快离子导体Li3V2(PO4)3包覆LiFePO4的结构和性能

通过机械活化将快离子导体Li3 V2(PO4)3包覆在LiFePO4 表面, 制备了性能优异的复合正极材料9LiFePO4@Li3 V2(PO4)3. 用XRD, SEM, HRTEM, EDS和电化学测试等手段研究了材料的物理化学性能. 结果表明, 包覆后的材料含有橄榄石结构的LiFePO4、单斜晶系的Li3 V2(PO4)3 和正交晶系的Li3 PO4; LiFePO4颗粒表面包覆了一层Li3 V2(PO4)3, 且部分V3+进入LiFePO4晶格内部, 使其晶格参数减小, 包覆后的LiFePO4的交换电流密度和锂离子扩散系数均提高了1个数量级. 电化学测试结果表明, 包覆后的LiFePO4的倍率性能及循环性能都得到显著改善, 在1C和2C倍率下, 包覆后的LiFePO4的首次放电比容量较包覆前分别提高了34.09%和78.97%, 经150次循环后容量保持率分别提高了27.77%和65.54%; 并且5C时容量为121.379 mA·h/g(包覆前LiFePO4在5C下几乎没有容量), 循环350次后的容量保持率高达94.03%.     

掺Ga对锂离子电池正极材料LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的影响

采用溶胶-凝胶法在0≤x≤0.5的范围内合成了LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的单相.对样品进行了XRD、粒度、比表面积和充放电循环测试.随着掺Ga量的增加,LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的放电容量增加.其中LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2在2.8～4.3V和0.2C时的首次放电容量为177.5mA·h/g,经25次充放电循环后无容量衰减.LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2的放电容量随着放电倍率的增大而减小,随着充放电域压上限的增加而增大.但是材料的放电容量在高放电倍率下放电后仍可以完全恢复,且其循环性能与放电域压上限无关.此外,LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2在充放电循环中结构稳定,无相变发生.     

石墨烯修饰改性制备锂离子电池LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2复合正极材料及其性能

采用两步干混-球磨方法制备了石墨烯掺杂改性的锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合正极材料,实现LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的高容量和高安全性。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学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,石墨烯的存在实现了Li Fe PO4材料在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料表面的完全包覆,形成致密的包覆层,进一步抑制LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2与电解液之间的副反应,提高活性材料利用率和循环性能。三者之间构成导电网络,加快电子渗透和传输,提高倍率性能。Li Fe PO4质量分数为20%的Li Fe PO4-Graphene/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品具有最佳的容量性能和长循环性能,0.1C时放电容量达到202.5 m Ah·g~(-1),3C时放电容量仍然可保持在160.5 m Ah·g~(-1)。50℃在2.8~4.3 V,0.5C下循环100次后,容量保持率为91.9%,优于LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2和LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的72.9%和82.0%。     

Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2掺杂Mo研究

采用高温固相合成法制备了Li[Ni_(1－x)/3Mn_(1－x)/3Co_(1－x)/3Mo_x]O₂ (x＝0, 0.005, 0.01, 0.02). 对它们进行了XRD, SEM, 循环伏安及充放电容量测试, 结果发现, 掺杂x＝0.01 Mo的样品具有较高的嵌锂容量和良好的循环稳定性, 在20 mA/g放电电流密度和2.3～4.6 V的电压范围内具有211.6 mAh/g的首次放电比容量, 循环50周后放电比容量仍能达到185.9 mAh/g, 容量损失为12.1%.     

Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2掺杂Mo研究

采用高温固相合成法制备了Li[Ni_(1－x)/3Mn_(1－x)/3Co_(1－x)/3Mo_x]O₂ (x＝0, 0.005, 0.01, 0.02). 对它们进行了XRD, SEM, 循环伏安及充放电容量测试, 结果发现, 掺杂x＝0.01 Mo的样品具有较高的嵌锂容量和良好的循环稳定性, 在20 mA/g放电电流密度和2.3～4.6 V的电压范围内具有211.6 mAh/g的首次放电比容量, 循环50周后放电比容量仍能达到185.9 mAh/g, 容量损失为12.1%.     

