Li3V2(PO4)3/C和Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C的结构和电化学性能的比较研究

采用溶胶-凝胶法合成了锂离子正极材料Li3V2(PO4)3/C(LVP/C)及Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C,并用XRD、循环伏安及交流阻抗等方法,研究了大量Na+掺杂对材料结构和电化学性能影响。结果表明,大量钠离子的掺杂会使LVP结构由单斜向菱方转变。掺杂化合物Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C在0.5 C充电1 C放电时,首次放电容量为118 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为92.4%,并发现与单斜LVP存在多个放电平台不同,Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C仅在3.7 V处有一个放电平台。     

尖晶石型LiMn2-xInxO4(x=0，0.01，0.02，0.05)的合成及电化学性能研究

以醋酸锰、氢氧化锂和三氧化二铟为原料,以柠檬酸为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂In的尖晶石LiMn2-xInxO4(x=0,0.01,0.02,0.05),采用XRD、SEM对目标材料进行了结构和形貌表征,采用恒流充放电、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)谱测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同In掺杂量对材料性能的影响。结果表明,当In掺杂量为1%时,LiMn1.99In0.01O4样品具有纯的尖晶石锰酸锂结构,在0.5C和3.4～4.35 V电压范围条件下,LiMn1.99In0.01O4的初始放电容量为119.9 mAh.g-1,经过1C 30次,2C 30次,再0.5C 5次循环后,其放电容量保持率为84.9%,显示了良好的电化学性能。掺杂1%的In的样品比未掺杂的样品具有更优的高温循环稳定性能。     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn_(1.9)Mg_(0.05)Ti_(0.05)O_4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料,以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4.采用热重分析(TGA),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)测试)对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:780°C下煅烧12 h得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4材料,该材料具有良好的电化学性能,在室温下以0.5C倍率充放电,在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 m Ah·g-1,循环50次后放电比容量仍为118.5m Ah·g-1,容量保持率为93.5%.在55°C高温下循环30次后的放电比容量为111.9 m Ah·g-1,容量保持率达到91.9%,远远高于未掺杂的Li Mn2O4的容量保存率.二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂Li Mn2O4,改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能,使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.     

Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料

以金属硫酸盐为原料,Na OH和NH3·H2O为沉淀剂,用共沉淀法合成了Co0.9Ni0.05Mn0.05(OH)前驱体,再进行配锂并通过高温固相法合成了Ni-Mn共掺杂高电压钴酸锂锂离子电池正极材料Li(Co0.9Ni0.05Mn0.05)O2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(C-V)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明Ni-Mn共掺杂正极材料Li(Co0.9Ni0.05Mn0.05)O2有优秀的电化学性能:在3.0~4.4 V和3.0~4.5 V区间,0.5C倍率下首次放电比容量分别为162.5 m Ah·g-1和185 m Ah·g-1,循环100次后容量保持率分别为94.4%和93.7%。     

Li3V2-xMgx(PO4)3/C正极材料的制备及电化学性能研究

通过溶胶-凝胶法制备出Mg~(2+)掺杂Li_3V_(2-x)Mg_x(PO_4)_3/C(x=0,0.01,0.05,0.09)正极材料。采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对材料的结构和形貌进行了表征和分析,通过恒流测试、循环伏安和交流阻抗测试对样品的电化学性能进行了表征,结果表明适量的掺杂能够显著提高材料的电化学性能。当倍率为0.2 C,充放电电压为2-4.3 V,材料Li_3V_(1.95)Mg_(0.05)(PO_4)_3/C表现出最优的电化学性能,首次放电容量达到162.1 mAh·g~(-1)。经过不同倍率的充放电循环后,其初始容量保持率可达98.5%,表现出优异的电化学稳定性。     

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.     

LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4的合成及其电化学性能研究

应用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法.合成了Y3+掺杂的尖晶石LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4材料.XRD、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4的倍率和循环性能.在电压区间3.5～4.9V,1C倍率下,其初始放电比容量为114.9 mAh.g-1,100次循环后放电比容量仍可达113.0 mAh.g-1,容量保持率为98.3%.掺杂Y3+能减小材料界面阻抗.     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)Zr_xO_2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(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,Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(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Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2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°C,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°C经过50次循环后正极材料Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

非整比Li4-xTi5SnyO12化合物的合成及电化学性能的研究

采用流变相法合成了锡掺杂的非整比锂钛氧尖晶石化合物,并研究了不同比例的Sn髧离子掺杂对锂钛氧尖晶石结构及性能的影响。采用XRD、SEM技术对合成材料的晶体结构和微观形貌进行表征,采用恒流充、放电系统及交流阻抗测试法对合成材料的电化学性能进行了测试,结果表明:Sn髧离子掺杂在一定程度上改善了锂钛氧尖晶石作为负极材料时,不同的掺杂量,对材料的电化学性能影响不同,其中Li4-xTi5Sn0·3O12材料的性能为最佳,当电池在较低电流密度下(50 mA·g-1)充、放电时,Li4-xTi5Sn0·3O12材料的首次放电比容量为236 mAh·g-1,在随后提高充、放电倍率过程中(由1C增到4C进行充、放电),当循环105次后,Li4-xTi5Sn0·3O12材料的放电比容量仍保持在109.8 mAh·g-1,与纯样品或其它非整比掺杂样品锂钛氧尖晶石比较,Li4-xTi5Sn0·3O12表现优良的电化学循环性能。本文还对锡掺杂导致锂钛尖晶石材料性能改善的原因也进行了初步探索。     

新型Ni(OH)2.05电极材料的电化学性能研究

采用化学氧化法制备了碱性二次电池用正极材料Ni(OH)2.05, 考察了其作为镍氢电池正极活性材料的电化学性能. 结果表明: 以氧化处理过的样品为正极材料组装成镍氢模拟电池在0.2 C倍率下放电容量为281 mAh•g－1; 1 C充放电条件下, 270次循环后容量保持98% 以上. 交流阻抗分析和循环伏安测试表明, 经过氧化修饰的镍电极具有更小的电荷传递电阻、更快的质子扩散速度; ΔEa,c小于未处理样品70 mV, 电化学可逆性优于未处理样品; 对不同放电截止电压下的充放电测试发现: 放电截止电压进一步降低后, 相对于未处理过的样品, 氧化处理后样品无明显的二次放电平台, 第一放电平台末的容量与未处理样品二次放电平台末容量相当, 从而有效地抑制了二次放电平台现象.     

TiO2包覆对LiCO1/3Ni1/3Mn1/3O2材料的表面改性

为了提高材料LiCo1/3Ni1/3MnO2的循环件能,采用浸渍-水解法对其进行TiO2包覆.用X射线衍射(XRD)、电化学交流阻抗谱(EIS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和恒流允放电测试研究包覆材料的结构和电化学性能.TiO2仅在材料表面形成包覆层,并未改变材料的结构.TiO2包覆能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的倍率性能和循环性能,TiO2包覆后的材料在5.0C(1.0C=160 mA·g-1)下的放电容量达到0.2C下的66.0%,而包覆前的材料在5.0C下的放电容量仅为其0.2C下的31.5%.包覆后的材料在2.0C下循环12周后的容最没有衰减,而未包覆的材料容量保持率仅为94.4%.EIS测试表明包覆材料性能的提高是由于循环过程中材料的界面稳定性得到了提高.循环后材料的XRD和ICP-OES测试表明,包覆层能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的结构稳定性.     

TiO2包覆对LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料的表面改性

为了提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的循环性能, 采用浸渍-水解法对其进行TiO2包覆. 用X射线衍射(XRD)、电化学交流阻抗谱(EIS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和恒流充放电测试研究包覆材料的结构和电化学性能. TiO2仅在材料表面形成包覆层, 并未改变材料的结构. TiO2包覆能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的倍率性能和循环性能, TiO2包覆后的材料在5.0C(1.0C=160 mA·g-1)下的放电容量达到0.2C下的66.0%, 而包覆前的材料在5.0C下的放电容量仅为其0.2C下的31.5%. 包覆后的材料在2.0C下循环12周后的容量没有衰减, 而未包覆的材料容量保持率仅为94.4%. EIS测试表明包覆材料性能的提高是由于循环过程中材料的界面稳定性得到了提高. 循环后材料的XRD和ICP-OES测试表明, 包覆层能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的结构稳定性.     

