氧化体系对LiFePO4化学脱锂的影响

化学脱锂被广泛用于研究锂离子电池活性材料脱锂前后结构与性能的相互关系。本文通过改进的固相烧结法制备了粒径约12.61μm的超大颗粒LiFePO₄粉末,分别在乙腈和水溶液体系中采用NO₂BF₄和K₂S₂O₈作为氧化剂对其进行化学脱锂,探讨了两种氧化体系所得到的FePO₄在晶体结构、颗粒形貌和电化学性能等方面的差异。实验结果表明,溶剂亦高度参与了脱锂反应,特别是K₂S₂O₈氧化得到的FePO₄中存在大量O-H基团,除未被烘干的H₂O外,说明Li_xFePO₄（0≤x≤1）在强氧化性水溶液中可能存在质子嵌入。伴随反应过程中搅拌分散、物质溶解、化学脱锂和质子嵌入等协同作用,使所得FePO₄的晶胞体积和颗粒尺寸明显减小,最终导致充放电曲线畸变、阻抗增大和容量降低。虽然低温退火可去除大部分O-H,但是不可逆的结构和形貌改变导致电池性能依然无法与初始LiFePO₄相比。与此相反,采用NO₂BF₄有机溶液体系脱锂得到的FePO₄没有发生明显的结构、形貌和性能变化,因而是一种更加可靠的LiFePO₄化学脱锂体系。     

高效锂离子筛吸附剂MnO2•0.5H2O的软化学合成及吸附性能研究

以MnCl₂•4H₂O, LiOH•H₂O等试剂为初始原料, 采用溶胶-凝胶、水热处理、固化等软化学合成步骤制备了锂离子筛前驱体Li_1.6Mn_1.6O₄, 并经稀盐酸抽锂后得到了高选择性锂离子筛吸附剂MnO₂•0.5H₂O. 着重对合成过程中锂锰比, 氧化剂用量等因素影响进行了探讨, 并对所制备吸附剂的吸附性能进行了研究. 结果表明, 经软化学合成步骤制备的锂离子筛对Li^＋有良好的吸附量和选择性, 在未来从海水、卤水等液态锂资源富集或提取锂的应用中具有很大的潜力.     

LixNi0.5Co0.5O2的态密度计算及电化学性能研究

>为获得综合性能更好的锂离子二次电池正极材料, 分析了Co掺杂对Li_xNiO₂电化学性能的影响. 采用密度泛函DFT理论对Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的平均放电电压和态密度进行了计算. 同时, 用共沉淀法制备了Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂锂离子二次电池正极材料, 并对其进行了XRD结构分析和恒流充放电测试. 实验和计算结果表明: 随锂离子嵌入正极(电池放电), 电池的电压逐渐降低, 材料的态密度峰向低能量方向移动; 与Li_xNiO₂相比, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的电压平台相对较高(当0.25≤x≤0.5), 而且在Li^＋嵌/脱时, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的结构变化相对较小; Co离子的掺入, 减小了NiO₆八面体的畸变度, 使材料的电化学稳定性得以提高. 在钴掺杂镍酸锂体系中, NiO₆和CoO₆具有相互的稳定作用.     

LixNi0.5Co0.5O2的态密度计算及电化学性能研究

>为获得综合性能更好的锂离子二次电池正极材料, 分析了Co掺杂对Li_xNiO₂电化学性能的影响. 采用密度泛函DFT理论对Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的平均放电电压和态密度进行了计算. 同时, 用共沉淀法制备了Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂锂离子二次电池正极材料, 并对其进行了XRD结构分析和恒流充放电测试. 实验和计算结果表明: 随锂离子嵌入正极(电池放电), 电池的电压逐渐降低, 材料的态密度峰向低能量方向移动; 与Li_xNiO₂相比, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的电压平台相对较高(当0.25≤x≤0.5), 而且在Li^＋嵌/脱时, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的结构变化相对较小; Co离子的掺入, 减小了NiO₆八面体的畸变度, 使材料的电化学稳定性得以提高. 在钴掺杂镍酸锂体系中, NiO₆和CoO₆具有相互的稳定作用.     

