纺锤体形LiFePO4锂离子电池正极材料的制备与性能

采用低温溶剂热法合成了LiFePO₄, 并通过热处理方法制备出LiFePO₄/C锂离子电池复合正极材料. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱以及恒电流充放电测试等方法对样品进行结构表征和充放电性能测试. 结果表明: 采用丙三醇(甘油)为溶剂, 低温条件下(120 °C)合成的LiFePO₄具有橄榄石型晶体结构, 呈纺锤体形貌, 且具有粒径分布均匀的特点. 热处理后制备的LiFePO₄/C复合正极材料仍呈纺锤体形貌, 且表现出了优良的充放电性能. 室温下以0.1C倍率恒流充放电, LiFePO₄/C的首次放电比容量达到147.2 mAh·g^-1, 50次循环后放电比容量仍然保持在136.3 mAh·g^-1. 当倍率为0.2C、0.5C和1C时, 样品的平均放电比容量分别在130、120和108 mAh·g^-1左右.     

两步固相法合成LiFe1-xNbxPO4/C复合正极材料及其电化学性能

以LiH₂PO₄和FeC₂O₄·2H₂O为原料, 采用分步添加聚乙烯醇和葡萄糖两种碳源的方式, 通过两步固相法合成了碳包覆的LiFePO₄材料. 700℃下处理的产物结晶良好, 颗粒分布均匀, 具有良好的电化学性能, 0.1C和1C倍率下放电比容量分别为157.3 和138.3 mAh·g^-1. 在碳包覆的基础上, 选择高价Nb⁵⁺进行铁位取代获得了复合改性的LiFe_1-xNb_xPO₄/C (x=0.005, 0.01, 0.015, 0.02)材料. 优化的LiFe_0.99Nb_0.01PO₄/C 材料显示了良好的倍率充放电能力和循环稳定性, 0.1C和5C倍率下放电比容量分别为160.5 和136.0 mAh·g^-1, 5C倍率下循环50 次后比容量保持在134.8 mAh·g^-1, 容量保持率为99.1%. 循环伏安测试结果表明, Nb⁵⁺离子掺杂减少了锂离子扩散阻力, 降低了充放电过程中的动力学限制, 提高了电极的可逆性.     

微米橄榄石型LiFePO4的水热合成优化

为深入研究大颗粒磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池正极材料的性能衰退机理并据此改善其体积能量密度和功率密度, 进而切实推进该材料在电动汽车、混合动力汽车和电站储能等领域的高效广泛应用, 本文通过优化水热合成条件制备了粒径为2 μm的均匀微米LiFePO₄颗粒粉末. 在未经任何改性(包覆或掺杂)的情况下,该材料表现出本征大颗粒LiFePO₄典型的充放电和循环性能, 可作为后续研究的代表样品进一步考察大颗粒材料相对纳米材料性能衰退的机制和根本原因, 最终通过有的放矢地改性手段获得高密度、高能量和高功率的LiFePO₄ 正极材料. 实验结果表明, 增加反应物浓度、水热温度和保温时间以及降低溶液pH 值均有利于LiFePO₄颗粒的长大. 通过比较不同粒径的LiFePO₄的电化学性能确证了其随颗粒尺寸的增大而衰退. 当颗粒大小由0.7 μm增加到16.5 μm时, LiFePO₄在0.1C倍率下的放电比容量由152 mAh·g^-1下降至80 mAh·g^-1.同时, 1C倍率下的循环测试结果表明, 颗粒尺寸越大, LiFePO₄的容量衰减愈严重.     

