氧化体系对LiFePO4化学脱锂的影响

化学脱锂被广泛用于研究锂离子电池活性材料脱锂前后结构与性能的相互关系。本文通过改进的固相烧结法制备了粒径约12.61μm的超大颗粒LiFePO4粉末,分别在乙腈和水溶液体系中采用NO2BF4和K2S2O8作为氧化剂对其进行化学脱锂,探讨了两种氧化体系所得到的FePO4在晶体结构、颗粒形貌和电化学性能等方面的差异。实验结果表明,溶剂亦高度参与了脱锂反应,特别是K2S2O8氧化得到的FePO4中存在大量O-H基团,除未被烘干的H2O外,说明LixFePO4(0≤x≤1)在强氧化性水溶液中可能存在质子嵌入。伴随反应过程中搅拌分散、物质溶解、化学脱锂和质子嵌入等协同作用,使所得FePO4的晶胞体积和颗粒尺寸明显减小,最终导致充放电曲线畸变、阻抗增大和容量降低。虽然低温退火可去除大部分O-H,但是不可逆的结构和形貌改变导致电池性能依然无法与初始LiFePO4相比。与此相反,采用NO2BF4有机溶液体系脱锂得到的FePO4没有发生明显的结构、形貌和性能变化,因而是一种更加可靠的LiFePO4化学脱锂体系。     

球磨方式对锂离子正极材料LiFePO4性能的影响

采用高温固相合成法制备橄榄石型的LiFePO₄正极材料，在合成过程中分别采用湿法球磨和干法球磨两种球磨方式。用X-射线衍射，扫描电镜，激光粒度测试等对合成材料进行表征，并对以LiFePO₄为正极的电池进行电化学性能测试。结果表明，相对于干法球磨，湿法球磨制备的LiFePO₄样品具有更好的电化学性能，0.2C放电的首次放电比容量为134.9 mAh·g^-1，并有优良的大电流放电性能及循环性能。这主要是因为采用湿法球磨制备的LiFePO₄材料物相较纯、粒径均匀，与导电添加剂的接触更加紧密，从而提高了LiFePO₄材料电化学性能。     

纳米级锂离子电池正极材料LiFePO4

LiFePO₄以其价格便宜,稳定性好,无毒等优点而倍受关注。但是非纳米LiFePO₄的电子导电率低及扩散系数小限制了其在锂离子电池领域的大规模应用。而纳米电极材料以其特有的优点很好的解决了这些问题。本文主要综述了国内外合成纳米级LiFePO₄ 的不同方法及所得材料的对电化学性能和相关机理,以及纳米LiFePO₄作为锂离子正极材料存在的问题。     

锂离子电池正极材料LiMPO4的研究进展

述了近年来有关LiMPO₄(M=Fe、Mn、Co、V)系列材料的合成与性能研究的进展，重点讨论了LiFePO₄材料改性的最新研究成果，分析了该类材料今后可能的发展趋势。     

丙酸乙酯对LiFePO4锂离子电池低温性能的影响

以丙酸乙酯(EP)作为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的共溶剂,研究其对LiFePO4锂离子电池低温电化学性能的影响.利用循环伏安曲线、交流阻抗图谱和恒电流充放电曲线等方法测试电池电化学性能.结果表明,添加一定量EP,可提高碳酸酯电解液的离子电导率,改善电解液与正极LiFePO4材料和负极石墨材料的相容性,从而提高LiFePO4锂离子电池的低温性能.使用1 mol·L-1LiPF6/(EC:EMC:DMC:EP=1:1:1:3,by mass)电解液的石墨/LiFePO4锂离子电池在10oC(1C)、-10oC(0.2C)、-20oC(0.2C)、-30oC(0.2C)和-40oC(0.2C)下的相对放电容量(以25oC时的放电容量为基准)分别为82.9%、75.6%、59.0%、46.4%和37.6%.     

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     

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。     

稀土Sm掺杂LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能

采用高温固相法制备LiFe1-xSmxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)锂离子电池正极材料,并用XRD,SEM,CV及EIS等方法进行结构和电化学性能的测试。结果表明,通过该法制得的样品均具有橄榄石型晶体结构。Sm的掺杂可明显细化颗粒,并导致LiFePO4晶格中c轴方向的P-O键长增加,其中x=0.08样品P-O键长最大(0.152 8 nm),明显大于未掺杂样品的键长(0.142 2nm)。电化学性能测试表明,掺杂后LiFePO4的放电容量增加,循环稳定性能提高。在-20～40℃的温度区间内,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159 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Sm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。     

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%。     

不同合成方法对LiFePO4/C正极材料性能的影响

以磷酸亚铁为原料,分别采用磷酸亚铁与磷酸锂的直接合成法(直接法)和磷酸亚铁与原位合成磷酸锂的合成法(磷酸锂原位合成法)合成了橄榄石型LiFePO4/C复合正极材料.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、以及充放电测试等方法对材料进行了结构表征和电化学性能测试.实验结果表明两种不同方法得到的样品具有橄榄石晶体结构....     

