涂碳铝箔对磷酸铁锂电池性能影响研究

本文研究了使用涂碳铝箔作为正极集流体磷酸铁锂电池的性能。研究对比了使用普通铝箔和涂层铝箔的10 Ah软包磷酸铁锂电池的主要性能。研究表明：使用涂层铝箔不但可以提高磷酸铁锂材料的粘结性,而且使用导电涂层可以有效降低正极材料和集流体的接触内阻,从而减小电池内阻,提高电池倍率性能。与使用普通铝箔作为集流体相比,通过使用涂碳铝箔可以使得电池的内阻降低65%左右,但是,磷酸铁锂正极材料的克容量却偏低约5~10 mAh·g^-1,首次效率也偏低4%左右;在快速放电15C倍率下,使用涂碳铝箔的电芯比使用普通铝箔容量提高约15%左右,10C放电倍率下,平台增加0.3~0.4 V;使用涂碳铝箔电芯的常温自放电率较高,但容量恢复率也较高;550周循环下,使用涂碳铝箔可以使得电池的循环性能提高约1%。而在电池低温性能方面,使用涂碳铝箔对低温性能并无改善。     

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.     

锂嵌入型化合物-氢气电池

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能. 锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极. 本文开发了 2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池. 通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂 水系电解液中进行匹配, 得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池. 钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V 的放电电位, 约97 mA·h·g^-1的比容量及10C的高倍率; 磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位, 约125 mA·h·g^-1的比容量以及10C的高倍率. 虽然, 钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、 不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减, 但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力. 本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

LFP/C掺杂型PVDF-HFP隔膜及其电化学性能研究

本论文向聚偏氟乙烯-六氟丙烯中添加磷酸铁锂纳米颗粒制备得到PVDF-HFP/LFP复合隔膜材料。通过这种掺杂改性,提升了隔膜的吸液率,湿润性,热稳定性,以此提升电池的放电比容量和循环性能。电池正极使用经过碳包覆的磷酸铁锂材料,负极使用金属锂片,通过制备的不同隔膜组装电池探究磷酸铁锂纳米颗粒的添加对PVDF-HFP隔膜性能的影响,并研究了不同比例的磷酸铁锂纳米颗粒对聚合物隔膜的影响。     

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.     

锂嵌入型化合物-氢气电池（英文）

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能.锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极.本文开发了2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池.通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂水系电解液中进行匹配,得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池.钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V的放电电位,约97 mA·h·g~(-1)的比容量及10C的高倍率;磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位,约125 mA·h·g~(-1)的比容量以及10C的高倍率.虽然,钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减,但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力.本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

Ag掺杂LiFePO_4/C正极材料的结构及电化学性能

用真空固相反应与液相还原结合的方法,合成了锂离子电池正极材料——金属银掺杂的覆碳磷酸铁锂(LiFePO4/Ag/C),用X射线衍射、扫描电镜、循环伏安、交流阻抗等技术研究其结构、形貌及电化学性能。结果表明,该正极材料为橄榄石型晶体、类球形颗粒(粒径范围约为0.5~2.0μm);Ag掺杂能使合成的LiFePO4颗粒粒径更小、分布更均匀,有效地提高其电化学循环性能;LiFePO4/Ag/C电极0.1C倍率充放的首次放电比容量为138.2mAh/g,50次循环的放电比容量为130.1mAh/g,最高放电比容量为148.3mAh/g;LiFePO4/Ag/C正极材料具有良好的锂离子传导性能,其锂离子扩散系数(DLi+)为8.94×10-15cm2/s。     

pH对溶胶-凝胶法制备的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的形貌及电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiFePO_4;探讨了pH对磷酸铁锂的形貌及电化学性能的影响.结果表明,随着pH的升高,LiFePO_4的粒径减小,粒径分布变窄,电化学性能提高.在不同pH下制备的LiFePO_4材料以0.2C的倍率放电,首次放电比容量分别为126.8mAh/g、132.4mAh/g、145.6mAh/g.     

