掺杂Y~(3+)的锂锰尖晶石的合成及其电化学性能研究

采用流变相反应法合成了掺杂稀土钇离子的锂锰尖晶石LiYxMn2 -xO4 ,并对其结构和电化学性能进行了初步研究.结果表明,当掺入的Y3+的含量较低(x≤ 0 0 2 )时,得到的产物能保持完整的尖晶石结构,并表现出极佳的电化学性能.Y3+的掺入使材料的循环稳定性能大幅度提高,而这种提高是源于Y3+对尖晶石结构的稳定作用.电极材料LiY0.0 2 Mn1.98O4 显示了最优的电化学性能,在 0 2C放电速率下,其初始放电容量为 118mA·h·g-1,10 0次循环后仍能保持初始容量的 98%     

复合掺杂改性的尖晶石LiMn1.98Cr0.02O4-yCly的研究

采用改进的高温固相法合成了阴阳离子复合掺杂改性的锂离子电池尖晶石结构正极材料LiMn1.98Cr0.02O4-yCly(y=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.10). 采用X射线衍射手段对材料的晶体结构进行了表征. 从材料的晶体结构、充放电容量、循环性能和倍率放电特性等方面分析了复合掺杂在稳定晶体结构和改善材料电化学性能方面的作用. 实验结果表明, 由于复合掺杂的综合作用, 改性后的材料既保持了高的初始容量, 又具有优良的循环性能, 倍率放电性能也得到了有效的改善. 其中LiMn1.98Cr0.02O3.96Cl0.04的综合性能最优, 初始放电比容量达到127 mA·h/g以上, 循环50次后仍有110 mA·h/g的放电比容量.     

用新型的半固相方法合成掺钴尖晶石材料LiCo_xMn_(2-x)O_4及其性能研究

用一种新型的半固相法合成得到LiCo_xMn_(2-x)O_4材料，通过X射线衍射技术 和充放电实验对材料的结构及循环性能进行了研究。与传统的固相合成法相比，这 种半固相法显示了产物颗粒尺寸均匀，电化学性能良好的特点。通过对结构，组成 与电化学性能关系的探讨，对不同半固相法合成路线的选择及适当的优化，可得到 电化学性能良好的掺钴尖晶石材料，其中LiCo_(0.016)Mn_(1.984)O_4在室温下的 初始容量为118 mA·h/g，循环25周后，容量仍能保持在113 mA·h/g左右。通过这 种新型合成方法得到的掺钴尖晶石材料，在高温下也表现出了令人满意的充入电循 环性能。     

用新型的半固相方法合成掺钴尖晶石材料LiCo_xMn_(2-x)O_4及其性能研究

用一种新型的半固相法合成得到LiCo_xMn_(2-x)O_4材料，通过X射线衍射技术 和充放电实验对材料的结构及循环性能进行了研究。与传统的固相合成法相比，这 种半固相法显示了产物颗粒尺寸均匀，电化学性能良好的特点。通过对结构，组成 与电化学性能关系的探讨，对不同半固相法合成路线的选择及适当的优化，可得到 电化学性能良好的掺钴尖晶石材料，其中LiCo_(0.016)Mn_(1.984)O_4在室温下的 初始容量为118 mA·h/g，循环25周后，容量仍能保持在113 mA·h/g左右。通过这 种新型合成方法得到的掺钴尖晶石材料，在高温下也表现出了令人满意的充入电循 环性能。     

LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4的合成及其电化学性能研究

应用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法.合成了Y3+掺杂的尖晶石LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4材料.XRD、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4的倍率和循环性能.在电压区间3.5～4.9V,1C倍率下,其初始放电比容量为114.9 mAh.g-1,100次循环后放电比容量仍可达113.0 mAh.g-1,容量保持率为98.3%.掺杂Y3+能减小材料界面阻抗.     

掺锶尖晶石相-LiSrxMn2-xO4的合成和电化学性能研究

采用固相合成方法制备掺锶尖晶石型锂锰氧化物，通过X射线衍射法对材料的结构进行了表征。结果表明，当掺入的锶含量较低时，得到的产物具有尖晶石结构特征，并表现出极佳的电化学性能，材料在充放电循环90周次后仍能保持95％的容量。     

S-M(M=Cu, Co, Ti)复合掺杂层状LiMnO2 的合成及其电化学性能

用水热法合成了锂离子电池正极材料正交结构LiMnO2材料, 并对其进行S2－、大尺寸阳离子(Cu2＋, Co3＋, Ti4＋)以及硫-金属离子复合掺杂改性. 用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱分析(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、恒电流充放电、交流阻抗谱(EIS)等测试技术进行表征. 实验结果表明: 当掺入离子的含量较低时, 得到的产物能保持完整的正交结构, 并表现出较好的电化学性能. S2－和非Jahn-Teller效应大尺寸阳离子的掺入使材料的循环稳定性能大幅度提高, 而这种提高是源于这些离子对LiMnO2结构的稳定作用. 电极材料Li1.02Mn0.988Ti0.012O1.989S0.011显示了最优的电化学性能, 在50 mA•g－1放电速率下, 其初始放电容量为142.6 mAh•g－1, 60次循环后放电容量为213.4 mAh•g－1. 硫-金属阳离子复合掺杂, 综合了大尺寸阳离子可以提高材料中Li＋的扩散能力和S2－掺杂抑制Jahn-Teller畸变两方面优势, 使层状结构LiMnO2正极材料既保持了较高的容量又获得良好的循环性能.     

掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4

采用固相法合成LiFePO4和掺碳的LiFePO4,并对不同掺碳量的LiFePO4进行电化学性能测试,室温条件下,在0.1 C倍率下充放电,样品d(ωC=8.5%)的初始放电容量为151.7 mA·h/g.10次循环后,其放电比容量仍有149.5 mA·h/g,容量损失较小.这表明,在合适的制备工艺条件下,掺碳能获得结构稳定、电化学性能良好的锂离子电池正极材料LiFePO4.     

非整比Li4-xTi5SnyO12化合物的合成及电化学性能的研究

采用流变相法合成了锡掺杂的非整比锂钛氧尖晶石化合物,并研究了不同比例的Sn髧离子掺杂对锂钛氧尖晶石结构及性能的影响。采用XRD、SEM技术对合成材料的晶体结构和微观形貌进行表征,采用恒流充、放电系统及交流阻抗测试法对合成材料的电化学性能进行了测试,结果表明:Sn髧离子掺杂在一定程度上改善了锂钛氧尖晶石作为负极材料时,不同的掺杂量,对材料的电化学性能影响不同,其中Li4-xTi5Sn0·3O12材料的性能为最佳,当电池在较低电流密度下(50 mA·g-1)充、放电时,Li4-xTi5Sn0·3O12材料的首次放电比容量为236 mAh·g-1,在随后提高充、放电倍率过程中(由1C增到4C进行充、放电),当循环105次后,Li4-xTi5Sn0·3O12材料的放电比容量仍保持在109.8 mAh·g-1,与纯样品或其它非整比掺杂样品锂钛氧尖晶石比较,Li4-xTi5Sn0·3O12表现优良的电化学循环性能。本文还对锡掺杂导致锂钛尖晶石材料性能改善的原因也进行了初步探索。     

锂离子正极材料LiCo_(1-x)Mg_xMnO_4与LiCo_(1-x)Al_xMnO_4(x=0,0.02,0.05,0.1)的制备及其电化学性能

采用固相法合成掺杂镁和铝尖晶石LiCoMnO4材料,研究镁和铝掺杂量对尖晶石LiCoMnO4电极的初始容量、放电平台以及循环性能的影响.利用扫描电子显微镜、粉末X-射线衍射仪观察分析材料形貌及结构.结果表明,所合成材料的粒径分布均匀,结晶性较佳.LiCoMnO4电极初始容量为87.0 mAh·g-1,少量镁或铝掺杂使电极初始容量有所增加,LiCo0.98Mg0.02MnO4和LiCo0.98Al0.02MnO4电极初始容量分别为91.3和93.6 mAh·g-1,提高了其5 V放电平台的比例,过量掺杂则其容量降低.此外,掺杂Al显著改善了LiCoMnO4电极的循环性能,而掺杂镁对电极的循环性能其影响不明显.     

熔盐法合成LiNi0.5Mn1.5O4及电化学性能

以一定比例的LiCl-LiNO_3为低熔点共混物,采用熔盐法合成了电化学性能良好的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,XRD表征结果显示产物为单一尖晶石相,SEM表征显示出材料良好的晶形,充放电测试结果显示出材料在4.7V平台附近有较大的可逆容量,在4.1V平台附近仅有较少的可逆容量。文章讨论了影响产物晶形和性能的各种因素,建议通过退火、改变合成气氛来消除4.1V平台的产生;研究结果还显示,容量的损失主要发生在第一次放电过程中在高电位区时的电解液的氧化分解.建议通过更换适合在高电位条件下工作的电解液来克服此问题;同时,通过调整低熔点共混物的配比、气氛、反应时间等条件可以实现对产物的结晶形态和大小进行适当的控制,显示了该方法在制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料中的应用前景.     

微波合成掺杂LiM_xMn_2O_4(M=La,Nd,Y)的电化学性能

以 L i2 CO3、Mn( NO3) 2 和 M( NO3) 3( M=L a,Nd,Y)为原材料 ,用溶胶 -凝胶方法和微波加热技术合成了纳米级尖晶石 L i Mx Mn2 O4 ( M=L a,Nd,Y)材料 ,XRD实验表明 ,微波合成的材料相纯度较高 ,充放电实验表明 ,在 L i Mn2 O4 中掺杂摩尔比为 0 .0 0 6的 L a、Nd和 Y可以提高其电化学比容量和充放电循环性能 .     

