Zr掺杂对正极材料Li(Ni0.9Co0.05Al0.05)O2的电化学性能影响

通过控制结晶法制备类球形Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合后,在750℃下于氧气中进行高温焙烧,最终合成正极材料Li（Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02）O₂。扫描电子显微镜（SEM）结果显示前驱体及正极材料具有良好的形貌;X射线衍射（XRD）表明材料具有规整的六方单相层状α-NaFeO₂结构;能谱仪（EDXS）分析表明Zr元素在材料颗粒内部呈均匀分布。合成的LiNi_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02O₂正极材料具有良好的电化学性能,在25℃,2.8~4.3 V充放电条件下,0.2C首次放电比容量为221.5 mAh·g^-1,充放电效率90.3%,2C倍率充放电条件下容量仍达到192.7 mAh·g^-1,100周循环后的容量保持率为92.2%。在55℃,2.8~4.3 V的高温充放电条件下,该材料的0.2C首次放电比容量可达236.2 mAh·g^-1,2C充放电倍率下循环100周容量保持率为85.1%。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.4Al0.1O2的合成与性能

采用高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.5Co_0.4Al_0.1O₂,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构及表观形貌进行分析。通过恒电流充放电以及循环伏安法进行了电化学性能测试。测试结果表明,充放电电压在3~4.5V之间,在0.2C倍率下首次放电比容量达到159.9mAh·g^-1,经50次循环充放电后放电容量为142.6mAh·g^-1,表现出良好的电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.4Al0.1O2的合成与性能

采用高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.5Co_0.4Al_0.1O₂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构及表观形貌进行分析。通过恒电流充放电以及循环伏安法进行了电化学性能测试。测试结果表明,充放电电压在3~4.5 V之间,在0.2C倍率下首次放电比容量达到159.9 mAh·g^-1,经50次循环充放电后放电容量为142.6 mAh·g^-1,表现出良好的电化学性能。     

Zr、W共掺杂对LiNi0.88Co0.06Mn0.06O2形貌及电化学性能的影响

采用共沉淀法制备前驱体Ni_0.88Co_0.06Mn_0.06（OH）₂,经高温固相烧结合成一次颗粒分散良好的高镍三元材料,探索了氧化锆（ZrO₂）与氧化钨（WO₃）共掺杂对材料一次颗粒的形貌及电化学性能的影响。结果表明,Zr掺杂对LiNi_0.88Co_0.06Mn_0.06O₂（NCM-Z）一次颗粒的尺寸影响不大,但可以改善材料的循环性能;而引入W形成Zr和W共掺杂后,获得的NCM-ZW一次颗粒明显变小,材料形貌从分散的一次颗粒变成二次颗粒团聚体,因此推测W可抑制晶体生长。为了进一步合成一次颗粒分散良好的Zr和W共掺杂正极材料,研究了烧结温度对一次颗粒生长的影响,最终在900℃下保温12 h,得到了一次颗粒分散良好的Zr和W共掺杂正极材料。XRD结果表明,900℃烧结的Zr和W共掺杂样品具有良好的层状结构与较低的阳离子混排度。该样品在0.1C下首次放电容量为203.7 mAh·g^-1;5C大倍率下容量可达151.2 mAh·g^-1,经过100周循环后,放电容量保持率为84.6%。     

以α型氢氧化物前驱体制备LiNi0.8Co0.15Al0.05O2及其电化学性能

本文采用球形Al/Co部分取代α型Ni(OH)₂为前驱体成功制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂。首先采用氢氧化钠与碳酸钠为沉淀剂合成出Al/Co部分取代α型Ni(OH)₂,然后将之与LiOH·H₂O混合,最后在氧气气氛中不同温度下热处理8 h,即可得到球形LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂材料。X射线衍射结果表明,LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂材料为α-NaFeO₂相。扫描电镜结果表明,材料颗粒形貌为球形。热重分析结果表明合成LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂的主反应温度在700～750 ℃之间。振实密度测试结果表明, 750 ℃下制备的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂材料可达2.2 g·cm^-3。恒流充放电结果表明,该材料在0.5 mA·cm^-2电流密度下,在3.0～4.3 V间的首次充电容量可达210.3 mAh·g^-1,首次放电容量为179.7 mAh·g^-1,充放电效率为85.4%。与采用以β-Ni_0.85Co_0.15(OH)₂为前驱体合成的LiNi_0.85Co_0.15O₂和Al掺杂的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂相比,尽管其首次放电容量与放电效率都有所降低,但循环性能有所提高,50周期后容量仍为初始容量的89.5％。研究表明,以球形Al/Co部分取代α型Ni(OH)₂作为前驱体为球形氧化镍钴铝锂材料的制备提供了一条新的途径。     

