阴阳离子复合掺杂对尖晶石型正极材料的影响

采用高温固相法合成了复合离子掺杂的尖晶石型锰酸锂Li_1.02CraCobLacMn₂－a－b－cFyO₄－y(a，b，c＝0，0.01，0.02；y＝0，0.02)正极材料. XRD表征合成物均具有良好的尖晶石型结构. 充放电表明多元复合掺杂产物Li_1.02Cr_0.01Co_0.02La_0.01Mn_1.96F_0.02O_3.98作为锂离子电池正极材料较未掺杂或仅掺杂阳离子的材料能够更好地抑制可逆容量在充放电循环中的衰减，80次循环充放电比容量（120.1～113.5 mAh•g-1）仍保持94.5％以上. 高温(55 ℃)循环性能也有较大的改善. 交流阻抗测试结果表明该材料在充放电平台附近有较小的阻抗和良好的充放电可逆性.     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2-x-y-zTlxAlyMzO4(M=Co、Cr、Ni)的合成及电化学性能研究

采用同时掺杂Tl、Al和M(M=Co、Cr和Ni)三种金属原子和改进固相反应的方法合成了复合尖晶石正极材料 LiMn_2-x-y-zTl_xAl_yM_zO₄，并采用XRD、SEM、TEM、循环伏安和电化学测试考察了它的物理性质和电化学性能。结果表明，所合成的正极材料具有与母体LiMn₂O₄尖晶石同样完整的尖晶石结构，规则的形貌和均匀的粒径分布。当M为Co和Cr时，目标材料的平均粒径约800nm，且具有良好的电化学性能，其首次充电容量分别为123.70mAh·g^-1和121.30mAh·g^-1，首次放电容量分别为117.30mAh·g^-1和115.70mAh·g^-1。当M为Ni时，材料的电化学性能相对较差。循环伏安和充放电曲线表明该正极材料的充放电分别为两步脱锂和插锂机理。当Li掺杂量较小时，目标材料在充放电过程中均各有两个平台。随着Li掺杂量的增加，充放电平台有由两个逐渐转变为一个的趋势。当M为Co或Cr时，该正极材料不仅拥有较高的比容量和常温循环稳定性能，而且还具有较优良的高温循环稳定性能，这可能主要归因于三种金属的协同作用使目标材料的结构更加稳定，这也使该材料有可能成为电动车电池的较佳正极材料。     

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。     

Mg、Ti离子复合掺杂改性磷酸铁锂正极材料及其电池性能

在氮气气氛下采用高温固相方法, 合成了Mg、Ti 离子复合掺杂改性的锂离子电池正极材料(Li_0.98Mg_0.01)(Fe_0.98Ti_0.01)PO₄/C, 并通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和充放电循环对材料进行性能表征. 测试结果表明, 复合离子掺杂可显著改善材料的电化学性能, 模拟电池在0.2C和1C倍率下的放电比容量分别为154.7 和146.9 mAh·g^-1. 以此复合掺杂样品为正极材料组装60 Ah动力电池, 其3C倍率放电容量仍保持为1C倍率放电容量的100%; 低温0 和-20 °C测试条件下, 动力电池放电容量分别保持为常温初始放电容量的89.7%和63.1%; 在常温1C/1C充放电条件下, 经过2000次循环后, 电池容量依然保持为初始放电容量的89%, 显示出优良的倍率放电性能和循环性能. 研究结果表明, Mg、Ti 离子复合掺杂改性的磷酸铁锂正极材料及其电池具有优良的放电性能和循环稳定性, 可广泛应用于电动(或混合动力)汽车和储能电池系统.     

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.     

以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能

以(NH₄)₂S₂O₈为氧化剂用化学氧化法合成了具有多层次结构的聚苯胺颗粒，其二次颗粒由一次颗粒集结而成，一次颗粒的粒径基本上在1 μm以下，一次颗粒由多层微小薄片叠合而成. 用这种聚苯胺为活性物质制成电极，以2 mol•L^-1的H₂SO₄水溶液作电解液，组装成了聚苯胺电极超级电容器. 用循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电技术测试了该超级电容器的电化学性能.在7 mA的充放电电流下，它的比能量可达6.35 Wh•kg^-1，比功率可达132 W•kg^-1，电极材料的比容量可达408 F•g^-1. 在20 mA的充放电电流下，它的比能量可达4.39 Wh•kg^-1，比功率可达328 W•kg^-1，电极材料的比容量可达324 F•g^-1. 在100次的充放电循环中，聚苯胺电极超级电容器的电容量没有下降，电荷充放电效率一直保持在95%左右.     