LiCoO_2 electrode/electrolyte interface of Li-ion batteries investigated by electrochemical impedance spectroscopy

The storage behavior and the first delithiation of LiCoO2 electrode in 1 mol/L LiPF6-EC:DMC:DEC elec- trolyte were investigated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). It has found that, along with the increase of storage time, the thickness of SEI film increases, and some organic carbonate lithium compounds are formed due to spontaneous reactions occurring between the LiCoO2 electrode and the electrolyte. When electrode potential is changed from 3.8 to 3.95 V, the reversible breakdown of the resistive SEI film occurs, which is attributed to the reversible dissolution of the SEI film component. With the increase of electrode potential, the thickness of SEI film increases rapidly above 4.2 V, due to overcharge reactions. The inductive loop observed in impedance spectra of the LiCoO2 electrode in Li/LiCoO2 cells is attributed to the formation of a Li1-xCoO2/LiCoO2 concentration cell. Moreover, it has been demonstrated that the lithium-ion insertion-deinsertion in LiCoO2 hosts can be well described by both Langmuir and Frumkin insertion isotherms, and the symmetry factor of charge transfer has been evaluated at 0.5.     

采用新颖喷墨打印技术制备的薄膜LiCoO2电极及其电化学性能

采用喷墨打印技术制备了LiCoO2薄膜电极. 用X射线衍射、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒电流充放电试验对薄膜电极进行结构表征和电化学性能测试. SEM结果表明, 所制备的薄膜电极表面粒子分布均匀, 厚度约为1.27 μm. 经过轻微热处理(450 ℃, 30 min)的薄膜LiCoO2电极呈现出稳定的充放电循环性能. 当以20 μA/cm2进行充放电时, 第50次循环容量保持率约为首次放电容量(81 mA·h/g)的87%, 10次循环后的充放电过程的充放电效率均接近100％.     

P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)复合聚合物电解质的电化学性质

采用激光扫描共焦显微镜、X射线衍射、循环伏安和交流阻抗等方法对由聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(P(VDF-HFP))、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及纳米碳酸钙(二氧化硅)制备的几种复合聚合物电解质(CPE)膜P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)的性能进行了研究. 结果表明, PMMA的加入能提高CPE的吸液率, 从而增大其离子导电率. 在P(VDF-HFP)与PMMA质量比为1:1条件下制得的CPE性能最佳. 用P(VDF-HFP)-PMMA为聚合物基体与纳米级SiO2、CaCO3进行复合制成的聚合物膜, 无机粒子的加入没有破坏原来聚合物非晶结构; 室温下CPE的电导率达到3.42 mS·cm-1; 电化学稳定窗口为4.8 V. 电池Li/CPE/GMS(石墨基材料)的测试证明, CPE与石墨负极有很好的相容性. 聚合物电池Li/CPE(CaCO3)/LiCoO2比Li/CPE)(SiO2)/LiCoO2具有更优越的倍率放电性能.     

Li3V2(PO4)3/C正极材料在不同电压区间的电化学行为及容量衰减原因

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/C. 通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等方法, 研究了Li₃V₂(PO₄)₃/C 在不同电压区间的电化学行为(3.0-4.5 V和3.0-4.8 V). 结果表明, 3.0-4.8 V电压区间的循环性能和倍率性能均不及3.0-4.5 V电压区间的. 3.0-4.5 V区间0.1C (1C=150mA·g^-1)倍率首次放电比容量为127.0 mAh·g^-1, 循环50次后容量保持率为99.5%, 而3.0-4.8 V区间的分别为168.2 mAh·g^-1和78.5%. 经过高倍率测试后再回到0.1C倍率充放电, 3.0-4.5 V和3.0-4.8 V的放电比容量分别为初始0.1C倍率的99.0%和80.7%. 经过3.0-4.8 V电压区间测试后, 少部分第三个锂离子能够在低于4.5V的电压脱出, 使3.0-4.5 V电压区间的放电比容量提升了7.4%. CV结果表明3.0-4.8 V区间的容量损失主要表现为第一个锂离子的不可逆损失. 极片的X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析测试结果表明经过3.0-4.8 V测试后, Li₃V₂(PO₄)₃的结构发生了轻微的改变. 电感耦合等离子体(ICP)测试结果表明循环后的电解液中含有少量的V. 结构变形和V溶解可能是Li₃V₂(PO₄)₃在3.0-4.8 V区间容量衰减的主要原因.     