碳气凝胶活化对于电极嵌锂性能的影响

碳气凝胶由于其对于可充电锂离子电池的高能嵌锂特性, 近年来受关注程度逐渐增加. 碳气凝胶以间苯二酚-甲醛在碳酸钠催化下, 通过溶胶-凝胶工艺、常压干燥技术、碳化、活化后制得. 经CO₂气体活化后的碳气凝胶结合了无定型和纳米多孔结构的优点, 在材料原有基础上丰富了多孔结构, 增加了嵌锂点位. 其中, 微孔提供了高比表面积和孔体积以容纳锂及其化合物; 介孔则提供了锂离子大量传输的通道, 从而使得电极具有更高的离子电导率. 这些微结构的优化使材料获得了更高的嵌锂比容量. 此外, 活化碳气凝胶显示了2032 m²·g^-1的比表面积. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的测试结果分别表明了其无定型特质以及纳米颗粒的网络状骨架. 该材料在首次和第50次恒流充放电(50 mA·g^-1)循环的嵌锂容量分别为3870和352 mAh·g^-1, 对应的可逆容量分别为658 和333 mAh·g^-1. 表明了CO₂活化对于改善碳气凝胶嵌锂性能的可行性, 且对于其它多孔电极材料的制备及特性优化提供了一种途径.     

新合成方法制备的LiCoO2正极材料的结构和电化学性能研究

采用新合成方法制备了锂离子二次电池正极材料LiCoO₂。通过ICP-AES、XRD、SEM、电化学方法等测试分析了所合成材料的物理性质和电化学性能，并与商品LiCoO₂材料作了对比研究。同时分别以国产MCMB和石墨作负极活性物质、合成的LiCoO₂作正极活性物质做成锂离子电池，对其电化学性能进行了测试。实验结果表明，所合成的LiCoO₂材料的电化学性能优于其它两种商品LiCoO₂材料，其初始放电容量为155.0 mAh·g^-1，50次循环后的容量保持率达95.3%，而且以此为正极的锂离子电池也表现出优良的电化学性能。计时电位分析结果还表明，合成的材料在充放电循环过程中发生了三次相转变过程，但相变过程具有良好的可逆性。     

层状钛硅酸盐化合物作为锂离子电池负极储能材料

锂离子二次电池是手提设备的重要电力来源。近年来, 人们为了寻找更新颖更好的锂离子电极材料, 开始研究晶形离子交换材料, 这种材料具有开放孔道, 能够让离子在多孔框架里自由的进出。一种具有层状结构的钛硅酸盐Na-JDF-L1(Na₄Ti₂Si₈O₂₂·4H₂O)经过离子交换后被用作锂离子负极材料。它在循环200次后放电容量保持在364 mAh·g^-1, 并且库伦效率约为100%。通过将TiO₂引入Li(Na)-JDF-L1中, 有效的提高了材料的首次库伦效率和倍率放电性能。     

层状钛硅酸盐化合物作为锂离子电池负极储能材料

锂离子二次电池是手提设备的重要电力来源。近年来,人们为了寻找更新颖更好的锂离子电极材料,开始研究晶形离子交换材料,这种材料具有开放孔道,能够让离子在多孔框架里自由的进出。一种具有层状结构的钛硅酸盐Na-JDF-L1(Na₄Ti₂Si₈O₂₂·4H₂O)经过离子交换后被用作锂离子负极材料。它在循环200次后放电容量保持在364 mAh·g^-1,并且库伦效率约为100%。通过将TiO₂引入Li(Na)-JDF-L1中,有效的提高了材料的首次库伦效率和倍率放电性能。     

锂离子电池高比容量FeSn2-C复合负极材料的合成与性能

Sn基合金负极材料具有高达990 mAh·g^-1的理论比容量,但其也存在因脱嵌锂过程发生巨大的体积变化而导致循环性能较差的问题. 本文以Sn、Fe、石墨为原料利用简易的高能球磨法成功制备了具有核壳结构的FeSn₂-C复合物,系统研究了球磨时间、FeSn₂相含量对材料物相结构及电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理. 研究表明,球磨时间的增加有利于FeSn₂金属间化合物相的形成及材料颗粒的细化,进而有利于材料比容量的增加及循环性能的提升;FeSn₂相含量的增加能够提高FeSn₂-C材料的比容量,但会降低FeSn₂-C电极的循环稳定性. 经工艺优化及组分调节,球磨24 h合成的Sn₂₀Fe₁₀C₇₀材料具有最优的电化学性能,材料的比容量在540 mAh·g^-1左右,并能稳定循环100次,是一种非常有发展前途的锂离子电池高比容量负极材料.     