层状Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2正极材料的合成与电化学性能研究

采用共沉淀-喷雾造粒法制备前驱体, 于750 ℃在空气中煅烧20 h合成出层状Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂正极材料, 并用XRD, SEM, 粒度分析和电性能测试考察了所得材料结构、形貌及电化学性能. 本层状Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂正极材料具有α-NaFeO₂结构, 六方晶系, R3m空间群, 其晶胞参数为a＝0.2865 nm, c＝1.4238 nm. 当材料分别在2.8～4.2, 2.8～4.5 V间进行充放电时, 其首次放电容量分别为173.5和185.4 mAh•g^－1, 首次充放电效率分别为90%和83.8%, 40次循环后容量保持率分别为96%和84%.     

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。     

La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8的电化学性质及其在SOFC中的应用

采用凝胶浇注法制备具有较高氧离子电导率的固体电解质La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8粉料.X射线衍射结果表明,于1400℃焙烧后即形成了钙钛矿结构,无杂相存在.探讨了粉料压制坯体的致密化和导电性能在1450℃下与烧结时间的关系,发现烧结时间为18h时其相对密度达98.3%,而在24h的情况下,样品具有最佳的氧离子导电性.采用Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9作为阳极,La0.8Sr0.2Ga0.6Ni0.4O2.7作为阴极,组装了平板型固体氧化物燃料电池(SOFC).阳极和阴极分别通入含3%H2O的氢气和空气,750℃时的开路电压为1.04V,最大输出功率密度(P)达252mW/cm2(U=0.48V,J=525mA/cm2).     

流变相法合成LiNi0.85Co0.15O2的结构与电化学性能

以一种新型的软化学方法——流变相法, 成功地合成了锂离子电池正极材料LiNi_0.85Co_0.15O₂. 将在600～850 ℃氧气氛下处理6 h后得到的LiNi_1－yCo_yO₂ (y＝0.10, 0.15, 0.20, 0.25), 进行X射线粉末衍射(XRD)与电化学测试. 测试结果表明, 流变相前体经过800 ℃烧结后合成的LiNi_0.85Co_0.15O₂晶胞参数a＝0.2866 nm, c＝1.4193 nm及晶胞体积V＝0.1010 nm³, 以0.1 C倍率在3.0～4.3 V (vs. Li^＋/Li)放电时, 首次放电容量可以达到198.2 mAh/g, 20次循环后, 其放电容量仍在174 mAh/g以上.     

以Fe2O3为原料制备LiFePO4/C复合材料及其性能研究

以Fe2O3为铁源原料, 利用热还原法成功地制备了LiFePO4/C复合材料. 用XRD以及SEM对材料的晶体结构以及表面形貌进行了表征. 通过循环伏安和充放电测试研究了材料的电化学性能. 研究结果表明， 于700 ℃下制备的LiFePO4/C复合材料在0.1C的倍率下可以得到放电容量144.8 mA·h/g, 在循环160次后, 容量仍保持在141.4 mA·h/g. 这种以廉价的Fe2O3代替目前常用的二价铁盐原料方法, 具有减少LiFePO4合成成本的优点.     

电池正极材料Li3V2(PO4)3/C的水热合成和性能

以LiOH·H2O, NH4VO3, NH4H2PO4 和麦芽糖等为原料, 采用水热法合成了碳包覆的磷酸钒锂化合物, 考察了碳含量对材料电化学性能的影响. 利用XRD, TEM, SEM和恒流充放电测试等手段对产物的结构、 形貌和电化学性能进行表征. 结果表明, 在650℃煅烧的样品为单一纯相的单斜晶体结构. 晶体颗粒分布为100~300 nm, 粒度分散均匀, 分散性良好, 无团聚现象, 且在颗粒表面包覆了一层无定形碳, 这有利于改善材料的导电率. 含碳量为10.23%的样品, 在倍率1.0C的电流密度下, 在3.0~4.3 V电压范围内, 样品的首次放电比容量高达118.8 mA·h/g, 循环15圈后放电比容量为115.1 mA·h/g, 容量保持率为96.88%.     