Synthesis, characterization, and electrochemical performance of LiFePO4/C cathode materials for lithium ion batteries using various carbon sources: best results by using polystyrene nano-spheres

Olivine LiFePO₄/C cathode materials for lithium ion batteries were synthesized using monodisperse polystyrene (PS) nano-spheres and other carbon sources. The structure, morphology, and electrochemical performance of LiFePO₄/C were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), galvanostatic charge–discharge tests, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements, and Raman spectroscopy measurements. The results demonstrated that LiFePO₄/C materials have an ordered olivine-type structure with small particle sizes. Electrochemical analyses showed that the LiFePO₄/C cathode material synthesized from 7 wt.% PS nano-spheres delivers an initial discharge capacity of 167 mAh g^-1 (very close to the theoretical capacity of 170 mAh g^-1) at 0.1 C rate cycled between 2.5 and 4.1 V with excellent capacity retention after 50 cycles. According to Raman spectroscopy and EIS analysis, this composite had a lower I _D/I _G, sp ³/sp ² peak ratio, charge transfer resistance, and a higher exchange current density, indicating an improved electrochemical performance, due to the increased proportion of graphite-like carbon formed during pyrolysis of PS nano-spheres, containing functionalized aromatic groups.     

季铵盐掺杂聚苯胺电极的电容性能

采用循环伏安法,在铂电极表面聚合制备了季铵盐[CnH2n+1N(CH3)3]Cl(n=12,14,16,18)掺杂的聚苯胺修饰电极。 利用扫描电子显微镜、红外光谱以及X射线衍射对复合电极的表面形貌和结构进行了表征。 用循环伏安法、交流阻抗和恒电流充放电测试对电极的电化学性质和电容行为进行了系统研究。 结果表明,其中[C18H37N(CH3)3]Cl季铵盐掺杂的聚苯胺复合电极比表面积大,电容性能好,在2×10-3 A的充电电流下,初始比电容高达329.6 F/g,未掺杂电极比电容为199.0 F/g。 而且,复合电极的循环稳定性良好,经30次循环后比电容保持为252.4 F/g。     

0/1/2维混合纳米形貌V2 O5的制备与储锂性能

以P123为结构导向剂,采用溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术制备了0/1/2维混合纳米形貌的正交相V₂O₅电极活性材料.利用XRD和SEM表征了样品的结构和形貌,通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试研究了样品的储锂性能.结果显示,这种0/1/2维混合纳米形貌V₂O₅具有较高的储锂容量、优异的电化学循环稳定性和出色的大倍率充放电性能,在1 A/g电流密度下循环500次后放电比容量稳定在117.5 mA·h/g,容量保持率为94.4%,在5 A/g大电流密度下,其放电比容量仍保持在88.2 mA·h/g,性能明显优于未添加P123制备的2D片状V₂O₅材料.     

Li<Subscript>0.99</Subscript>Ti<Subscript>0.01</Subscript>FePO<Subscript>4</Subscript>/C composite as cathode material for lithium ion battery

Three kinds of LiFePO₄ materials, mixed with carbon (as LiFePO₄/C), doped with Ti (as Li_0.99Ti_0.01FePO₄), and treated both ways (as Li_0.99Ti_0.01FePO₄/C composite), were synthesized via ball milling by solid-state reaction method. The crystal structure and electrochemical behavior of the materials were investigated using X-ray diffraction, SEM, TEM, cyclic voltammetry, and charge/discharge cycle measurements. It was found that the electrochemical behavior of LiFePO₄ could be increased by carbon coating and Ti-doping methods. Among the materials, Li_0.99Ti_0.01FePO₄/C composite presents the best electrochemical behavior, with an initial discharge capacity of 154.5 mAh/g at a discharge rate of 0.2 C, and long charge/discharge cycle life. After 120 cycles, its capacity remains at 92% of the initial capacity. The Li_0.99Ti_0.01FePO₄/C composite developed here can be used as the cathode material for lithium ion batteries.