A1掺杂量对正极材料LiNi_(1/3)Co_(2/3-x)A1_xO_2结构和电化学性能的影响

以共沉淀法合成的前驱体Ni_(1/3)Co_(2/3-x)Al_x(OH)_2与低共熔锂盐0.38LiOH·H_2O-0.62LiNO_3制备了锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(2/3-x)Al_xO_2(x=1/12,1/3,1/2,7/12).采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征.结果表明,LiNi_(1/3)Co_(2/3-x)Al_xO_2在1/12≤x≤1/3范围内可以保持单一的六方层状a-NaFeO_2结构,当A1掺杂量(x)高于1/3时,会出现杂相.其中,LiNi_(1/3)Co_(1/3)Al_(1/3)O_2结晶程度最高,阳离子混排效应最小,并且颗粒小而均匀,振实密度可以达到2.88 g·cm~(-3),首次放电容量为151.5 mAh·g~(-1),循环50次后放电容量保持在91.4%,在1C和2C倍率下放电容量仍可达到133.7和120.9 mAh·g~(-1)     

1200 ℃合成Mn3O4-Fe2O3体系的物相关系、结构和阳离子分布

在空气气氛中1200℃温度下合成了Mn3O4-Fe2O3体系的各类样品,并将其快速淬火到室温.X射线粉末衍射(XRD)分析表明这样得到的该体系样品存在三个固溶体Mn3-3xFe3xO4(0.00≤x≤0.278),Mn3-3xFe3xO4(0.291≤x≤0.667)和Mn2-2xFe2xO3(0.89≤x≤1.00).X射线粉末衍射数据的结构精修显示它们分别具有I41/amd空间群的黑锰矿结构、Fd3m空间群的尖晶石结构和R3c空间群的赤铁矿结构.各固溶体之间都存在两相共存的区域.57Fe穆斯堡尔谱数据显示Fe在各个物相中都是Fe3+,在黑锰矿和尖晶石中存在两种结晶学环境不同的Fe3+,而在赤铁矿中只存在一种Fe3+.结合X射线光电子能谱(XPS)的数据,可以认为黑锰矿和尖晶石中的阳离子分布可以用分子式Mn12-+xFex3+[Mnx2+Fex3+Mn32-+3x]O4表示,而赤铁矿为Mn23-+2xFe23x+O3.     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C 电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C(x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8S·cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C (x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141 mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8 S· cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7 S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7 S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的改性研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成了Li2Fe1-xMnxSiO4/C(x=0, 1/4, 1/3, 1/2)复合材料. 用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征. 通过恒流充放电对材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 在室温、1.5~4.8 V电压范围内, 于C/16倍率下进行充放电测试时, Li2Fe3/4Mn1/4SiO4/C具有较高的首次放电比容量(201.0 mA·h/g), 具有良好的电化学性能.     

Ce~(4+)掺杂钙钛锆石(CaZr_(1-x)Ce_xTi_2O_7)相变行为的研究

采用高温固相反应法制备了CaZr_(1-x)Ce_xTi_2O_7(0.0≤x≤1.0)系列钙钛锆石样品,借助X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、背散射电子像(BES)和能谱(EDS)分析,对其相变行为进行了研究。结果表明:随着Ce~(4+)掺杂量的增加,钙钛锆石(CaZrTi_2O_7)表现出有规律的向烧绿石(CaCeTi_2O_7)转变。当x≤0.2时,CaZr_(1-x)Ce_xTi_2O_7样品为单一的钙钛锆石-2M相;0.3≤x≤0.5,部分钙钛锆石-2M结构发生重排(ZrO_7→ZrO_8, TiO_5→TiO_6)向钙钛锆石-4M结构转变,两种晶型共存。Ce~(4+)取代Zr~(4+)量达到60%～70%(0.6≤x≤0.7)时,钙钛锆石-2M相消失;钙钛锆石-4M向烧绿石转变,烧绿石为次晶相;而0.8≤x≤1.0时,样品转变为单一烧绿石相,且烧绿石晶格中阴阳离子的有序化程度随着x取值的增加而增加。这种相变规律也由样品晶粒的BES和EDS分析得到证实。     

羟基磷灰石粉末的水热合成及动力学研究

以CaHPO_4·2H_2O(DCPD)为前驱物,在0.1mol·L~(-1)NaOH溶液中,100～200℃,2～12h条件下水热合成羟基磷灰石(HA)粉末。结果表明:HA晶粒尺寸和结晶程度随反应温度的提高和时间的延长而增大。提高反应温度,有利于晶粒沿c轴方向生长;延长反应时间,有利于晶粒沿a轴方向生长。在120～160℃、2～10h条件下可以得到HA纳米棒。水热合成过程中有缺钙磷灰石(DAP,Ca_(10)～(HPO_4)_x(PO_4)_(6-x)(OH)_(2-x),0≤x≤1)形成,并经历β-TCP→DAP→HA这一转化过程。转化反应为二级反应,活化能为72.91kJ·mol~(-1),推测反应为表面控制反应。     