Synthesis of Monoclinic Li_(0.33)MnO_2 and Its Electrochemical Properties in Different Potential Windows

Li0.33MnO2 cathode material was synthesized by solid state reaction. The material showed a small coherent domain size about 10 nm determined by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The electrochemical properties of the material were studied in different potential windows of 3.5―2.0 V and 4.3―2.0 V. An irreversible transformation to spinel phase was observed in the initial several cycles, which was more prominent on cycling at 4.3―2.0 V. Electrochemical impedance spectroscopy showed that the Li+ diffusion coefficient of the material was about 2×10–9 cm2/s. Li0.33MnO2 showed a reversible discharge capacity of 140 and 200 mA·h/g in the potential windows of 3.5―2.0 V and 4.3―2.0 V, respectively. But the capacity retention at 4.3―2.0 V was poor due to the thicker spinel layer formed on the material surface.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的改性研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成了Li2Fe1-xMnxSiO4/C(x=0, 1/4, 1/3, 1/2)复合材料. 用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征. 通过恒流充放电对材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 在室温、1.5~4.8 V电压范围内, 于C/16倍率下进行充放电测试时, Li2Fe3/4Mn1/4SiO4/C具有较高的首次放电比容量(201.0 mA·h/g), 具有良好的电化学性能.     

钒氧化物纳米管的合成、结构及电化学性能

采用流变相-纳米自组装新方法合成了钒氧化物纳米管(VO_x-NTs),并通过XRD,SEM,TEM,Raman,ESR,TG-DTA,XPS及模拟电池等技术手段对产物的结构和性能进行了表征和测试.结果表明,产物主要由钒氧化物纳米管组成,纳米管长为1～10μm,直径为30～100nm.纳米管壁由3～10个VO_x层构成,层间距为3.53nm.Raman光谱反映了V-O的伸缩或弯曲振动,层状微结构的晶格振动及模板剂的有机基团振动.无明显精细结构的室温ESR谱证明了V⁴⁺的存在,根据TGA和XPS求得产物中V的平均化合价约为+4.30.VO_x-NTs正极材料初始充电容量达到404mA.h/g,放电容量为383mA.h/g,50次循环后放电容量衰减至180mA.h/g,可归因于充放电过程中VO_x-NTs正极材料在电解液中的溶蚀作用及复合电极中“孤岛效应”的产生.     

A feasibility study on the use of Li(4)V(3)O(8) as a high capacity cathode material for lithium-ion batteries

Li(4)V(3)O(8) materials have been prepared by chemical lithiation by Li(2)S of spherical Li(1.1)V(3)O(8) precursor materials obtained by a spray-drying technique. The over-lithiated vanadates were characterised physically by using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), and electrochemically using galvanostatic charge-discharge and cyclic voltammetry measurements in both the half-cell (vs. Li metal) and full-cell (vs. graphite) systems. The Li(4)V(3)O(8) materials are stable in air for up to 5 h, with almost no capacity drop for the samples stored under air. However, prolonged exposure to air will severely change the composition of the Li(4)V(3)O(8) materials, resulting in both Li(1.1)V(3)O(8) and Li(2)CO(3). The electrochemical performance of these over-lithiated vanadates was found to be very sensitive to the conductive additive (carbon black) content in the cathode. When sufficient carbon black is added, the Li(4)V(3)O(8) cathode exhibits good cycling behaviour and excellent rate capabilities, matching those of the Li(1.1)V(3)O(8) precursor material, that is, retaining an average charge capacity of 205 mAh g(-1) at 2800 mA g(-1) (8C rate; 1C rate means full charge or discharge of a battery in one hour), when cycled in the potential range of 2.0-4.0 V versus Li metal. When applied in a non-optimised full cell system (vs. graphite), the Li(4)V(3)O(8) cathode showed promising cycling behaviour, retaining a charge capacity (Li(+) extraction) above 130 mAh g(-1) beyond 50 cycles, when cycled in the voltage range of 1.6-4.0 V, at a specific current of 117 mA g(-1) (C/3 rate).     

