快离子导体LiTi2(PO4)3在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的原位反应包覆及其电化学性能

通过原位反应法,利用富镍层状金属氧化物LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（LNCM811）正极材料表面残余的氢氧化锂和碳酸锂,与C₈H₂₀O₄Ti和（NH₄）H₂PO₄反应,在LNCM811表面原位生成快离子导体LiTi₂（PO₄）₃（LTP）包覆层。这种原位反应的包覆方法有利于移除LNCM811表面有害的残留物氢氧化锂和碳酸锂。而且,获得的LTP均匀包覆层不仅可以有效地抑制LNCM811表面和电解液的直接接触及其副反应,还可以确保充放电循环过程中LNCM811正极材料的快速Li⁺传导。因此,在LTP包覆层的多重作用下,LTP包覆的LNCM811正极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能：在0.2C时,首次放电比容量高达200.6 mAh·g^-1,200圈后的可逆容量依然有155.7 mAh·g^-1;在2C和5C的高电流密度下,200圈后的可逆容量仍然有126.4和111.9 mAh·g^-1。     

钒掺杂对正极材料LiFePO4/C的电化学性能影响

以LiH₂PO₄和廉价的Fe₂O₃为原料,葡萄糖为有机碳源,通过选择高价V⁵⁺进行铁位掺杂固相合成碳包覆复合改性的LiFe_1-xV_xPO₄/C（x=0,0.01,0.03,0.05,0.07,0.1）材料。700℃下处理得到结晶性好、电化学性能良好、较高振实密度ρ=1.2g·cm^-3的材料。X射线光电子能谱（XPS）测试结果表明掺入的钒为高价态V⁵⁺,能产生更多的过剩电子,从而提高了电子电导率,且V⁵⁺的掺入没有改变Fe的价态。交流阻抗测试结果进一步证明了V⁵⁺的掺入降低了电荷迁移阻抗,提高了材料的电子电导率。其中优化的材料LiFe_0.95V_0.05PO₄显示了不同倍率下良好的充放电比容量,在0.1C、1C、2C和5C倍率的放电比容量分别为155、146.5、135.3和125.9mAh·g^-1,5C循环500次后容量为119.5mAh·g^-1,容量保持率为94.9%,材料循环性能较好,具有良好的实际应用价值。     

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。     

碳包覆改性制备高倍率性能的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

采用碳酸盐共沉淀-高温固相法制备了一系列表面碳包覆改性（w=1.0%,2.0%,3.0%）的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料,借助X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电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,碳成功地包覆在了材料颗粒的表面,碳包覆改性后的材料具有良好的α-NaFeO₂结构（空间群为R3m）,且随着包碳量的增加,一次颗粒平均尺寸逐渐增大（从177 nm增至209 nm）。表面的无定形碳层可以提高材料的电子导电率,减少电极材料与电解液的副反应,故而碳包覆材料的电化学性能都有了一定程度提升。包覆碳量为2.0%的样品高倍率和长循环性能最好,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,容量保持率为93%;在0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C和20C时的放电比容量分别为：155、148、145、138、127、116、104和96 mAh·g^-1。在超高倍率50C（9 A·g^-1）时,其放电比容量还能达到62 mAh·g^-1（原始LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料仅为30 mAh·g^-1）,倍率性能十分优异。     

PO43-掺杂和AlF3包覆协同增强Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料电化学性能

本研究采用PO₄^3-掺杂和AlF₃包覆的协同改性策略制备了P-LNCM@AlF₃正极材料(P=PO₄^3- ,LNCM=Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂),提高了LNCM的结构稳定性以及抑制了界面副反应。其中,大四面体的PO₄^3-聚阴离子掺杂在晶格中抑制了过渡金属离子的迁移,降低体积变化,从而稳定了晶体结构,而且PO₄^3-掺杂能够扩大锂层间距,促进Li⁺的扩散,从而提升材料的倍率性能。此外,AlF₃包覆层能抑制材料与电解液的副反应从而提升界面稳定性。基于以上优势,P-LNCM@AlF₃正极表现出了优异的电化学性能。在1C电流密度下表现出了179.2 mAh·g^-1的放电比容量,循环200圈后仍有161.5 mAh·g^-1的放电比容量,容量保持率可达90.12%。即使在5C的高电流密度下仍可提供128.8 mAh·g^-1的放电比容量。     

ZnCo2O4纳米颗粒组装的毛线团状的微球用于锂离子电池负极材料

通过液相共沉淀法获得Zn和Co的前驱,经过600℃煅烧处理获得ZnCo₂O₄纳米颗粒组装的毛线团状的微球。电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下循环200次可逆比容量保持为965 mAh·g^-1;在0.8 A·g^-1的电流密度下循环350次可逆比容量保持为882 mAh·g^-1。倍率性能测试表明在2 A·g^-1的电流密度时可逆比容量为736 mAh·g^-1。     

