长寿命、高倍率(Li4Ti5O12-AC)/( LiMn2O4-AC)电池电容的制备及性能研究

以商业微米级锰酸锂(LiMn2O4)为正极,钛酸锂(Li4Ti5O12)为负极,分别与商业活性炭(AC)复合,组装成软包装电池电容样品并进行电化学测试。测试结果表明：当样品正负极均复合AC时,其电化学性能要优于只有正极复合AC和未复合AC的样品。其中,正负极活性炭复合比例为5 wt.%,负极与正极的理论容量比(N/P)为1.01时,电池电容样品拥有良好的倍率性能,且其在0.5 C时的放电比容量为56.4 mAh/g,5 C时的容量保持率为0.5 C的72.2%。此外,与未复合AC的样品相比,单体在5 C倍率下经2000次循环后的容量保持率仍有77.5%,远高于前者的30.4%。     

Li_4Ti_5O_(12)纳米片的合成及储锂性能研究

以无定形的水合二氧化钛为前驱物,水热法合成了200～400nm大小的Li4Ti5O12纳米片作为锂离子电池负极材料.XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电子显微镜)和TEM(透射电镜)分析表征样品的物相结构、表观形貌;循环伏安、充放电循环和电化学交流阻抗技术分别测定该纳米Li4Ti5O12在有机电解液和室温离子液体S114TFSI电解液中的电化学性能.结果表明,该材料具有较高的放电容量和良好的循环性能,有望成为锂二次电池新型负极材料.     

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.     

高倍率尖晶石型Li_4Ti_5O_(l2)/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5Ol2/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5Ol2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料的电化学性能.     

混合超级电容器AC/LiMn2O4体系的电化学性能

对AC/LiMnO4体系混合电容器进行研究,以活性炭(AC)为负极材料,尖晶石结构的LiMn2O4为正极材料,Li2SO4为电解液。该体系的原理与锂离子电池很相似,从本质上说属于一种特殊的锂离子电池。改变正负极的质量配比,根据其电化学性能确定了该体系最佳的正负极质量配比。对不同电解液浓度的电容器进行不同电流密度充放电测试,发现电解液浓度增加,会使容量和大电流性能得到明显改善,极化电阻的增大会大大降低放电电压平台。实验表明该体系具有较高的能量密度和功率密度,同时保持了良好的循环性能。     

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%。     

水热法制备富锂型Li_(2+4x)Mn_(0.6+2x)Ni_(0.6-6x)Cr_(0.8)O_4及其结构与电化学特性

采用水热法制备了系列富锂尖晶石型正极材料Li2+4xMn0.6+2xNi0.6-6xCr0.8O4(x=1/30,1/20,1/15,1/12),通过X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对其结构及电化学性能进行表征.结果表明,所制备的系列材料为富锂型高电压尖晶石结构正极材料,该系列样品在4.7 V左右有放电平台.x=1/15和x=1/12时,样品中的Cr为+3价,没有观测到Cr6+.随着x值的增大,样品中Li离子与过渡金属离子的混排减小,样品的充放电比容量逐渐增大,且2.7 V处的放电平台容量也增加.当x=1/12时,样品具有较好的充放电比容量和倍率特性,首次放电比容量为107.3 mA·h/g,20次循环后容量保持率为84.9%.     

Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-2xTixNbxO2的合成及电化学性能

采用共沉淀-高温固相烧结法在900oC空气中煅烧,合成了层状复合掺杂型正极材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-2xTixNbxO2(x=0,0.002,0.005,0.01,0.02).通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和电化学测试等观察与研究掺杂元素对Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2的形貌结构和电化学性能的影响.结果表明,适量Ti、Nb掺入Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2,降低了材料的阳离子混排程度,且晶胞参数随着掺杂量的增加而增加.与未掺杂材料相比,Ti-Nb复合掺杂的样品具有更好的电性能和高温性能.当x=0.005时,材料的综合性能最好,方型铝壳电池3.0~4.2 V电位区间首次1C放电比容165.9 mAh.g-1,常温循环100周期容量保持率96.5%,55oC循环300周期容量保持率为92.6%,80oC/6 h高温存储后冷却2 h电池厚度膨胀率9.8%.     