锂离子电池正极材料LiFePO4/ C的合成研究

以三价铁化合物作为铁源，采用碳热还原法一步合成得到锂离子电池正极材料LiFePO₄。利用X射线衍射仪、扫描电镜、碳硫分析法和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的物相结构、表面形貌、含碳量(质量分数)以及电性能进行分析研究。讨论了烧结温度、烧结时间和掺碳量对材料电性能的影响。结果表明，LiFePO₄的电性能与烧结温度、时间以及掺碳量有密切的关系，在优化试验条件下制备的正极材料LiFePO₄，以电流密度为17 mA·g^-1充放电，首次放电容量达到141.8 mAh·g^-1，80次循环后放电容量为137.7 mAh·g^-1，容量保持率为97.1%。     

两种方法制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料的性能对比

以FeSO₄·7H₂O、NH₄H₂PO₄、H₂O₂、Li₂CO₃、C₆H₁₂O₆和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,分别采用原位包覆法和非原位包覆法制备了石墨烯磷酸铁锂样品:LiFePO₄/C/G-1和LiFePO₄/C/G-2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究了两种包覆方法制备的样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明原位法包覆所得复合材料LiFePO₄/C/G-1具有更优秀的电性能:在2.5~4.1V充放电,0.1C和1C首次放电比容量分别为158.15和150.5mAh·g^-1,在1C倍率下循环500次后容量保持率达到98.3%。     

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.     

两种方法制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料的性能对比

以FeSO₄·7H₂O、NH₄H₂PO₄、H₂O₂、Li₂CO₃、C₆H₁₂O₆和自制的氧化石墨烯(GO)为原料, 分别采用原位包覆法和非原位包覆法制备了石墨烯磷酸铁锂样品: LiFePO₄/C/G-1和LiFePO₄/C/G-2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究了两种包覆方法制备的样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明原位法包覆所得复合材料LiFePO₄/C/G-1具有更优秀的电性能: 在2.5~4.1 V充放电, 0.1C和1C首次放电比容量分别为158.15和150.5 mAh·g^-1, 在1C倍率下循环500次后容量保持率达到98.3%。     

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.     

Li3V2(PO4)3的溶胶-凝胶合成及其性能研究

以LiOH·H₂O(LiF、Li₂CO₃、LiCH₃COO·2H₂O)、NH₄VO₃、H₃PO₄和柠檬酸为原料,采用Sol-gel法合成锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃。优化了锂源、溶胶的pH值、预烧条件、煅烧温度等合成条件,并采用XRD、SEM、恒电流充放电及循环伏安试验等方法,研究了所合成的Li₃V₂(PO₄)₃的结构形貌和电化学性能。结果表明,以LiOH·H₂O为锂源,溶胶的pH值等于3,于氩气氢气(体积比9∶1)混合气中300 ℃预烧 4 h,并在氩气氢气(体积比9∶1)混合气中600 ℃煅烧8 h合成的Li₃V₂(PO₄)₃正极材料为标准的单斜结构,具有较高的放电比容量和较好的循环稳定性,0.1C和1C倍率下首次放电比容量分别为130 mAh·g^-1和129 mAh·g^-1;1C倍率下循环40次后,容量仍为127 mAh·g^-1,容量保持率为98.4%;随后又进行10C倍率放电,10次循环后容量为105 mAh·g^-1,容量保有率达98.1%。循环伏安测试表明,该正极材料具有较好的电化学可逆性。     

焙烧气氛对LiNi0.5Mn0.5O2中Li/Ni混排及电化学性能的影响

用固相法分别在氧气和空气气氛下合成了层状锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征, 用Rietveld精修计算晶体结构中的Li/Ni混排率, 研究了混排率与电化学性能的关系. 结果显示, 在不同的焙烧气氛下均能合成出纯相和结晶性良好的LiNi_0.5Mn_0.5O₂, 但两种材料在电化学性能上存在一定的差异. 氧气气氛下焙烧合成的材料在首次放电容量, 循环稳定性方面均优于空气气氛下合成的材料. 在0.1C充放电条件下氧气气氛下焙烧得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料首次放电容量达到178 mAh·g^-1, 充放电循环50圈后容量为165 mAh·g^-1, 容量保持率为92.7%; 而在空气气氛下焙烧得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料首次放电容量为164 mAh·g^-1, 充放电循环50圈后容量为137 mAh·g^-1, 容量保持率为83.5%. 氧气气氛下合成的材料具有较优的电化学性能可归因于氧气气氛下焙烧合成的LiNi_0.5Mn_0.5O₂具有较小的Li/Ni混排率.     