CuO表面修饰锐钛矿TiO2纳米管阵列及其电化学嵌锂性能

以（CH₂OH）₂、NH₄F和HCl为电解液,纯Ti片、CuCl₂和NaNO₃为主要原料,联用阳极氧化和水热法制备CuO表面修饰锐钛矿TiO₂纳米管阵列锂离子电池负极材料（CuO/TiO₂）。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射（XRD）,研究样品的形貌特征、元素分布、价态和微观物相组成。利用电池充放电测试仪和电化学工作站,探讨材料的电化学嵌锂性能。结果表明,表面修饰后的锐钛矿TiO₂纳米管阵列外侧出现了大量绒毛状纳米CuO,单个绒毛结构的宽度约4 nm,长度约10 nm。在0.3C的电流密度下进行恒电流充放电测试,首次放电容量为550 mAh·g^-1,充电容量为490 mAh·g^-1。50次循环后,可逆电流容量仍保持在320 mAh·g^-1,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

层状正极材料LiNi1/6Co1/6Mn2/3O2的制备及电池性能

0引言为解决目前日益严重的汽车尾气排放对城市空气造成污染问题,作为绿色能源的锂离子电池已成为动力电池的首选对象。国际上,高容量、大功率锂离子电池早于1995年已开始研制。1996年,我国天津电源研究所也进行了大容量锂离子蓄电池及电池组的探索[1]。目前,锂离子电池的正极材料是制约其大规模推广应用的关键。现研究的正极材料主要包括具有层状结构的LiCoO2,LiN iO2和LiM nO2及具有尖晶石结构的LiM n2O4等。其中LiC oO2作为目前唯一已经商业化的正极材料具有理论容量高、可循环性能好等优点,但因Co资源的相对缺乏导致其价格高昂。…     

泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2纳米线网状结构电极的制备及其电催化析氧性能

通过两步水热法制备泡沫镍(NF)负载Fe_2O_3纳米粒子@Ni_3S_2纳米线网状结构电极(Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF)。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附测试等方法对电极材料的物相和微观结构特征等进行了表征。水热条件下原位表面化学刻蚀生成的Ni_3S_2纳米线与三维多孔NF基体间拥有强结合力和低界面电阻,Fe_2O_3粒子均匀分布在纳米线的表面。在1 mol·L~(-1)的KOH溶液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、计时电位法、电化学交流阻抗测试(EIS)等对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试。结果表明:在100 mA·cm~(-2)的超高电流密度下,Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF电极的OER过电势仅为223 mV,比Ni_3S_2/NF材料的过电势降低了285 mV;经过10 h计时电位测试,性能保持率高达80%。     

LiCoO2梯度包覆LiNi0.96Co0.04O2电极材料的电化学性能

镍钴酸锂(LiNi0.8Co0.2O2)与目前商业用锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO2)相比,具有成本低、实际比容量高和环境友好等优势。但LiNi0.8Co0.2O2的充放循环性能还有待提高,对其进行阳离子掺杂或表面修饰可以改善其电化学性能,这方面的研究已经成为热点。Fey等人[1]用溶胶凝胶法制     

Li2O-TiO2-SiO2-P2O5和Li2O-TiO2-Al2O3-P2O5体系锂离子固体电解质的制备及性能研究

一些具有NASICON型网格结构的固体电解质具有高的电导率和好的稳定性,NASICON的意思是Na Super Ionic Conductor[1]。当NaZr2(PO4)3中P5 被Si4 部分取代时便可以得到具有NASICON结构的Na1 xZr2SixP3-xO12体系,其具有高的钠离子电导率。然而有相同结构的Li1 xZr2SixP3-xO12体系的离子电导率却很低,这是因为Li 半径太小,而NASICON三维网格结构的离子通道太大,两者不匹配而使电导率下降[2]。但当LiZr2(PO4)3中Zr4 被离子半径小些的Ti4 取代,所得LiTi2(PO4)3的通道就与Li 半径相匹配,适合于锂离子的迁移,从而使其电导率…     

铝热反应法制备双股类螺旋Zn2SnO4单晶纳米带

综合利用化学气相沉积、铝热反应法、汽-液-固生长法、极性面融合和稳态湍流动力学控制来大量制备双股类螺旋Zn₂SnO₄单晶纳米带. 该材料属于面心立方尖晶石型透明半导体, 在光伏器件和湿度与可燃气体传感器中有着广泛的应用. 扫描电镜、透射电镜、电子衍射、X射线衍射、拉曼光谱以及光发射等技术分析表明所得的双股类螺旋纳米带是由两个独立的Zn₂SnO₄纳米带通过扭曲纠缠和融合而成. 该双股类螺旋纳米带实际上是在轴向具有周期性的超晶格材料. 光致发光测量表明该纳米带在326.1 nm处出现强发射峰, 线宽约为1.5nm. 本研究所采用的综合制备法中的铝热反应法和稳态湍流微扰法可能有助于类似材料的控制制备.     