ZnCo2O4纳米颗粒组装的毛线团状的微球用于锂离子电池负极材料

通过液相共沉淀法获得Zn和Co的前驱,经过600℃煅烧处理获得ZnCo₂O₄纳米颗粒组装的毛线团状的微球。电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下循环200次可逆比容量保持为965 mAh·g^-1;在0.8 A·g^-1的电流密度下循环350次可逆比容量保持为882 mAh·g^-1。倍率性能测试表明在2 A·g^-1的电流密度时可逆比容量为736 mAh·g^-1。     

CeO2表面修饰提高锂离子电池正极材料LiNi0.80Co0.15Al0.05O2的循环及存储性能

采用共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂。通过溶胶凝胶法对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂材料进行表面修饰提高循环和存储性能,包覆后的材料经过600℃热处理4 h。测试结果显示,0.2C下,CeO₂包覆量为0.02%(物质的量比)时首次放电比容量为182.44 mAh·g^-1,与未包覆样品相比没有下降;同时包覆后拥有更优的容量保持率,在2.75~4.3 V,0.5C下,100次循环后容量保持达到85.96%。包覆CeO₂不仅可以阻止电极与电解液之间的副反应,而且高氧化性CeO₂包覆层可以提前与电解液反应,从而消耗电解液中痕量的水和HF,保护内部活性材料。     

核壳结构的Co3O4@δ-MnO2/Pt作为锂氧电池高效催化正极

通过简易、可控的水热方法在泡沫镍基体上直接生长了核壳结构的阵列型Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极。阵列电极有利于电极的润湿、氧气的传输和Li₂O₂的负载。Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极对氧还原和氧析出反应具有高的催化性能,可促使Li₂O₂依附Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt阵列生长,从而保持阵列结构。该生长行为有利于Li₂O₂在充电时分解。以Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt为催化正极的锂氧电池显示出高的容量（在电流密度100 mA·g^-1时容量为2 480 mAh·g^-1）,以及长的循环寿命（容量限定在500 mAh·g^-1时,在200 mA·g^-1电流密度下,可循环65次）,该性能超过了使用Co₃O₄或Co₃O₄@δ-MnO₂催化剂的电池。     

EDTA辅助合成Li2MnSiO4/C纳米复合锂离子电池正极材料及性能

以乙二胺四乙酸（EDTA）为配位剂,采用溶胶凝胶和溶剂热法相结合的方法合成了Li₂MnSiO₄/C纳米复合正极材料。经过EDTA配位的锂锰硅前驱体在氩气中经过700℃煅烧后,产生为颗粒尺寸约为50nm的Li₂MnSiO₄/C纳米复合粉体。在0.1C=33mA·g^-1进行充放电测试时,其首次充电和放电比容量分别为223和140mAh·g^-1,第5次循环放电比容量仍为138mAh·g^-1;电流密度升至0.2C=66mA·g^-1时,在第20次循环的放电比容量仍可稳定在80mAh·g^-1左右。这些结果表明,EDTA的配位作用可抑制杂相的形成,这种分散性相对较好的纳米复合粉体Li₂MnSiO₄正极材料表现出提高的循环稳定性。     

磷酸铁锂废料中FePO4·2H2O提取及其杂质形成机理

采用化学共沉淀方法从磷酸铁锂废料中提取FePO₄·2H₂O,并研究了回收过程中杂质形成的机理。在热力学计算基础上绘制了298和363 K时Fe-P-Li-H₂O体系的电势(φ)-pH图,结果表明当pH≤5.0时,Fe(OH)₃相可以自发地转成FePO₄·2H₂O相,从而得到高纯的FePO₄·2H₂O。但实验结果发现当溶液中铁、磷的物质的量之比(n_Fe∶n_P)为1∶1,合成pH为1.5～2.2时得到的FePO₄·2H₂O中存在Fe(OH)₃杂质,这是因为在共沉淀过程中少量Fe³⁺以Fe(OH)₃快速沉淀,而陈化时Fe(OH)₃相转化速率慢,因此FePO₄·2H₂O中含有Fe(OH)₃     

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。     

高能量密度LiMn0.6Fe0.4PO4/C的制备及其电化学性能

以Mn(NO_3)_2、Fe(NO_3)_3·9H_2O、NH_4H_2PO_4、LiOH·H_2O为原材料,采用改进的溶胶凝胶法制备了具有高能量密度的Li Mn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料。该方法通过金属和多种配体配位构筑的框架,把得到的一次纳米颗粒构筑为类球形的二次颗粒,即发挥了纳米材料优异的电化学性能,又提高了材料的压实密度,电池的能量密度可提升约30%。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗谱(EIS)、振实密度、粒度以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了较系统的研究,结果表明此方法制备的LiMn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料不仅具有较高的振实密度和电压平台,还具有优异的电化学性能:振实密度为1.3 g·cm~(-3),且在1C倍率下,放电中值电压为3.85 V,100次循环后,比容量仍有142.3 mAh·g~(-1),容量保持率为99.4%。     