A novel synthetic route for LiFePO_4/C cathode materials by addition of starch for lithium-ion batteries

LiFePO4/Carbon composite cathode material was prepared using starch as carbon source by spray-pelleting and subsequent pyrolysis in N2. The samples were characterized by XRD, SEM, Raman, and their electrochemical performance was investigated in terms of cycling behavior. There has a special micro-morphology via the process, which is favorable to electrochemical properties. The discharge capacity of the LiFePO4.C composite was 170 mAh g-1, equal to the theoretical specific capacity at 0.1 C rate. At 4 C current density, the specific capacity was about 80 mAh g-1, which can satisfy for transportation applications if having a more flat discharge flat.     

喷雾干燥-高温固相法制备纳米LiFePO4与LiFePO4/C材料及性能研究

采用喷雾干燥-高温固相法制备纳米LiFePO₄与LiFePO₄/C正极材料，用X-射线衍射，扫描电镜等对合成材料进行了表征，并对以LiFePO₄为正极的电池进行了电化学性能测试。结果表明:材料合成最佳煅烧温度为600 ℃;合成过程中由于碳对LiFePO₄晶型的生长有一定的抑制作用，相对于纯LiFePO₄材料，LiFePO₄/C材料粒径更小;并且，在此最佳合成温度下合成的LiF     

焙烧温度对合成LiFePO4的产物组成和电化学性能的影响

以FePO4为前驱体, 采用碳热还原法合成了LiFePO4/C复合正极材料; 通过TG-DTA、FTIR、XRD 等技术研究了反应历程, 分析了不同焙烧温度下产物的组成及杂相存在的原因, 并测试了其电化学性能. 研究表明, 300 ℃下LiFePO4已作为主要的相存在, 显示了较低的成相温度; 300、400、500 ℃下样品中存在一定量的杂相Li3PO4和Fe2O3, 600 ℃得到纯相的LiFePO4, 而在700 ℃下出现了焦磷酸盐Li4P2O7, 这些杂相的存在影响了其电化学性能, 600 ℃样品具有最佳的电化学性能, 其在0.1C下首次放电容量达146 mAh·g-1, 循环15 次后容量还保持为141 mAh·g-1.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

大功率LiFePO4/C复合材料的简易合成

本文采用碳热还原法,以廉价的FeCl3.6H2O、LiOH.H2O和NH4H2PO4为原料,以淀粉为还原剂和碳源,经600℃烧结制备了LiFePO4/C复合材料,方法重现性好且易规模化生产.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)测试材料结构,观察材料形貌.结果表明,经600℃烧结10 h所得产物具有纯相的橄榄石型晶体结构,良好的结晶性和规整的球状形貌,粒径为60～100 nm.包覆LiFePO4晶粒的碳层厚度为2 nm左右,碳含量为5%(by mass).材料的振实密度高达1.3 g·cm-3,在0.2C倍率下首次放电比容量为162 mAh·g-1,在0.5C、1C、2C、5C和10C倍率下首次放电比容量分别为143、135、127、116和105 mAh·g-1,10C倍率下500周期循环,其比容量仍有81 mAh·g-1.     

石墨烯掺杂LiFePO4电极材料的合成及其电化学性能

采用水热辅助法合成石墨烯改性的LiFePO4多孔微球电极材料.并对材料进行了X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,充放电等表征.从结果可以看出在2 mol·L-1LiNO3电解液体系中单纯包碳的LiFePO4微球在1C、50C倍率时的比容量分别为137、64 mAh·g-1,而石墨烯改性的LiFePO4微球的比容量分别为141、105 mAh·g-1,表现出较好的倍率特性.恒流循环充放电测试60次后两种材料容量保持率分别为70.2％、83.7％.说明掺杂石墨烯构成的三维导电网络能明显改善LiFePO4的电化学性能.     