单斜层状结构锂离子电池正极材料LiY_xMn_(1-x)O_2的合成及其电化学性能

以Na2CO3、(CH3CO2)2Mn.4H2O、Y2O3和CH3COOLi.2H2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn1-xYxO2(x:0.01,0.02,0.03,0.05)化合物。通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试技术,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。结果表明,所得产物均具有单斜层状结构。合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用,钇离子的引入部分取代原有的三价锰离子,由于钇离子的离子半径较三价锰离子大,因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大,在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道,更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO2材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY0.021Mn0.979O2化合物,其首次放电比容量为125.7mA.h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1mA.h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138mA.h/g。交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li+的扩散能力。     

溶胶凝胶-软模板法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料及其电化学性能研究

在溶胶凝胶法中引入了软模板十二烷基磺酸钠(SDS)制备了LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料。采用X射线衍射法(XRD),扫描电镜法(SEM),循环伏安法(CV),交流阻抗法(EIS)及充放电测试等手段对材料进行了表征。结果表明,在750 ℃下煅烧12 h加入或不加SDS都能得到结晶较好具有六方层状α-NaFeO₂结构的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。SEM显示引入SDS辅助制备的目标材料颗粒细小,约60～300 nm,分散均匀,部分颗粒呈类球状形貌。而没有添加表面活性剂制备的材料粒径范围约250～600 nm,并且部分颗粒有团聚现象。在2.8～4.3 V(vs Li/Li⁺),0.5C倍率下,SDS辅助制备和没有添加表面活性剂制备的材料首次放电比容量分别为136.8、123.4 mAh·g^-1,50次循环后容量保持率分别为90.3%,73.8%。2C和5C下的充放电测试结果都显示SDS的加入能有效改善材料的倍率性能。归因于颗粒更细小,分散更均匀及较小的晶胞体积,SDS辅助制备的材料电荷传递阻抗远小于无表面活性剂辅助制备的材料是其倍率性能得到明显提高的重要原因。     

Shape Control,Crystalline Conversion and Pseudocapacitance Properties of Mn_3O_4: Effects of Yb~(3+) Doping

We report a facile method for the synthesis of manganese oxide(Mn_3O_4) nanorods via the direct reaction of MnCl2 and H_2 O2 by doping Yb~(3+) ions at room temperature and air atmosphere. The Mn_3O_4:Yb~(3+) samples were characterized by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), cyclic voltammetry(CVs), electrochemical impedance spectroscopy(EIS), and charging-discharging test(CD). The results show that trace Yb~(3+) doping(6 at%) could effectively induce crystalline transformation of Mn_3O_4 from cubic system(space group Fd-3 m) to tetragonal system(space group I41/amd) and incite the morphology changing from irregular particles to uniform nanorods. When Yb~(3+) doping amount is 3%, the capacitance of Mn_3O_4 reaches the maximum, 246 F/g, which is related to the morphology change and the corresponding decrease of impedance.     

LiAl0.03Mn1.97O4的流变相辅助微波合成以及电化学性能

采用一种特殊微波合成法,流变相辅助微波合成法,制备了结晶度好、纯度高的尖晶石相的锂离子电池正极材料LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4。对其进行了XRD分析和SEM研究,并就结构、形貌与传统固相法制备的LiMn_2O_4、LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4进行了比较。采用这种漉变相辅助微波合成法制备的LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4具有优良的电化学性能,电化学性能测试表明,这种材料具有比较高的首次放电容量(115mAh/g)以及良好的可逆性、优异的循环性能,25次循环结束比容量几乎不变,保持在115mAh/g左右,衰减性得到很好的改善。     

High capacity lithium-manganese-nickel-oxide composite cathodes with low irreversible capacity loss and good cycle life for lithium ion batteries

We report a method to eliminate the irreversible capacity of 0.4Li_2MnO_3·0.6LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(Li_(1.17)Ni_(0.25)Mn_(0.583)O_2) by decreasing lithium content to yield integrated layered-spinel structures.XRD patterns,High-resolution TEM image and electrochemical cycling of the materials in lithium cells revealed features consistent with the presence of spinel phase within the materials.When discharged to about 2.8 V,the spinel phase of LiM_2O_4(M=Ni,Mn) can transform to rock-salt phase of Li_2M_2O_4(M=Ni,Mn) during which the tetravalent manganese ions are reduced to an oxidation state of 3.0.So the spinel phase can act as a host to insert back the extracted lithium ions(from the layered matrix) that could not embed back into the layered lattice to eliminate the irreversible capacity loss and increase the discharge capacity.Their electrochemical properties at room temperature showed a high capacity(about 275 mAh g~(-1) at 0.1 C) and exhibited good cycling performance.     

Li4Mn0.5Ti0.5O4合成与鉴定

用共沉淀、热结晶的方法合成了具有尖晶石结构的复合氧化物L i4Mn0.5Ti0.5O4,用X射线衍射仪测定了其晶体结构。酸改型后,测定了对碱金属离子饱和交换容量、分配系数、pH滴定曲线、交换次数等参数。结果表明,L i4Mn0.5Ti0.5O4对L i 有较好的离子筛效应,离子选择性较好,对L i 饱和交换容量达到5.96 mmol/g,同时,Mn4 和Ti4 保持了较低的浸出率。