锂离子电池正极材料Li[Li_(0.167)Mn_(0.583)Ni_(0.25)]O_2的合成与性能研究

应用低热固相法制备镍锰复合正极材料Li[Li0.167Mn0.583Ni0.25]O2.XRD、FESEM和恒电流充放电测试表明,该材料结晶良好,可标定为α-NaFeO2型结构(空间群R3-m),颗粒粒径约为60~100 nm,粒度均匀细小.在2.5~4.4 V之间以0.5 C(100 mA/g)做充放电循环时,可逆比容量在120 mAh/g以上,循环性能非常稳定.如将截止电压升高到4.6 V,则比容量大大提高,最高可达234 mAh/g.上述充放电测试都出现了比容量随循环次数上升的现象.主要原因可归结为材料中Mn(Ⅳ)向Mn(Ⅲ)的转变,但在不同的电压范围内导致该转变的起因并不相同.     

Layered manganese oxide with O2 structure,Li(2/3)+x(Ni1/3Mn2/3)O2 as cathode for Li-ion batteries

Using LiI as the reducing agent, the compound O2-Li_(2/3)+x(Ni_1/3Mn_2/3)O₂, x∼1/3 (O2(Li+x)) has been prepared from the O2-Li_2/3(Ni_1/3Mn_2/3)O₂ (O2(Li)). Cyclic voltammetry and voltage-capacity profiles of the O2(Li+x) phase are qualitatively different from that of O2(Li) phase. The first extraction capacity of O2(Li+x) at C/10 rate is 190 mAh/g corresponding to the removal of 2/3 mole of Li from the compound. At C/5 rate it delivers a reversible capacity of 158 mAh/g at 25 °C and 184 mAh/g at 50 °C (vs Li metal; voltage window 2.5–4.6 V). In Li-ion cells, with MCMB anode and O2(Li+x) as cathode, a discharge capacity of 140 mAh/g was obtained at C/5 rate in the voltage window 2.5–4.5 V (25 °C). The charge–discharge cycling performance and the cyclic voltammograms reveal that O2(Li) and O2(Li+x) do not convert to the spinel structure.     

A Facile Route to Synthesize Sheet-like Na2Ti3O7 with Improved Sodium Storage Properties

A high purity sheet-like Na₂Ti₃O₇ material was synthesized by a new facile solid-state method with hollow sphere TiO₂ as titanium source. X^-Ray diffraction(XRD) measurement proves that no impurity phase existed when the sample was heated at 900 ℃. Charge/discharge measurement was performed in a potential range of 0.01-2.5 V at different current-rates(C-rates). The initial charge/discharge capacities are 191/424 mA·h/g at 0.1 C and still remain as high as 101 mA·h/g after 50 cycles. CV test proves that the large irreversible capacity in the initial cycle results from the formation of the solid electrolyte interface(SEI). However, the electrode presents an increased initial coulombic efficiency in a 1 mol/L NaPF₆ electrolyte compared to that in a 1 mol/L NaClO₄ electrolyte.     

磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的制备及表征

通过三聚氰胺甲醛树脂(MR)中的羟基与石墨烯氧化物(GO)中的羧基发生的沉淀反应来制备功能化的氧化石墨烯前驱体,然后利用溶胶-凝胶及高温热处理方法制备磷酸钒锂/石墨烯复合材料,利用此材料制备了电池电极,并对电极材料进行了结构和电化学表征。结果表明,所得磷酸钒锂为单斜晶系结构,石墨烯堆叠程度显著降低,也有效避免了磷酸钒锂颗粒的团聚,提高了材料的电化学性能。电池的充放电曲线极化较小,在3.0~4.3 V的区间内20 C倍率仍有86 mA·h/g的可逆容量。0.1 C循环100次后容量为119.7 mA·h/g,容量保持率94%。在3.0~4.8 V的高电压区间,10 C倍率下可逆容量80 mA·h/g,0.1 C循环100次后仍有145.6 mA·h/g的可逆容量。优异的循环和倍率性能以及较低的碳含量符合锂离子正极材料实用的要求。