ZrO2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4LiNi5/12Mn5/12Co1/6O2的电化学性能

采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂·0.4LiNi_5/12Mn_5/12Co_1/6O₂(简称LNMCO),并使用Zr (CH₃COO)₄进行ZrO₂的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO₂颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO₂包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度：20 mA·g^-1,电压：2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 mAh·g^-1,而原样则为75.1%,224.1 mAh·g^-1,循环100圈之后,1.5% ZrO₂包覆样品的放电比容量为248.3 mAh·g^-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 mAh·g^-1和87.4%。     

层状正极材料LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2的结构及电化学行为

采用溶胶-凝胶方法制备了正极材料LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂。XRD、XPS测试结果表明：LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂中阳离子排列有序度较高，层状结构明显；Co、Mn分别以+3、+4价形式存在，Ni以+2、+3价形式存在，且Ni²⁺与Ni³⁺的含量之比约为1∶1。SEM测试结果表明：正极材料LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂结晶粒径较均匀。充放电测试结果表明：与LiCoO₂相比，尽管LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂的放电电压平台较低，但放电容量较高；在恒流充电模式下，当充电截止电压由4.35 V升高至4.75 V时，首次放电容量由179 mAh·g^-1增至201 mAh·g^-1，50次循环后，容量保持率由74.95%增至78.48%；在先恒流再恒压的充电模式下，电池首次放电容量为212 mAh·g^-1，50次循环后，容量保持率提高到87.71%。循环伏安测试表明：在2.80～4.80 V扫描范围内，该正极材料发生Ni²⁺/Ni³⁺，Co³⁺/Co⁴⁺两对电化学反应。EIS测试表明：随着充电截止电压的增大，该正极材料的传荷电阻变小。     

锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ 的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13Zr_xO₂（x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06）. 通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安（CV）及电化学交流阻抗谱（EIS）技术对其电化学性能进行测试. 结果表明,Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13Zr_xO₂（x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06）正极材料均具有α-NaFeO₂型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C（充放电电流以1.0C=180 mA·g^-1计算）倍率充放电进行测试,样品Li_1.2Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Zr_0.02O₂的首次放电比容量分别为280.3 和206.4 mAh·g^-1. 其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g^-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g^-1. 在50、25 和-10 ℃,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在- 10℃ 经过50 次循环后正极材料Li_1.2Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Zr_0.02O₂比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料的Ga2O3包覆改性及电化学性能

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂原始样品(P-LRMO),然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga₂O₃原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga₂O₃包覆层。电化学测试结果表明：含有3%Ga₂O₃的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能,其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g^-1)下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g^-1,在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g^-1,优于未改性材料的90.7 mAh·g^-1,表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g^-1的容量,容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%,证明Ga₂O₃包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且,G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后,电荷转移阻抗(R_ct)为107.7 Ω,远低于未改性材料的251.5 Ω,表明Ga₂O₃包覆层能提高材料的电子传输速率。     

Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料的Ga2O3包覆改性及电化学性能

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料 Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂原始样品(P-LRMO), 然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量 Ga₂O₃原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及 X射线光电子能谱(XPS)结果表明在 P-LRMO表面成功合成了 Ga₂O₃包覆层。电化学测试结果表明:含有 3 %Ga₂O₃的改性材料 G3-LRMO具有最优的电化学性能, 其在 0.1C倍率(电流密度为 25 mA·g^-1)下首圈充放电比容量可以达到 270.1 mAh·g^-1, 在 5C倍率下容量仍能保持 127.4 mAh·g^-1, 优于未改性材料的 90.7 mAh·g^-1, 表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在 1C倍率下循环 200圈后仍有 190.7 mAh·g^-1的容量, 容量保持率由未改性前的 72.9 %提升至 85.6 %, 证明 Ga₂O₃包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且, G3-LRMO在 1C倍率下循环 100圈后, 电荷转移阻抗(R_ct)为 107.7 Ω, 远低于未改性材料的 251.5 Ω, 表明 Ga₂O₃包覆层能提高材料的电子传输速率。     