BaCe_(0.8-x)Nb_xGd_(0.2)O_(3-δ)(0≤x≤0.45)的制备及性能研究

采用高温固相反应法制备了质子导体BaCe0.8-xNbxGd0.2O3-δ(0≤x≤0.45)。结合XRD、SEM、EIS等技术对其物相、微观形貌、稳定性及电导率进行了研究。结果表明,在1600℃烧结5h制备的质子导体BaCe0.8-xNbxGd0.2O3-δ(0≤x≤0.45)均能保持主相为斜方晶的钙钛矿结构。Nb的加入可明显提高烧结样品的致密性及在CO2和水蒸气气氛下的稳定性。在湿润H2/Ar(0.4%,V/V)气氛中800℃下,x=0.1样品的电导率为5.73mS·cm-1,电导活化能为0.35eV,与x=0的样品相当。     

Al掺杂量对正极材料LiNi_(1/3)Co_(2/3-x)Al_xO_2结构和电化学性能的影响

以共沉淀法合成的前驱体Ni1/3Co2/3-xAlx(OH)2与低共熔锂盐0.38LiOH·H2O-0.62LiNO3制备了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co2/3-xAlxO2(x=1/12,1/6,1/3,1/2,7/12).采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征.结果表明,LiNi1/3Co2/3-xAlxO2在1/12≤x≤1/3范围内可以保持单一的六方层状α-NaFeO2结构,当Al掺杂量(x)高于1/3时,会出现杂相.其中,LiNi1/3Co1/3Al1/3O2结晶程度最高,阳离子混排效应最小,并且颗粒小而均匀,振实密度可以达到2.88g·cm-3,首次放电容量为151.5mAh·g-1,循环50次后放电容量保持在91.4%,在1C和2C倍率下放电容量仍可达到133.7和120.9mAh·g-1.     

钼掺杂Li3V2（PO4）3/C正极材料的制备及其电化学性能研究

以Li2CO3、NH4H2PO4、V2O5和MoO3为原料,柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备了锂离子正极材料Li3MoxV2-x(PO4)3/C(x=0.01,0.02,0.03).X射线衍射(XRD)表明,合成的材料具有单一的单斜晶系结构,空间群为P21/n.扫描电镜(SEM)显示Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C具有均一的表面形貌.恒流充放电测试表明,当x=0.02时,掺杂后的Li3Mo0.02V1.98(PO4)3具有最佳的电化学性能.在1C倍率下,3.0～4.3 V电位区间,Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C的首次放电比容量达到122.3 mAh.g-1,循环50周之后,容量没有衰减的迹象;而当x=0、0.01和0.03时,首次放电比容量仅分别为117.1、115.1和116.0 mAh.g-1.在3C和5C倍率下,样品Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C仍能保持优异的循环稳定性.     

焙烧温度对合成LiFePO4的产物组成和电化学性能的影响

以FePO4为前驱体, 采用碳热还原法合成了LiFePO4/C复合正极材料; 通过TG-DTA、FTIR、XRD 等技术研究了反应历程, 分析了不同焙烧温度下产物的组成及杂相存在的原因, 并测试了其电化学性能. 研究表明, 300 ℃下LiFePO4已作为主要的相存在, 显示了较低的成相温度; 300、400、500 ℃下样品中存在一定量的杂相Li3PO4和Fe2O3, 600 ℃得到纯相的LiFePO4, 而在700 ℃下出现了焦磷酸盐Li4P2O7, 这些杂相的存在影响了其电化学性能, 600 ℃样品具有最佳的电化学性能, 其在0.1C下首次放电容量达146 mAh·g-1, 循环15 次后容量还保持为141 mAh·g-1.     

不同碳源对Li_3V_2(PO_4)_3/C复合正极材料性能的影响

以甲基纤维素、壳聚糖及葡萄糖分别作为碳源,应用碳热还原法合成正极Li3V2(PO4)3/C复合材料.XRD、SEM等方法分析、表征材料的结构、形貌和电化学性能.结果表明,碳源的选择对产物的比容量、循环寿命和倍率性能等均有较大的影响.以甲基纤维素为碳源制备的单斜Li3V2(PO4)3正极材料具有较好的电化学性能,在3.0～4.5V,0.2C倍率下,其初始容量为130.6mAh·g-1,30次循环后放电比容量仍可达到108mAh·g-1.     

