镱掺杂LiFePO4/C正极材料结构和电化学性能

采用高温固相法制备LiFe1-xYbxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)锂离子电池正极材料,并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),循环伏安测试(CV)及交流阻抗测试(EIS)等方法进行结构和电化学性能的测试。XRD分析结果表明LiFe1-xYbxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)样品具有橄榄石型晶体结构。Yb的掺杂导致LiFePO4晶格中c轴方向的P-O键长增加,其中x=0.08样品具有最长的P-O键长。SEM图表明Yb的掺杂可明显细化颗粒,其中x=0.08时样品粒径为200 nm,比未掺杂样品降低了约2.5倍。电化学性能测试表明,Yb的掺杂使样品的放电容量增加,循环稳定性能提高。在-20～40℃温度区间内,放电容量随温度的升高而增加,其中x=0.08的样品40℃时放电容量为150 mAh.g-1,但测试温度达到60℃时,放电容量急剧下降。EIS测试表明Yb的掺杂可以明显改善电极表面电化学反应的动力学性能,降低电荷转移电阻,提高交换电流密度。     

钛离子掺杂对LiFe0.6Mn0.4PO4/C 电化学性能的影响

采用固相法合成了钛离子掺杂LiFe0.6Mn0.4PO4/C正极材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学测试,对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:钛离子掺杂未影响材料的晶型结构,但显著改善了材料的电化学性能;Li(Fe0.6Mn0.4)0.96Ti0.02PO4/C材料表现出优异的倍率性能,0.1C倍率下其比容量为160.3mAh.g-1;在10C倍率下,比容量为134.7mAh.g-1;特别是在20C高倍率下仍然具有124.4mAh.g-1的放电比容量.电化学交流阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)测试结果说明,通过钛离子掺杂导致材料阻抗和极化的减少是材料倍率性能改善的主要原因.     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C (x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141 mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8 S· cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7 S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7 S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

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.     

溶胶-凝胶法制备LiCoPO4及其电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了高电位正极材料LiCoPO4,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及充放电测试考察了不同烧结条件下产物的晶体结构、微观形貌以及电化学性能.实验结果表明:在650°C下烧结12h所制备的样品为单一橄榄石型结构的LiCoPO4,产物颗粒细小(0.2-0.4μm)且分布均匀,同时具有最佳的电化学性能,其在1C倍率下的放电比容量可达到122.7mAh.g-1.此外,产物在充放电过程中均呈现两个电压平台,且随着放电倍率的增加,两个电压平台之间的区分逐渐明显,分析认为,这与充放电过程中锂离子的两步脱嵌行为有关.     

苯胺-邻硝基苯胺共聚物——高比容量锂二次电池新型正极材料

聚苯胺作为锂离子电池典型的有机正极材料,合成简单、资源丰富,但其电化学比容量与循环寿命始终难以满足实用要求.作者采用化学氧化聚合法合成了苯胺-邻硝基苯胺共聚物(Poly(Aniline/o-Nitroanil-ine,P(AN-oNA)),通过在聚苯胺主链引入强拉电子基团——硝基苯胺,增大共聚物的电子共轭体系,改善共聚物链段的稳定性,利用硝基苯胺基团的电化学可逆性提高共聚物的电化学活性.结果表明,P(AN-oNA)的初始充放电比容量高达186 mAh·g-1,比聚苯胺提高近37%,60周循环仍能维持168 mAh·g-1.此外,P(AN-oNA)电极的充放电电位平阶十分接近,电极的极化明显降低,电子转移反应速率加快.这种新型共聚物结构与性能对于发展有机正极材料具有重要的参考意义.     

锂离子电池正极材料LiV3-xMnxO8的水热合成与性能

采用水热法制备了Mn掺杂改性的锂二次电池钒基层状正极材料LiV3-xMnxO8(x=0.00, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10). 用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的晶体结构和形貌进行表征, 并以50 mA·g-1的电流对材料进行恒流充放电测试. 研究了Mn掺杂对材料晶体结构和电化学性能的影响. 结果表明, Mn掺杂能够明显改善材料的电化学性能. 在掺杂改性的LiV3-xMnxO8材料中, LiV2.94Mn0.06O8的初始容量最高, 达到295 mAh·g-1. 当掺杂量控制在0.01≤x≤0.08范围内时, LiV3-xMnxO8材料均具有较好的循环性能和充放电可逆性, 经20次循环后放电比容量都保持在120 mAh·g-1以上, 40次循环后都保持在100 mAh·g-1以上, 且材料的充放电效率始终维持在93%以上.     

固相-碳热还原法制备高密度LiFePO4/C复合材料及其电化学性能

以无机Fe2O3和有机柠檬酸铁(FeC6H5O7·5H2O)两种价廉的三价铁化合物为铁源, 利用柠檬酸铁中的柠檬酸根为碳源和还原剂, 通过固相-碳热还原法成功制备了高密度LiFePO4/C复合材料. 采用热重与差示扫描量热法研究了反应历程, 并利用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度分布仪、振实密度测试仪和恒流充放电技术对材料的微观结构和物理化学性能进行了表征. 研究结果表明, 在700 ℃下焙烧制备的材料结晶良好、粒径大小适中, 具有优良的电化学性能和较高的振实密度. 该材料在17 mA·g-1电流密度下充放电可以得到129 mAh·g-1的首次放电比容量, 20周循环后比容量基本无衰减. 其晶粒由纳米颗粒和微米颗粒组成, 呈多峰的粒径分布, 振实密度达1.41 g·cm-3.     

LiFePO_4的制备及其充放电过程中的结构演变和性能研究

分别以FeC2O4·2H2O(a), Fe2O3(b)和Fe3O4(c)为铁源,采用高温固相法制备了3种LiFePO4(LFP)(简称LFPa, LFPb和LFPc).采用碳包覆法制备了LFPa～LFPc的锂离子电池正极片(LFPA～LFPC).用X-射线衍射仪(XRD)分析了铁源对其结构的影响和充放电过程中的结构演变;用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对锂离子脱嵌动力学作了初步探讨.XRD分析结果表明,LFPa～LFPc均具有单一的橄榄石结构.LFP在循环过程中结构基本稳定,结晶度有所降低.充放电测试表明,LFPA～LFPC在0.2C倍率下首次放电比容量分别为130 mA·h·g-1, 147 mA·h·g-1和152 mA·h·g-1.其中LFPA拥有较好的倍率性能;CV和EIS研究发现,LFPA在充放电过程中极化小,可逆性好.     

磷酸铁锂正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)的理论比容量为170mAh·g-1,电压平台为3.5V(vs.Li/Li+),安全性好,原材料来源丰富,成本低,对环境友好,因此成为当前研究热点之一.文章从LiFePO4的晶体结构和充放电机制入手,分析了其导电性和倍率性能差的原因,回顾了其充放电机制研究的进展,综述了各种改善LiFePO4导电性、提高其倍率性能的方法,最后对LiFePO4正极材料的研究方向进行了展望.