纳米磷酸铁锂的制备及电化学性能研究

利用液相沉淀法合成了纳米级磷酸铁,并以此为铁源,通过碳热还原技术制备了粒径均匀的纳米级球形LiFePO4/C正极材料。经热分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及恒电流充放电测试,研究了纳米磷酸铁及纳米磷酸铁锂材料的结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明材料的首次放电比容量达161.8 mAh.g-1(0.1C),库仑效率为98.3%;室温下在0.2C、0.5C、1C、2C及5C倍率充放电其首次放电比容量分别为156.5、144、138.9、125.6和105.7 mAh·g-1,材料具有较好的倍率性能。     

钼掺杂Li3V2（PO4）3/C正极材料的制备及其电化学性能研究

以Li2CO3、NH4H2PO4、V2O5和MoO3为原料,柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备了锂离子正极材料Li3MoxV2-x(PO4)3/C(x=0.01,0.02,0.03).X射线衍射(XRD)表明,合成的材料具有单一的单斜晶系结构,空间群为P21/n.扫描电镜(SEM)显示Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C具有均一的表面形貌.恒流充放电测试表明,当x=0.02时,掺杂后的Li3Mo0.02V1.98(PO4)3具有最佳的电化学性能.在1C倍率下,3.0～4.3 V电位区间,Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C的首次放电比容量达到122.3 mAh.g-1,循环50周之后,容量没有衰减的迹象;而当x=0、0.01和0.03时,首次放电比容量仅分别为117.1、115.1和116.0 mAh.g-1.在3C和5C倍率下,样品Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C仍能保持优异的循环稳定性.     

溶剂热法控制合成规则的LiFePO4颗粒

采用溶剂热法在H2O和异丙醇的混合溶剂中合成橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4). 场发射扫描电镜(FESEM)结果表明, LiFePO4产品的形貌与导电添加剂密切相关, 当改变导电添加剂的种类(蔗糖、碳黑和石墨)时, 分别得到了棒状和方块状的LiFePO4颗粒. TEM和选区电子衍射(SAED)的结果表明, 棒状的LiFePO4晶体沿着[201]方向取向生长. 取向机理可能在于添加剂对晶体生长的吸附阻止作用. 充放电测试表明, 溶剂热法合成的LiFePO4(添加蔗糖)具有145.2 mAh·g-1的可逆容量和良好的循环保持能力, 且表现出优良的倍率放电性能和高温特性, 其4C放电容量为98.1 mAh·g-1, 保持了0.1C容量的67.6%, 且放电电压平台仍保持在3.12 V(vs Li/Li+).     

碳包覆Li3V2(PO4)3:溶胶-凝胶法合成及性能

利用V₂O₅、LiOH·H₂O、H₂O₂、NH₄H₂PO₄与柠檬酸为原料,通过溶胶-凝胶法合成了碳包覆的Li₃V₂(PO₄)₃复合正极材料。采用XPS、XRD、SEM、TEM、拉曼光谱和电化学方法对材料的性能进行了研究。还研究了其结构与焙烧温度、样品电导率和电化学性能的关系。研究表明复合材料具有空间群为P2₁/n的单斜结构,表面包覆粗糙多孔的碳层。在800 ℃下制备的碳包覆样品的电子导电率高达9.81×10^-5 S·cm^-1,约为高温固相氢气还原法制备的未包覆碳Li₃V₂(PO₄)₃的10000倍。测试结果表明碳包覆Li₃V₂(PO₄)₃的电化学性能远优于未包覆碳的样品。在3.0～4.3 V电压范围内,以0.1C和2C倍率充放电时,碳包覆的Li₃V₂(PO₄)₃具有高比容量(分别为128和109 mAh·g^-1)和优异的循环性能。