-3)。以该极片组装的模拟电池具有良好的电化学性能,尤其具有优异的倍率性能,在电压区间2.8~4.3 V和0.2C电流密度充放电条件下,首次放电比容量为211.7 mAh·g~(-1),首次充放电效率88.9%,5C大倍率充放电条件下容量仍达到180.2 mAh·g~(-1),循环200周容量保持率为80.4%。     

水洗和回烧工艺对高镍三元材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2微观结构及电化学性能的影响

以镍钴氢氧化物、异丙醇铝为原料,采用水解法合成三元前驱体Ni_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2,再与锂盐混合烧结得到正极材料(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线谱(EDS)和恒电流充放电测试等对样品的晶体结构、微观形貌、元素价态以及电化学性能进行表征。研究表明,料液比1∶25、水洗3次、600℃回烧2 h合成的LiNi_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2具有较优的综合电化学性能,其在0.2C的放电比容量达207.6 mAh·g~(-1),首次充放电效率为84.8%,1C放电比容量为192.0 mAh·g~(-1),循环100周后,材料的放电比容量仍有148.0 mAh·g~(-1),容量保持率达到77.1%。     

表面活性剂对LiNi0.80Co0.15Al0.05O2的结构和性能影响

在共沉淀过程中添加表面活性剂聚乙二醇(PEG)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分别合成类球形Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2前驱体,再与氢氧化锂(LiOH·H_2O)氧化煅烧得到LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)三元正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)和充放电循环测试等对材料的结构、形貌、电化学性能等进行表征。结果表明:PEG和PVP的添加不影响材料中Ni、Co和Al元素的比例,能够促进一次晶粒长大和提高振实密度,能够促进正极材料层状结构发育进而提高正极材料的电化学性能。添加PEG、添加PVP和未添加表面活性剂合成正极材料的振实密度分别为2.07、1.86和1.40 g·cm~(-3),在0.2C充放电过程中首次放电比容量分别为210.8、188.9和173.0 mAh·g~(-1),以0.2C充电1C放电循环100次后电池容量保持率分别为78.8%、93.2%和82.7%,添加PEG和PVP的NCA材料表现出良好的电化学性能。     

合成温度对全梯度正极材料LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2的结构和电化学性能影响（英文）

通过控制结晶法和浓度梯度进料的方式制备了Ni、Co和Mn三元素组分含量呈全梯度分布的类球形Ni_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)(OH)_2前驱体,与LiOH·H_2O均匀混合并焙烧后获得LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2正极材料,系统研究了不同焙烧温度对材料Ni、Co和Mn三元素扩散情况、晶体结构及电化学性能的影响规律。通过能谱仪(EDXS)分析不同焙烧温度下材料颗粒中Ni、Co、Mn三元素的扩散程度。研究结果表明,在800℃下焙烧得到的正极材料梯度分布特征明显且电化学性能最佳,首次放电比容量为186.1 m Ah·g~(-1)(2.8~4.3 V,0.2C),2C大倍率充放电条件下循环200次后容量保持率为90.1%。这种材料兼具高比容量及良好的循环稳定性,可以用作下一代高能量密度锂离子电池正极材料。     

高容量梯度锂离子电池正极材料Li[Ni0.85Co0.08Mn0.07]O2的制备

通过改变金属离子的浓度比例,采用连续控制结晶法制备出镍钴锰金属元素连续浓度梯度变化的前驱体[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)](OH)_2。再与LiOH·H_2O混合,通过高温固相法得到全梯度材料Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2。XRD结果表明该梯度材料阳离子混排程度比纯相Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2更低,具有更好的层状结构。扫描电镜结果显示Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2具有球形形貌,粒径分布比较集中,颗粒平均粒径分布在11.5～12μm,切面元素扫描显示沿着球径方向从球心到外壳,镍含量越来越低,而钴锰的含量越来越高。越靠近颗粒表面,镍的含量越低,而钴锰的含量越高。电材料在0.1C放电倍率下首次放电比容量可达204.3 mAh·g~(-1),1C放电倍率的首次放电比容量为185.3 mAh·g~(-1),循环100次后,仍有164.7 mAh·g~(-1),容量保持率达89.17%。在高温55℃环境下,1C首次放电比容量可达202.7 mAh·g~(-1),容量保持率为85.84%,性能均好于纯相Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2。     

Na3V2(PO4)2O2F钠离子电池正极材料的水热法制备及性能

采用水热法制备了Na_3V_2(PO_4)_2O_2F (NVPOF)钠离子电池正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流充放电(GCD)等方法研究了其形貌、结构与电化学性能。结果显示,纯相NVPOF形貌规则,呈长1～3μm、宽300 nm～1μm、长宽比为2～3的四棱柱形貌。NVPOF具有2对平稳的充放电平台,在0.2C和2C电流密度下,放电比容量达到124.2和70.5 m Ah·g~(-1),经100次循环后,放电比容量仍有105.8和59.6 m Ah·g~(-1),容量保持率达到85.2%和84.5%,库仑效率基本在97%以上,且低温(0℃)电化学性能也有不错的表现。经还原氧化石墨烯(r GO)包覆提高电子电导率,NVPOF@r GO在0.5C和2C的室温放电比容量高达124.4和88.4 m Ah·g~(-1),且2C倍率下循环200圈后的比容量仍有78.7 m Ah·g~(-1),容量保持率高达89%,库仑效率始终保持在99%左右,显示出优异的倍率和循环性能。     