溶胶-凝胶法合成Li1-xNaxMn2O4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na⁺离子掺杂的Li_1-xNa_xMn₂O₄(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na⁺取代Li⁺进入Li_1-xNa_x Mn₂O₄晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_0.97Na_0.03Mn₂O₄在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn₂O₄从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na⁺离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li_0.97Na_0.03Mn₂O₄仍有79.0 mAh·g^-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 mAh·g^-1。Na⁺离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn₂O₄的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

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.     

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。     

脉冲激光沉积LiFePO4阴极薄膜材料及其电化学性能

采用脉冲激光沉积结合高温退火的方法在不锈钢基片上制备了LiFePO₄薄膜电极. XRD谱图显示, 经650 ℃退火制得的是具有橄榄石结构的LiFePO₄薄膜. 充放电测试表明, LiFePO₄薄膜具有3.45/3.40 V的充放电平台, 与LiFePO₄粉体材料相当. 首次放电容量约为27 mAh•g^－1, 充放电循环100次后容量衰减51%.     

碳包覆碳酸钴锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

以葡萄糖作为碳源,通过简单的水热反应获得菱形碳包覆碳酸钴(CoCO₃/C)复合材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.晶型和表面形貌通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行表征,用热重-差热分析法(TG-DTA)来测试CoCO₃/C材料中碳的含量,用拉曼光谱分析无定型碳的存在. Barrett-Joyner-Halenda (BJH)则用来分析材料的孔径分布情况.实验表明,碳包覆不仅在CoCO₃颗粒表面包覆了一层无定性碳,使得CoCO₃材料在充放电过程中保持结构的稳定性,也形成了一些大约30 nm左右的介孔,这种孔的存在有助于电解液中离子的传输,从而提高材料的电化学性能.电极材料在0.90C(1.00C = 450 mAh•g^-1)倍率下进行循环测试, 500次后的容量仍保持在539 mAh•g^-1,显示出了较好的循环性能.当增加到3.00C倍率时CoCO₃/C容量为130 mAh•g^-1,再恢复到0.15C倍率时容量依然能够达到770 mAh•g^-1,表现出了CoCO₃/C具有良好的稳定性.     

分级过程对LiFePO4/C电池性能的影响

本文采用磷酸铁工艺路线制备碳包覆的磷酸铁锂（LiFePO₄/C）复合正极材料,系统考察气流粉碎分级过程对LiFePO₄/C正极材料及全电池性能的影响. 研究表明：分级前磷酸铁锂颗粒粒度较大,中值粒径为17.37μm,呈规整球形形貌,具有较高的振实密度和碳含量;分级后球形被打碎,振实减小. 全电池测试结果显示：分级过程对全电池的容量、交流内阻、直流内阻、功率密度的影响较小;但分级前电芯的低温放电容量保持率和550周的高温循环保持率分别60.1%和87.5%,明显优于分级后的49.5%和84.7%. 分级前碳层能均匀包覆在磷酸铁锂表面形成均匀导电网络,而分级过程将磷酸铁锂的碳层有一定的剥离和破坏导致性能下降.     

壳聚糖单体溶胶凝胶煅烧合成LiFePO4/C正极

本文以壳聚糖单体为碳源兼凝胶剂,利用溶胶-凝胶煅烧合成了锂离子电池LiFePO₄/C正极材料,使用XRD和SEM对合成的材料进行表征. 用恒电流充放电测试了LiFePO₄/C电极的电化学性能,当壳聚糖单体与LiFePO4摩尔比为1:1.2时,600 ^oC煅烧的LiFePO4/C电极性能最佳,其粒径分布均匀（200 ～ 400 nm）,该电极0.2C倍率放电比容量为155 mAh.g^-1,30周期循环放电比容量仍保持152 mAh.g^-1,库仑效率为97.9 %.     

磷酸铁锂表面碳包覆研究进展

橄榄石结构的LiFePO₄具有电压平台平稳、价格低廉、原料丰富和环境友好等优点,得到了人们的广泛关注. 然而,纯LiFePO₄的离子和电子导电性较差,其大范围应用受限. 研究表明,对LiFePO₄表面进行碳包覆可以有效提升其电化学性能. 结合国内外研究现状,本文综述了不同的碳包覆方法、碳源种类对LiFePO₄电化学性能的影响,以及碳包覆提升LiFePO₄正极材料电化学性能的作用机制.     