高压实富镍正极材料LiNi_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)O_2的制备

通过控制结晶法制备高密度类球形Ni_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)(OH)_2前驱体,与LiOH·H_2O均匀混合后,在820℃于氧气气氛下进行高温煅烧,最终合成高压实富镍正极材料Li Ni_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)O_2。通过扫描电子显微镜(SEM)表征前驱体、正极材料及正极片的形貌;X射线衍射(XRD)表明材料具有良好的六方单相层状α-NaFeO_2结构,能谱仪(EDS)分析表明材料颗粒中各组分含量呈均匀分布。制备的LiNi_(0.85)Co_(0.06)Mn_(0.06)Al_(0.03)O_2正极材料具有良好的加工性能和很高的压实密度,极片压实密度达到了3.82 g·cm~(-3)。以该极片组装的模拟电池具有良好的电化学性能,尤其具有优异的倍率性能,在电压区间2.8~4.3 V和0.2C电流密度充放电条件下,首次放电比容量为211.7 mAh·g~(-1),首次充放电效率88.9%,5C大倍率充放电条件下容量仍达到180.2 mAh·g~(-1),循环200周容量保持率为80.4%。     

LixNi0.5Co0.5O2的态密度计算及电化学性能研究

>为获得综合性能更好的锂离子二次电池正极材料, 分析了Co掺杂对Li_xNiO₂电化学性能的影响. 采用密度泛函DFT理论对Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的平均放电电压和态密度进行了计算. 同时, 用共沉淀法制备了Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂锂离子二次电池正极材料, 并对其进行了XRD结构分析和恒流充放电测试. 实验和计算结果表明: 随锂离子嵌入正极(电池放电), 电池的电压逐渐降低, 材料的态密度峰向低能量方向移动; 与Li_xNiO₂相比, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的电压平台相对较高(当0.25≤x≤0.5), 而且在Li^＋嵌/脱时, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的结构变化相对较小; Co离子的掺入, 减小了NiO₆八面体的畸变度, 使材料的电化学稳定性得以提高. 在钴掺杂镍酸锂体系中, NiO₆和CoO₆具有相互的稳定作用.     

Crystal structure of Ca12Al14O32Cl2 and luminescence properties of Ca12Al14O32Cl2:Eu

The crystal structure of Ca₁₂Al₁₄O₃₂Cl₂ was determined from laboratory X-ray powder diffraction data (CuKα₁) using the Rietveld method, with the anisotropic displacement parameters being assigned for all atoms. The crystal structure is cubic (space group , Z=2) with lattice dimensions a=1.200950(5) nm and V=1.73211(1) nm³. The reliability indices calculated from the Rietveld method were R_wp=8.48% (S=1.21), R_p=6.05%, R_B=1.27% and R_F=1.01%. The validity of the structural model was verified by the three-dimensional electron density distribution, the structural bias of which was reduced as much as possible using the maximum-entropy methods-based pattern fitting (MPF). The reliability indices calculated from the MPF were R_B=0.75% and R_F=0.56%. In the structural model there are one Ca site, two Al sites, two O sites and one Cl site. This compound is isomorphous with Ca₁₂Al_10.6Si_3.4O₃₂Cl_5.4. Europium-doped sample Ca₁₂Al₁₄O₃₂Cl₂:Eu²⁺ was prepared and the photoluminescence properties were presented. The excitation spectrum consisted of two wide bands, which were located at about 268 and 324 nm. The emission spectrum, when excited at 324 nm, resulted in indigo light with a peak at about 442 nm.     