球磨辅助高温固相法制备Li1.0Na0.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其性能

以乙酸盐(乙酸锂、乙酸钠、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锰等)为原材料,采用球磨辅助高温固相法制备Li_(1.0)Na_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料。借助XRD、SEM等表征材料的结构和形貌,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能。结果表明,钠的掺杂导致颗粒表面光滑度降低,形成Na_(0.77)Mn O_(2.05)新相。0.05C活化过程中,掺钠样品和未掺钠样品首次放电比容量分别为258.4 m Ah·g~(-1)和215.8 m Ah·g~(-1),库伦效率分别为75.2%和72.8%;2C放电比容量分别为116.3 m Ah·g~(-1)和106.2 m Ah·g~(-1)。研究发现,掺钠可减小首次充放电过程的不可逆容量,提高容量保持率;改善倍率性能与容量恢复特性;降低SEI膜阻抗和电荷转移阻抗;掺钠后样品首次循环就可以基本完成Li_2Mn O_3组分向稳定结构的转化,而未掺杂的样品需要两次循环才能逐步完成该过程;XPS结果表明,掺钠样品中Ni~(2+)、Co~(3+)、Mn~(4+)所占比例明显提高,改善了样品的稳定性和电化学性能;循环200次后的XRD结果表明掺钠与未掺钠材料在脱嵌锂反应中的相变化过程基本一致,良好有序的层状结构遭到破坏是循环过程中容量衰减的主要原因。     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn_(1.9)Mg_(0.05)Ti_(0.05)O_4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料,以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4.采用热重分析(TGA),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)测试)对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:780°C下煅烧12 h得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4材料,该材料具有良好的电化学性能,在室温下以0.5C倍率充放电,在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 m Ah·g-1,循环50次后放电比容量仍为118.5m Ah·g-1,容量保持率为93.5%.在55°C高温下循环30次后的放电比容量为111.9 m Ah·g-1,容量保持率达到91.9%,远远高于未掺杂的Li Mn2O4的容量保存率.二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂Li Mn2O4,改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能,使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.     

Preparation and performance comparison of LiMn2O3.95Br0.05 and LiMn2O3.95Br0.05/SiO2 cathode materials for lithium-ion battery

LiMn₂O_3.95Br_0.05 and LiMn₂O_3.95Br_0.05/SiO₂ cathode composites for lithium-ion battery are prepared by solid-state reaction methods. The crystalline structures of the as-synthesized samples are investigated by X-ray diffraction and transmission electron microscope; at the same time, the electrochemical performances are tested by cyclic voltammetry and galvanostatic cycling. The results reveal that the sample of LiMn₂O_3.95Br_0.05/SiO₂ has more excellent electrochemical performance than the sample of LiMn₂O_3.95Br_0.05. It delivers an initial discharge capacity of 145.3 mA h g⁻¹ at ambient temperature, and 138.9 mA h g⁻¹ at the higher temperature of 55 °C with good capacity retention with the voltage range of 3.0–4.35 V (vs. Li) at a current density of 0.5 C; while the sample of LiMn₂O_3.95Br_0.05 only deliver initial discharge capacity 136.5 mA h g⁻¹ at ambient temperature, and 119.2 mA h g⁻¹ at 55 °C in the same conditions; in addition, the rate performance of LiMn₂O_3.95Br_0.05/SiO₂ is excellent too, so the SiO₂ layer has improved the electrochemical behaviors of LiMn₂O_3.95Br_0.05 availably.     

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的FePO4包覆改性

使用液相包覆工艺对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)材料进行FePO_4包覆改性,利用FePO_4优异的结构稳定性与热稳定性,对NCA的长期可靠性与安全性能进行改良。重点研究FePO_4包覆对NCA材料的改性效果,以及不同包覆量造成的NCA材料电化学性能差异。表面包覆的FePO_4保护层,能够防止NCA材料与电解液直接接触发生副反应,抑制长期循环过程中过渡金属离子的溶出,保持结构的长期稳定性。当包覆量为1.0%(w/w)时,NCA材料表现出最优的综合性能,充放电循环800次后,容量保持率依然高达95%,25℃下存储100 d后,容量保持率也高于95%,达到了兼顾能量密度、使用寿命及安全性能的理想效果。     

Electrochemical properties and synthesis of LiAl0.05Mn1.95O3.95F0.05 by a solution-based gel method for lithium secondary battery

The cathode materials, LiMn₂O₄, LiAl_0.05Mn_1.95O₄ and LiAl_0.05Mn_1.95O_3.95F_0.05 were firstly prepared by a simple solution-based gel method using the mixture of acetate and ethanol as the chelating agent. The synthesized samples were investigated by X-ray diffraction, scanning electronic microscope and differential and thermal analysis. The as-prepared powders were used as positive materials for lithium-ion battery, whose discharge capacity and cycle voltammogram properties were examined. The results revealed that LiAl_0.05Mn_1.95O_3.95F_0.05 synthesized by the solution-based gel method had higher initial capacity than LiAl_0.05Mn_1.95O₄ and better capacity retention rate (92%) than that of LiAl_0.05Mn_1.95O₄ and LiMn₂O₄, which revealed that Al and F dual-doped LiMn₂O₄ could gain better electrochemical properties of LiMn₂O₄ than only the Al-doped LiMn₂O₄.     