碳包覆LiFePO4的一步固相法制备及高温电化学性能

Carbon coated LiFePO₄ cathode material was synthesized by one-step solid-state reaction and characterized by X-ray diffraction (XRD), field-emission-scanning electron microscope (FESEM). Electrochemical performances of the material as cathode in lithium-ion battery were investigated at medium and elevated temperature (30 and 55 ℃) by galvanostatic charge-discharge and A.C. impedance tests. The results show that carbon coated LiFePO₄ powder exhibits a well-crystallized olivine structure and spherical morphology with an average particle size of about 500 nm. Galvanostatic charge-discharge tests show that the reversible discharge capacity at 1 C and 1.5 C rates was improved from 121 and 105 mAh·g^-1 at 30 ℃ to 136 and 123 mAh·g^-1 at 55℃, respectively, while the enhancement of high temperature on electrochemical performance is less obvious at a rate lower than 0.5 C. Impedance spectra analyses indicate that the cathode material has a remarkably higher lithium-ion diffusivity at 55 ℃ than that at 30 ℃, which improves the electrochemical performance at high temperature.     

微乳液法合成LiFePO4 / C正极材料及其电化学性能

本文采用微乳液方法合成了纳米LiFePO₄ / C正极材料。制备样品分别用XRD和SEM进行表征，充放电测试其电化学性能。600 ℃制备样品为单一物相，平均粒径90 nm，在室温2.0～4.0 V (vs Li) 放电电压范围和15 mA·g^-1放电速率下，首次放电容量达到159 mAh·g^-1。制备样品同样展现良好的循环性能。在15 mA·g^-1速率下40次循环后，制备样品放电容量仍保持首次放电容量的98.9%。优异的电化学性能得益于样品颗粒的纳米尺寸、均匀分布以及表面碳层包覆提高了活性材料的电子电导率。     

不同碳源对LiFePO4/C复合正极材料性能的影响

采用固相反应法在惰性气氛下合成了橄榄石型LiFePO₄/C复合正极材料. 采用XRD, SEM和激光粒度分布(LSD)以及电化学测试等手段对目标材料进行了结构表征和性能测试. 考察了葡萄糖、乙炔黑以及石墨等不同碳源对目标材料性能的影响. 结果表明, 以葡萄糖作为碳源的正极材料具有优良的电化学性能, 首次放电比容量达142.5 mAh/g, 循环30次后, 容量衰减只有2.5%. 分析了不同碳源对目标材料性能影响的原因.     

MoO3氧化物掺杂改善LiFePO4 / 乙炔黑电化学性能研究

采用MoO₃氧化物前驱物对磷酸铁锂(LiFePO₄)进行少量的掺杂，并用XRD、SEM、CV及恒流充放电测试对产物进行了研究。研究表明，少量的掺杂并未影响到LiFePO₄的晶体结构，但却能够在一定程度上改善LiFePO₄的电化学性能。其中650 ℃焙烧的1% Mo掺杂的LiFePO₄材料性能较好，该材料在以0.2 C的倍率充放电时，充放电曲线具有平稳的电压平台和较大的充放电容量，首次放电容量能达到     

表面化学侵蚀改性富锂层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2

采用3种不同pH值的去离子水,NH₄NO₃和H₂C₂O₄溶液对富锂层状正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂进行表面化学侵蚀改性,旨在改善其整体电化学性能。ICP结果表明pH值对材料中Li的析出具有显著影响。X射线衍射（XRD）表明表面化学侵蚀对材料的结构有影响。拉曼光谱（Raman spectroscopy）表明材料表面结构发生了变化。H₂C₂O₄溶液侵蚀过的样品的首次效率有了极大提高,但同时中值电压和循环性能显著恶化。NH₄NO₃溶液侵蚀过的样品的首次效率从63%提高到了85%,1C倍率下的放电比容量从149 mAh·g^-1提高到194 mAh·g^-1,同时保持了温和的中值电压变化曲线。通过高分辨透射电镜（HRTEM）,X射线光电子能谱（XPS）和电化学阻抗谱（EIS）对改性机理进行了研究。     

表面化学侵蚀改性富锂层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2

采用3种不同pH值的去离子水,NH₄NO₃和H₂C₂O₄溶液对富锂层状正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂进行表面化学侵蚀改性,旨在改善其整体电化学性能。ICP结果表明pH值对材料中Li的析出具有显著影响。X射线衍射（XRD）表明表面化学侵蚀对材料的结构有影响。拉曼光谱（Raman spectroscopy）表明材料表面结构发生了变化。H₂C₂O₄溶液侵蚀过的样品的首次效率有了极大提高,但同时中值电压和循环性能显著恶化。NH₄NO₃溶液侵蚀过的样品的首次效率从63%提高到了85%,1C倍率下的放电比容量从149 mAh·g^-1提高到194 mAh·g^-1,同时保持了温和的中值电压变化曲线。通过高分辨透射电镜（HRTEM）,X射线光电子能谱（XPS）和电化学阻抗谱（EIS）对改性机理进行了研究。     

金属氧化物掺杂改善LiFePO4电化学性能

采用氧化物前驱体对磷酸铁锂(LiFePO₄)进行少量金属离子掺杂，并用XRD，SEM和恒电流充放电对掺杂的LiFePO₄进行了研究。结果表明，少量的掺杂离子在很大程度上提高了LiFePO₄的电化学性能，特别是大电流放电性能。1.0 mol%的Nb⁵⁺掺杂LiFePO₄的0.1 C放电容量约150 mAh·g^-1；即使在3 C倍率下放电，也有117 mAh·g^-1的容量。掺杂的效果与掺杂离子的半径、价态密切相关，半径小、价态高的离子对提高LiFePO₄的电化学性能有利。在掺杂量较小时(<2.0 mol%)，掺杂效果与掺杂离子的浓度关系不大。