基于沸石咪唑酯骨架-8的LiFePO_4改性

商业化LiFePO_4(LFP)正极材料的导电性一直是制约其性能提高的关键。为了提高LFP的性能,利用沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)制备多孔碳材料(CZIF-8)改善商业化LFP正极材料的导电性,对比了两种改性LFP的方法:1)将退火的ZIF-8以物理混合的方法与LFP混合制得LFP/CZIF-8正极材料;2)ZIF-8在LFP表面原位生长后退火制得LFP@CZIF-8正极材料。X射线粉末衍射(XRD)、氮气吸脱附(BET)和拉曼光谱等测试证明,改性后的LFP仍具有橄榄石型结构,同时出现了具有介孔结构的石墨化碳材料的特征。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)测试证明LFP/CZIF-8样品中LFP与CZIF-8之间未形成链接结构,而在LFP@CZIF-8样品中二者形成了核壳结构。电化学阻抗测试(EIS)表明,改性后样品的离子传输阻抗明显减小,说明两种方法均提高了LFP的导电性。充放电循环测试表明,两种改性方法均能提高LFP的循环性能和库伦效率。不同的是,倍率性能测试表明,LFP/CZIF-8样品的高倍率性能比LFP@CZIF-8样品更有优势,在10.0 C电流倍率下能够达到57.8 m A·h/g。这一研究为商业化锂离子电池电极材料的改性提供了新的思路,并且通过方法优化为产业化做了铺垫。     

有机碳源对LiTi2(PO4)3/C复合水系负极性能的影响

采用喷雾干燥与高温煅烧相结合的方法制备了球形LiTi₂(PO₄)₃/C复合水系负极材料, 探讨了基于不同包覆机制的有机碳源和碳包覆量对LiTi₂(PO₄)₃/C复合负极电化学性能的影响. 结果表明, 碳包覆量过低时不足以阻止水的侵蚀, 而碳含量过高时锂离子扩散的阻力过大, 磷酸钛锂电极最优碳包覆质量分数为13%. 碳包覆的均匀性和包覆层厚度是影响电极性能的两个重要因素. 基于原位聚合包覆机制的聚多巴胺包覆磷酸钛锂颗粒最均匀, 碳化后微晶结构较好, 具有良好的电子导电性, 以聚多巴胺为碳源制备的LiTi₂(PO₄)₃/C复合负极性能最优.     

Thermal solid–solid interactions and physicochemical properties of NiO/Fe2O3 system doped with K2O

The effects of calcination temperature and doping with K₂O on solid–solid interactions and physicochemical properties of NiO/Fe₂O₃ system were investigated using TG, DTA and XRD techniques. The amounts of potassium, expressed as mol% K₂O were 0.62, 1.23, 2.44 and 4.26. The pure and variously doped mixed solids were thermally treated at 300, 500, 750, 900 and 1000 °C. The catalytic activity was determined for each solid in H₂O₂ decomposition reaction at 30–50 °C. The results obtained showed that the doping process much affected the degree of crystallinity of both NiO and Fe₂O₃ phases detected for all solids calcined at 300 and 500 °C. Fe₂O₃ interacted readily with NiO at temperature starting from 700 °C producing crystalline NiFe₂O₄ phase. The degree of reaction propagation increased with increasing calcination temperature. The completion of this reaction required a prolonged heating at temperature >900 °C. K₂O-doping stimulates the ferrite formation to an extent proportional to its amount added. The stimulation effect of potassium was evidenced by following up the change in the peak height of certain diffraction lines characteristic NiO, Fe₂O₃, NiFe₂O₄ phases located at “d” spacing 2.08, 2.69 and 2.95 Å, respectively. The change of peak height of the diffraction lines at 2.95 Å as a function of firing temperature of pure and doped mixed solids enabled the calculation of the activation energy (ΔE) of the ferrite formation. The computed ΔE values were 120, 80, 49, 36 and 25 kJ mol⁻¹ for pure and variously doped solids, respectively. The decrease in ΔE value of NiFe₂O₄ formation as a function of dopant added was not only attributed to an effective increase in the mobility of reacting cations but also to the formation of potassium ferrite. The calcination temperature and doping with K₂O much affected the catalytic activity of the system under investigation.     

LiFePO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2锂离子电池正极材料:增强的库伦效率和循环性能

In this work, we present a new design for a surface protective layer formed by a facile aqueous solution process in which a nano-architectured layer of LiFePO₄ is grown on a Li-rich cathode material, Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂. The coated samples are then calcined at 400 or 500℃ for 5 h. The sample after calcination at 400℃ demonstrates a high initial columbic efficiency of 91.9%, a large reversible capacity of 295.0 mAh·g^-1 at 0.1 C (1 C=300 mA·g^-1), and excellent cyclability with a capacity of 206.7 mAh·g^-1after 100 cycles at 1 C. Meanwhile, voltage fading of the coated sample is effectively suppressed by protection offered by a LiFePO₄ coating layer. These superior electrochemical performances are attributed to the coating layer, which not only protects the Li-rich cathode material from side reaction with the electrolyte and maintains the stability of the interface structure, but also provides excess reversible capacity.