铪掺杂对锆钛酸钡钙陶瓷电学性能的调控

用固相反应法制备了B位Hf掺杂的Ba_0.95Ca_0.05 Zr_0.05Ti_0.95-xHf_x (BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH) (x=0、0.02、0.04、0.06和0.08)陶瓷。研究B位同时含有Hf、Zr、Ti三种元素时,BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH陶瓷的相结构变化与电学性能的差异。XRD测试结果表明：Hf₄₊^融入晶格,造成晶格膨胀。BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH(x=0、0.02)陶瓷的XRD测试结果表明,该体系中存在明显的四方相与正交相共存的多晶型相转变(PPT),但正交相逐渐转变为主晶相;BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH (x=0.04、0.06)陶瓷的XRD结果表明,四方相进一步减少,三方相却逐渐增加;当x继续增大到0.08时,XRD测试发现该体系只存在正交相和三方相结构。SEM测试发现,随着Hf的掺杂量增加,晶粒尺寸逐渐减小。剩余极化随Hf掺杂量的增加先增大再减小,在x为0.02时取得最大值,Hf掺杂显著降低矫顽场(Ec)。压电测试结果表明BCZ_0.05T_0.96-0.04H陶瓷具有最大压电系数(d₃₃=259 pC/N)。     

SO2对La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3钙钛矿催化剂氧化碳烟的影响

采用柠檬酸配位法制备K、Cu掺杂的Lu0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3钙钛矿催化剂,运用程序升温氧化(TPO)考察在不同浓度SO2气氛下La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3催化剂催化氧化模拟碳黑的性能,并用XRD、FFIR和XPS等进行表征.结果表明,催化剂在0～0.1%的SO2气氛中呈现出不同活性,φSO2≤0.05%的气氛可促进催化剂催化氧化碳黑的活性,当φSO2=0303%,催化剂活性最高;引入φSO2≥0.06%时催化剂活性明显下降.XPS说明表面活性氧的增加是低浓度的SO2促进催化活性的原因,同时XRD、FTIR结果表明高浓度的SO2所产生的大量SO42-是抑制催化剂活性的原因.     

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.     

Dielectric properties of Ca(Zr0.05Ti0.95)O3 thin films prepared by chemical solution deposition

Ca(Zr_0.05Ti_0.95)O₃ (CZT) thin films were grown on Pt(1 1 1)/Ti/SiO₂/Si(1 0 0) substrates by the soft chemical method. The films were deposited from spin-coating technique and annealed at 928 K for 4 h under oxygen atmosphere. CZT films present orthorhombic structure with a crack free and granular microstructure. Atomic force microscopy and field-emission scanning electron microscopy showed that CZT present grains with about 47 nm and thickness about 450 nm. Dielectric constant and dielectric loss of the films was approximately 210 at 100 kHz and 0.032 at 1 MHz. The Au/CZT/Pt capacitor shows a hysteresis loop with remnant polarization of , and coercive field of 18 kV/cm, at an applied voltage of 6 V. The leakage current density was about at 3 V. Dielectric constant-voltage curve is located at zero bias field suggesting the absence of internal electric fields.     

LiNi0.05Mn1.95O4的合成及其对Li+的离子交换热力学

以乙酸锂、乙酸锰和乙酸镍为原料, 采用溶胶-凝胶法合成出掺镍的尖晶石型锂锰氧化物LiNi0.05Mn1.95O4. 用0.5 mol·L-1的过硫酸铵对其进行酸改性后制得锂离子筛(记作LiNiMn-H). 经测定LiNi0.05Mn1.95O4在酸改性过程中Mn2+的溶出率仅为0.31%(w, 质量分数), LiNiMn-H对锂离子的饱和交换容量达5.29 mmol (36.72 mg) Li+/g 离子筛. 测定了15、25、35、45 ℃ LiNiMn-H 在H+-Li+体系吸附锂的离子交换等温线, 并利用Pitzer 电解质溶液理论计算出该离子交换体系的活度系数, 得到H+-Li+交换的平衡常数Ka, △Gm、△Hm和△Sm等热力学参数. 结果表明, Ka随温度的升高而降低, LiNiMn-H对Li+的选择性大于原来可交换阳离子(H+)的选择性, 吸附锂的过程是自发过程(△Gm<0), 该离子交换反应是放热反应.