硫/水热碳球复合材料的制备及对锂硫电池倍率性能的影响(英文)

在锂硫电池正极材料的研究中,碳材料可以有效改善电池倍率及循环性能。为了提高锂硫电池的高倍率放电性能,通过水热合成的方法,制备了由非均匀粒径碳球组成的碳材料。与硫热合成后,硫均匀分布在碳材料表面及周围,复合材料含硫量为52wt%。0.2C放电电流下,首次放电比容量为1 174 m Ah·g-1,100次循环后放电比容量为788 m Ah·g-1。在4C的放电电流下,放电比容量稳定维持在600 m Ah·g-1,循环过程中,库伦效率高于90%。该碳材料有良好的导电网络,且制备方便,成本低廉,对于穿梭效应和放电过程中的膨胀效应有一定的抑制作用,是一种优秀的正极材料。     

LiFePO_4新型正极材料电化学性能的研究

采用固相反应结合高速球磨法,合成了锂离子电池新型正极材料LiFePO4,并对该材料进行碳包覆处理;采用XRD、SEM、元素分析以及价态化学分析等方法对样品进行表征.实验表明,LiFePO4具有3.4V的放电电压平台,而且包覆碳后的磷酸铁锂具有更好的电化学性能,首次放电容量达147mAh/g,充放电循环100次后容量只衰减9.5%.     

LiFePO4的软化学合成及锂快离子导体修饰

采用溶剂热法制备正极材料LiFePO_4,采用溶胶凝胶法制备Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3(LLTO)粉体,并通过酒精悬浮法对LiFePO_4进行修饰,修饰量为LiFePO_4质量的1%~4%,获得了薄壁蜂窝状自组装结构的LiFePO_4上修饰有球状LLTO纳米颗粒的复合正极材料。通过进行充放电测试、交流阻抗测试及循环伏安测试,研究了不同修饰量对电池的充放电比容量、循环性能及可逆性的影响,发现当LLTO含量为3%(w/w)时,以2C和5C倍率放电相对于没有修饰LLTO的LiFePO_4的比容量分别提高29.7%和31.6%,30次循环之后,容量损失率较未改性前减小4.13%,循环伏安曲线上氧化还原峰之间的电位差仅为0.117 V,以3%的LLTO修饰改性的LiFePO_4显著提高了电池的倍率性能、循环性能和低温性能。     

High loading LiFePO<Subscript>4</Subscript> on activated carbon fiber cloth as a high capacity cathode for Li-ion battery

The LiFePO₄/carbon fiber (LFP/CF) cathodes were prepared by using activated carbon fiber cloth as current collector in place of conventional Al foil. The electrochemical properties of LFP/CF electrodes were analyzed by the cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge tests. The results indicate that the activated carbon fiber cloth with high specific surface area and high porosity makes the LFP/CF electrode that possesses higher mass loading of 18–21 mg cm^–2 and stronger redox reaction ability compared with Al foil-based electrode. The LFP/CF electrode shows excellent rate performance and cycle stability. At 0.1C, the discharge capacity is up to 190.1 mAh g^–1 that exceeds the theoretical capacity due to the combination effect of battery and capacitor. Furthermore, the LFP/CF electrode shows an initial capacity of 150.4 mAh g^–1 at 1C with a capacity retention of 74.7% after 425 cycles, which is higher than 62.4% for LFP/Al foil electrode, and an initial discharge capacity of 130 mAh g^–1 at 5C with a capacity retention of 61.5% after 370 cycles. But this composite electrode is not suitable for charging/discharging at higher rate as 10C due to too much mass loading.     