新型Li_4Ti_5O_(12)@石墨烯的微波辅助合成及电化学性能研究

将钛酸四丁酯和氧化石墨超声分散于叔丁醇,微波辐射下加入醋酸锂溶液制备尖晶石Li4Ti5O12(LTO)前驱体/氧化石墨烯。一方面,微波作用促进了钛酸四丁酯水解,前驱体的形成能在15 min内完成。另一方面,叔丁醇的"软模板"限域作用导致形成粒子极小且形貌单一的LTO前驱体。同时,细小的LTO前驱体粒子通过二次团聚将氧化石墨烯纳米片完全包埋。最后,LTO前驱体/氧化石墨烯在800℃下煅烧8 h得到尖晶石LTO@石墨烯(LTO@G)。研究表明,LTO@G晶体尺寸在0.2~1.5μm之间,其振实密度达到1.7 g·cm-3。石墨烯位于晶体内部,并显著提高了材料的电子传导性。LTO@G的电导率为1.84×10-3 S·m-1,远高于纯相LTO(1.1×10-7 S·m-1)。1C和4C下,LTO@G首次充放电容量分别是170.1和97.5 m Ah·g-1。可见,LTO@G具有高倍率性能和振实密度,可广泛应用于各种商品锂离子电池。     

Asymmetric supercapacitors based on high capacitance Ni6MnO8 and graphene

A fast, facile and cost-effective method is used to synthesize Ni₆MnO₈ electrode with high electrochemical performance. The supercapacitor based on Ni₆MnO₈ electrode exhibits excellent stability, high area specific capacitance and promising energy and power density.     

Structural disorder in Ba0.6Sr0.4Al2O4

The structural disorder in Ba_0.6Sr_0.4Al₂O₄ (space group P6₃22) was investigated by X-ray powder diffraction and selected-area electron diffraction (SAED). The initial structural model was determined using direct methods, and it was further modified by the combined use of Rietveld method and maximum-entropy method (MEM). MEM-based pattern fitting method was subsequently applied, resulting in the final reliability indices of R_wp=9.61%, R_p=6.96%, R_B=1.40% and S=1.25. The electron density distribution was satisfactorily expressed by the split-atom model in which the strontium/barium and oxygen atoms were split to occupy the lower symmetry sites. The diffuse scattering in SAED was mainly attributable to the positional disorder of oxygen atoms.     

UO22＋•nH2O和PuO22＋•nH2O (n＝2, 4, 5, 6)密度泛函理论研究

首先用密度泛函理论(DFT)方法研究了铀酰和钚酰离子的几何与电子结构, 计算结果与实验基本符合, 表明DFT方法也能用于含铀和钚重原子的化合物计算. 然后对铀酰和钚酰水合离子的几何构型、Mulliken集居数分布以及铀酰(钚酰)与配体水分子的结合能进行计算, 计算结果表明UO₂^2＋•5H₂O和PuO₂^2＋•5H₂O分别为铀酰和钚酰系列水合离子中最稳定的配合物.     

双包覆法改善高压钴酸锂正极材料的电化学性能

通过结合固相和液相包覆在Al掺杂LiCoO₂表面共包覆了钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和聚吡咯(PPy)。这种双包覆方法不仅稳定了高电压下LiCoO₂的表面,还增强了材料的离子和电子电导率。电化学测试表明,当活性物质、导电剂和黏结剂的质量比为80∶10∶10时,在0.5C(1C=180 mA·g^-1)电流下,循环300周后的容量保持率为76.9%,且在5C电流密度下可逆比容量为150 mAh·g^-1;由于双包覆后LiCoO₂电子电导率大幅提高,当活性物质、导电剂和黏结剂的质量比为90∶3∶7时,在0.5C电流下,循环200周后的容量保持率为82.8%,且在5C电流密度下可逆比容量为130 mAh·g^-1。X射线光电子能谱测试表明,包覆层可以在循环中保持稳定且能抑制LiCoO₂材料在高电压下的表面副反应。     

高能量密度LiMn0.6Fe0.4PO4/C的制备及其电化学性能

以Mn(NO_3)_2、Fe(NO_3)_3·9H_2O、NH_4H_2PO_4、LiOH·H_2O为原材料,采用改进的溶胶凝胶法制备了具有高能量密度的Li Mn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料。该方法通过金属和多种配体配位构筑的框架,把得到的一次纳米颗粒构筑为类球形的二次颗粒,即发挥了纳米材料优异的电化学性能,又提高了材料的压实密度,电池的能量密度可提升约30%。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗谱(EIS)、振实密度、粒度以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了较系统的研究,结果表明此方法制备的LiMn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料不仅具有较高的振实密度和电压平台,还具有优异的电化学性能:振实密度为1.3 g·cm~(-3),且在1C倍率下,放电中值电压为3.85 V,100次循环后,比容量仍有142.3 mAh·g~(-1),容量保持率为99.4%。