溶胶-凝胶法制备Li3V2(PO4)3及其性能研究

0引言具有类NASICON结构的Li3V2(PO4)3是继过渡金属氧化物LMO后的一种新型的锂离子二次电池正极材料。与目前市场上应用最为广泛的正极材料LiCoO2相比,Li3V2(PO4)3具有超常的稳定性,即使在脱出的Li 与过渡金属原子的物质的量之比大于1的时候仍然具有超乎寻常的稳定性,而通常情况下1mol LiCoO2在脱出0.5mol Li 就会变得不稳定。并且Co是一种战略物资,全球储量十分有限;Co也是一种有毒金属,对于环境污染较为严重。LiNiO2因其合成较为困难而使应用受限,尖晶石LiMn2O4虽然属于环境友好型化合物,但其理论比容量仅为148mAh·g-1,且…     

Synthesis of nano-sized crystalline oxide ion conducting fluorite-type Y2O3-doped CeO2 using perovskite-like BaCe0.9Y0.1O2.95 (BCY) and study of CO2 capture properties of BCY

Formation of nano-sized Y₂O₃-doped CeO₂ (YCO) was observed in the chemical reaction between proton conducting Y₂O₃-doped BaCeO₃ (BCY) and CO₂ in the temperature range 700-1000 °C, which is generally prepared by wet-chemical methods that include sol-gel, hydrothermal, polymerization, combustion, and precipitation reactions. BCY can capture CO₂ of 0.13 g per ceramic gram at 700 °C, which is comparable to that of the well-known Li₂ZrO₃ (0.15 g per ceramic gram at 600 °C). Powder X-ray diffraction (PXRD), energy dispersive X-ray analysis (EDX), laser particle size analysis (LPSA), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and ac impedance spectroscopy were employed to characterize the reaction product obtained from reaction between BCY and CO₂ and subsequent acid washing. PXRD study reveals presence of fluorite-like CeO₂ (a=5.410 (1) Å) structure and BaCO₃ in reaction products. TEM investigation of the acid washed product showed the formation of nano-sized material with particle sizes of about 50 nm. The electrical conductivity of acid washed product (YCO) in air was found to be about an order higher than the undoped CeO₂ reported in the literature.     

The reaction of MgCl2·4H2O with CCl2F2

A new reaction of MgCl₂·4H₂O with CCl₂F₂ is investigated by DTA and TG from room temperature to 350 °C. It is observed that MgF₂ was obtained between 252 and 350 °C, Below the temperature, MgCl₂·4H₂O dehydrates and hydrolyzes to MgCl₂ and Mg(OH)Cl, which are the real reactants of the reaction with CCl₂F₂. The formation of MgF₂ is ascribed to the reaction of MgCl₂ and Mg(OH)Cl with HF, which forms by decomposition of CCl₂F₂ with the taking part in of H₂O released from dehydration of hydrated magnesium chloride on the surface of MgCl₂ and Mg(OH)Cl, which catalyzes the decomposition of CCl₂F₂ in this case. Consequently, the reactions are tested in the fluid-bed condition. It is found that MgF₂ formed at temperatures down to 200 °C in a fluid-bed reactor. This reaction may be used as a method of disposing of the environmentally sensitive CCl₂F₂ (rather than release into the atmosphere). It is also a method for the preparation of MgF₂.     

Ti3C2Tx/MnO2正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO₂)材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO₂负载在Ti₃C₂T_x表面形成Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^-1 ZnSO₄、2 mol·L^-1 ZnSO₄+0.1 mol·L^-1 MnSO₄、30 mol·L^-1三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^-1三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^-1 ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti₃C₂T_x/MnO₂在2 mol·L^-1 ZnSO₄中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^-1 TEAOTf+1 mol·L^-1 ZnOTf),不仅提高了Ti₃C₂T_x/MnO₂材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。     

Li3V2(PO4)3/C的P123辅助流变相法制备及电化学性能

以V₂O₅、NH₄H₂PO₄、LiOH、柠檬酸、三嵌段聚合物表面活性剂P123为原料, 用流变相(RPR)法制备了Li₃V₂(PO₄)₃/C正极材料. 用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等方法表征, 结果表明: 材料为单一纯相的单斜晶体结构, 颗粒均匀并呈现珊瑚结构; 恒流充放电, 循环伏安(CV)及电化学交流阻抗(EIS)等电化学性能测试表明, 采用P123 辅助合成材料电化学性能明显优于未采用P123 辅助合成材料. 3.0-4.3 V放电区间, 0.1C充放电下P123 辅助合成Li₃V₂(PO₄)₃/C材料首次放电比容量为129.8 mAh·g^-1, 经过50 次循环后容量只衰减0.9%; 倍率性能及循环性能优异, 1C、10C、25C的首次放电比容量分别为128.2、121.3、109.1 mAh·g^-1, 50次循环后容量保持率分别为99.1%, 96.9%, 90.7%. 这归因于三嵌段聚合物P123 作为分散剂的同时也作为有机碳源在颗粒表面及间隙形成碳网络, 有利于材料导电率的改善, 降低了其电荷转移阻抗, 减小了电极充放电过程的极化现象.