高振实密度圆饼状LiFePO4/C的制备及电化学性能

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法一步合成圆饼状LiFePO₄,然后以葡萄糖为碳源与合成的LiFePO₄前躯体高温烧结得到碳包覆的LiFePO₄/C复合材料,其振实密度高达1.3 g·cm^-3。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对LiFePO₄/C复合材料进行了物相和形貌表征,研究结果表明制备得到的LiFePO₄呈圆饼状,且生成的圆饼是由单晶LiFePO₄纳米片堆积而成。此外,LiFePO₄颗粒表面碳层包覆均匀。将制备的LiFePO₄/C用作锂离子电池正极材料,电化学性能测试表明其具有高的充放电比容量(在0.1C时放电,其初始放电比容量为157.7 mAh·g^-1)与良好的循环性能(500次循环后容量保持率为82.4%)。     

高振实密度圆饼状LiFePO_4/C的制备及电化学性能

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法一步合成圆饼状LiFePO_4,然后以葡萄糖为碳源与合成的LiFePO_4前躯体高温烧结得到碳包覆的LiFePO_4/C复合材料,其振实密度高达1.3 g·cm~(-3)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对LiFePO_4/C复合材料进行了物相和形貌表征,研究结果表明制备得到的LiFePO_4呈圆饼状,且生成的圆饼是由单晶LiFePO_4纳米片堆积而成。此外,LiFePO_4颗粒表面碳层包覆均匀。将制备的LiFePO_4/C用作锂离子电池正极材料,电化学性能测试表明其具有高的充放电比容量(在0.1C时放电,其初始放电比容量为157.7 mAh·g~(-1))与良好的循环性能(500次循环后容量保持率为82.4%)。     

溶剂热法合成花状分级结构LiFePO4及其电化学性能研究

以乙二醇/水为溶剂,酒石酸铵为添加剂和碳源,采用溶剂热法,制备了高振实密度(1.3g·cm^-3)的锂离子正极材料磷酸铁锂(LiFePO₄)。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行了表征。研究结果表明样品为单晶纳米片组装而成的花状三维多孔分级结构LiFePO₄。通过时间单因素实验探讨花状分级结构LiFePO₄的生长机理,其生长过程概括为:成核和生长,定向组装。电化学性能测试结果表明LiFePO₄样品具有优异的倍率性能(10C时放电比容量保持在74.8mAh·g^-1)与循环性能(50次循环后容量保持率 > 93%)。     

溶剂热法合成花状分级结构LiFePO_4及其电化学性能研究

以乙二醇/水为溶剂,酒石酸铵为添加剂和碳源,采用溶剂热法,制备了高振实密度(1.3 g·cm-3)的锂离子正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行了表征。研究结果表明样品为单晶纳米片组装而成的花状三维多孔分级结构LiFePO4。通过时间单因素实验探讨花状分级结构LiFePO4的生长机理,其生长过程概括为:成核和生长,定向组装。电化学性能测试结果表明LiFePO4样品具有优异的倍率性能(10C时放电比容量保持在74.8 m Ah·g-1)与循环性能(50次循环后容量保持率93%)。     

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.     

Lithium deintercalation/intercalation processes in cathode materials based on lithium iron phosphate with the olivine structure

This review describes the current state of the studies of lithium deintercalation/intercalation processes in cathode materials based on lithium iron phosphate with olivine structure. The limiting factors of LiFePO₄ charge/discharge processes, as well as the main methods for their acceleration are considered. A partial replacement of iron cations in the structure improves the electrochemical characteristics of the cathode materials, including the discharge capacity, charge/discharge rate, and, in some cases, changes the charge/discharge mechanism. The use of nanoscale phosphate LiFePO₄ with the olivine structure considerably increases the charge/discharge rate of cathode materials based on it by reducing the diffusion path length. Methods for LiFePO₄ surface modification are considered. Particular attention is paid to the development of composite materials with electron-conducting additives. Combining of various approaches to the modification of the material in question makes it possible to obtain materials with a discharge capacity close to the theoretical value (170 mA h g^–1) at a low charge/discharge rate and to considerably increase its capacity at high charge and discharge currents.     

钛掺杂的非化学计量LiFePO4的合成与电化学性能研究

0 Introduction Phospho-olivine LiFePO4 as a prom ising cathode m aterialforlithium ion batteries has aroused consider- able interests due to its low cost, benign for environ- m ent, high tem perature capability and relatively high energy density[1,2]. Ith…