松针状NiCo2O4@碳布复合材料在锂硫电池中的应用

以碳布（CC）作为柔性基底,采用水热法在其表面原位生长松针状网络结构NiCo₂O₄,制得NiCo₂O₄@CC复合材料,并应用于锂硫电池。NiCo₂O₄在碳纤维表面竖直生长形成三维纳米针簇网络,为硫的存储提供更多的空间,有效缓解硫电极的体积膨胀。通过吸附实验,证明了NiCo₂O₄@CC能有效吸附多硫化物,从而抑制多硫化物的穿梭效应。与CC/S相比（933 mAh·g^-1）,NiCo₂O₄@CC/S复合材料用于锂硫电池具有更优异的电池性能,在0.1C下初始放电比容量高达1 467 mAh·g^-1,在0.2C下初始放电比容量为1 098 mAh·g^-1,经200次循环后,放电比容量仍然保持在879 mAh·g^-1,平均每圈衰减率为0.09%,表现出良好的循环性能。     

Determination of the Lamb-Mössbauer factors of LiFePO4 and FePO4 for electrochemical in situ and operando measurements in Li-ion batteries

⁵⁷Fe Mössbauer spectroscopy is a powerful tool to investigate redox reactions during in electrochemical lithium insertion/extraction processes. Electrochemical oxidation of LiFe^IIPO₄ (triphylite) in Li-ion batteries results in Fe^IIIPO₄ (heterosite). LiFePO₄ was synthesized by solid state reaction at 800 °C under Ar flow from Li₂CO₃, FeC₂O₄·2H₂O and NH₄H₂PO₄ precursors in stoichiometric composition. FePO₄ was prepared from chemical oxidation of LiFePO₄ using bromine as oxidative agent. For both materials a complete ⁵⁷Fe Mössbauer study as a function of the temperature has been carried out. The Debye temperatures are found to be θ_M=336 K for LiFePO₄ and θ_M=359 K for FePO₄, leading to Lamb-Mössbauer factors f_300 K=0.73 and 0.77, respectively. These data will be useful for a precise estimation of the relative amounts of each species in a mixture.     

中空分级结构Fe3O4@C/rGO复合材料的合成及其储锂性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,Fe(NO_3)_3·9H_2O、异丙醇、甘油为原料,通过溶剂热法和后续热处理过程2步合成了Fe_3O_4@C/rGO复合材料,实现了碳包覆的Fe_3O_4纳米粒子自组装形成的分级结构空心球在氧化石墨烯片上的原位生长。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒流充放电等手段分析了材料的物理化学性能与储锂性能。结果表明,该复合材料在5.0 A·g~(-1)的电流密度下,仍有437.7 mAh·g~(-1)的可逆容量,在1.0 A·g~(-1)下循环200圈后还有587.3 mAh·g~(-1)的放电比容量。这主要归因于还原态氧化石墨烯(rGO)对碳包覆Fe_3O_4分级空心球整体结构稳定性和导电性的提高。     

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_1.0Na_0.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂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_0.77MnO_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 mAh·g^-1和215.8 mAh·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 mAh·g^-1和106.2 mAh·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Li₂MnO₃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Ni²⁺、Co³⁺、Mn⁴⁺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。     

Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料

以金属硫酸盐为原料,NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,用共沉淀法合成了Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05(OH)前驱体,再进行配锂并通过高温固相法合成了Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料Li(Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05)O₂。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、 循环伏安(C-V)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明Ni-Mn共掺杂正极材料Li(Co_0.9Ni_0.05Mn_0.05)O₂有优秀的电化学性能:在3.0~4.4 V和3.0~4.5 V区间,0.5C倍率下首次放电比容量分别为162 mAh·g^-1和187 mAh·g^-1,循环100次后容量保持率分别为94%和94%。     

金属有机框架衍生的高性能锂离子电池负极Co3O4/C复合材料

为克服Co_3O_4负极材料导电率低、循环稳定性差的缺点,选择Co_2(NDC)_2DMF_2(NDC=1,4-萘二甲酸根)为前驱体采用两步煅烧工艺,制备了具有高碳含量的Co_3O_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对样品进行了表征。采用热重分析法(TGA)测定了Co_3O_4/C中非晶态碳的含量。作为锂离子电池的负极材料,Co_3O_4/C具有高的可逆比容量、优异的循环性能(在200 m A·g~(-1)的电流密度下,循环200圈后放电比容量稳定保持在1 000 mAh·g~(-1))和良好的倍率性能(在100、200、500、1 000和2 000 mA·g~(-1)的电流密度下,放电比容量为分别1 076.3、976.2、872.9、783.6和670.1 mAh·g~(-1))。材料优异的电化学性能归结为有机配体衍生的高含量非晶态碳的导电和缓冲作用有利于电子的快速传递并有效减缓了金属氧化物充放电过程中的体积膨胀。