锂离子电池正极材料LiMnPO_4/C的合成研究

以间苯二酚甲醛树脂作碳源,由固相法合成LiMnPO4/C复合材料.研究不同合成温度和时间对产物形貌、结构以及电化学性能的影响.结果表明,600℃热处理3 h制得的LiMnPO4/C粒径细小且分布均匀,一次颗粒粒径100～300 nm.0.02C下首次放电容量达到121.6 mAh.g-1,充放电循环20次仍可维持在11...     

微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4

研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法.采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料.通过XRD、SEM和恒流充放电测试,对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析.与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较.结果表明,微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料;在650 ℃时处理12 min,获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物,该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能.在60℃下以C/20倍率(电流密度,1C=160mA·g-1)进行充放电,首次放电容量为119.5 mAh·g-1,10次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1.与传统高温固相法相比,微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

钼掺杂磷酸钒锂正极材料的制备及其电化学性能研究

以Li2CO3,NH4H2PO4,V2O5和MoO3为原料,柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶凝胶法制备了锂离子正极材料Li3MoxV2-x(PO4)3/C (x = 0.01, 0.02和0.03). X射线衍射（XRD）表明,合成的材料具有单一的单斜晶系结构,空间群为P21/n. 扫描电镜（SEM）显示Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C具有均一的表面形貌。恒流充放电测试表明,当x = 0.02时,掺杂后的Li3Mo0.02V1.98(PO4)3具有最佳的电化学性能. 在1C倍率下,3.0 ~ 4.3 V电位区间,Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C的首次放电比容量达到122.3 mAh?g-1,循环50周之后,容量没有衰减的迹象;而当x = 0, 0.01和0.03时,首次放电比容量仅分别为117.1 mAh?g-1,115.1 mAh?g-1和116.0 mAh?g-1. 在3C和5C倍率下,样品Li3Mo0.02V1.98 (PO4)3/C仍能保持优异的循环稳定性.     

镱掺杂LiFePO4/C正极材料结构和电化学性能

采用高温固相法制备LiFe1-xYbxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)锂离子电池正极材料,并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),循环伏安测试(CV)及交流阻抗测试(EIS)等方法进行结构和电化学性能的测试。XRD分析结果表明LiFe1-xYbxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)样品具有橄榄石型晶体结构。Yb的掺杂导致LiFePO4晶格中c轴方向的P-O键长增加,其中x=0.08样品具有最长的P-O键长。SEM图表明Yb的掺杂可明显细化颗粒,其中x=0.08时样品粒径为200 nm,比未掺杂样品降低了约2.5倍。电化学性能测试表明,Yb的掺杂使样品的放电容量增加,循环稳定性能提高。在-20～40℃温度区间内,放电容量随温度的升高而增加,其中x=0.08的样品40℃时放电容量为150 mAh.g-1,但测试温度达到60℃时,放电容量急剧下降。EIS测试表明Yb的掺杂可以明显改善电极表面电化学反应的动力学性能,降低电荷转移电阻,提高交换电流密度。     

稀土Sm掺杂LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能

采用高温固相法制备LiFe1-xSmxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)锂离子电池正极材料,并用XRD,SEM,CV及EIS等方法进行结构和电化学性能的测试。结果表明,通过该法制得的样品均具有橄榄石型晶体结构。Sm的掺杂可明显细化颗粒,并导致LiFePO4晶格中c轴方向的P-O键长增加,其中x=0.08样品P-O键长最大(0.152 8 nm),明显大于未掺杂样品的键长(0.142 2nm)。电化学性能测试表明,掺杂后LiFePO4的放电容量增加,循环稳定性能提高。在-20～40℃的温度区间内,放电容量随温度的升高而增加,其中x=0.08的样品40℃时放电容量为159 mAh.g-1,但测试温度达到60℃时,放电容量急剧下降。EIS测试表明Sm的掺杂可以明显改善电极表面电化学反应的动力学性能,降低电荷转移电阻,提高交换电流密度。     

磷酸钒锂溶胶-凝胶制备及电化学性能研究

以柠檬酸为螯合剂和碳源,应用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极Li3V2(PO4)3/C.XRD、SEM及恒电流充放电等测试表明,所得样品经800℃、12 h焙烧后具有单一晶相结构,粒度相对较小,分布均匀.0.1C、0.5C和1C放电首次比容量分别为153.0、143.1和130.6 mAh.g-1,50次循环容量效率分别为93.1%,85.4%和77.3%,充电效率达80%,放电电压较高.