LiCoO_2和LiMn_2O_4在水系电解液中的赝电容研究

用溶胶-凝胶法合成了LiCoO2和LiMn2O4样品粉末。以LiCoO2和LiMn2O4电极为正极,活性炭(AC)电极为负极,分别组装成模拟非对称超级电容器AC/LiCoO2和AC/LiMn2O4,通过循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗研究其电容性能。测试结果表明,这类非对称电容器在Li2SO4溶液中展示了较好的电容性能。在电压范围(0～1.4)V、电流密度为100mA·g-1时,AC/LiCoO2和AC/LiMn2O4电容器的初始比电容分别为45.9和44.6F·g-1。但在大电流密度下,AC/LiMn2O4具有更大的比电容和更好的循环性能。实验结果还表明,在水系电解液中,LiCoO2和LiMn2O4均是通过Li+脱嵌导致过渡元素(Co,Mn)价态变化所产生的赝电容来实现储能。     

高倍率尖晶石型Li4Ti5O12/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5O12/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5O12锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5O12/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0 mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5O12锂离子电池负极材料的电化学性能.     

N掺杂C包覆Li_4Ti_5O_(12)锂离子电池负极材料的制备与性能

以TiO2和Li2CO3分别作为钛源和锂源,聚苯胺(PANI)作为碳源和氮源,通过球磨辅助高温固相法合成N掺杂C包覆Li4Ti5O12.通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、元素分析仪(EA)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等对材料的结构和形貌进行了表征,并将合成材料制成电极片组装成扣式电池,测试其电化学性能.结果显示,钛源的处理对样品的性能有影响,通过对TiO2预包覆合成的N掺杂C包覆Li4Ti5O12具有优异的电化学性能,在碳、氮源的包覆比例(PANI与Li4Ti5O12的质量比)为5%时效果最佳:1C放电时其比容量为157.6mA·h/g,20C放电时其比容量仍可达到119.6mA·h/g;在10C充放电循环100次后,其比容量保持率为97.8%,表明N掺杂C包覆Li4Ti5O12具有优异的倍率性能和循环稳定性.     

高电压锂离子电池用环丁砜基高浓度电解液

本文介绍了一种含双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(Li TFSI)和环丁砜(TMS)的高浓度电解液。采用FT-IR对样品进行结构表征,通过线性扫描伏安法(LSV)和循环伏安法(CV)研究电解液的电化学性能。结果表明,高浓度TMS/Li TFSI(摩尔比2∶1)电解液的电化学和化学稳定性良好,电化学窗口拓宽至5. 02V,可以有效抑制Al箔腐蚀,适用于5V级的镍锰酸锂(Li Ni_(0.5)Mn1. 5O4)正极材料。室温下,基于TMS/Li TFSI高浓度电解液的Li Ni_(0.5)Mn1. 5O4半电池经过大倍率充放电后,0. 1C的比容量基本回复到原始状态;在0. 2C的倍率下实现良好的循环,前25圈的库仑效率大于92%。     

多孔炭模板法制备Li4Ti5O12及其嵌锂行为

采用水合氧化钛溶胶为原料, 多孔炭为模板剂, 设计制备了一种新型准纳米晶锂钛复合氧化物, 并用SEM、XRD、恒流充放电及交流阻抗测试表征了材料的形貌、结构和电化学性能. 结果表明, 该氧化物晶粒尺寸约200 nm, 为典型的尖晶石Li4Ti5O12结构. 在0.5C(1C=0.2 mA·cm-2)电流条件下的首次嵌脱锂效率为99.8%, 嵌脱锂电位平坦, 可逆容量为117 mAh·g-1; 当电流从0.5C增至5C时, 其可逆嵌锂容量仍在100 mAh·g-1以上, 容量保持率大于86%, 倍率充放电性能优异. 交流阻抗测试结果表明, 模板剂多孔炭的应用使合成的尖晶石Li4Ti5O12具有更佳的导电性能, 且多孔特征明显.     

负极材料Li_4Ti_5O_(12)的蔗糖改性研究

以蔗糖为碳源,采用固相法合成了C改性的Li4Ti5O12材料.XRD衍射分析表明,C的引入没有改变Li4Ti5O12的尖晶石结构,且缓解了颗粒间的团聚,并以初始蔗糖含量为10%(by mass)样品的电化学性能最佳.0.2C放电倍率下首次放电比容量达179.1 mAh/g,在2C和3C倍率下首次放电比容量仍达143.8 mAh/g和129.4 mAh/g.循环伏安和电化学阻抗测试显示改性后的Li4Ti5O12材料电极极化程度较小,并且具有较小的电极反应阻抗.     

不同组分下富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(x=0.1-0.8)的晶体结构与电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列富锂锰基正极材料xLi2MnO3?(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2(x=0.1-0.8),通过X射线衍射(XRD)仪,扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同组分下富锂材料的结构与电化学性能.结果表明:Li2MnO3组分含量较高时,材料的首次放电容量较高,但循环稳定性较差;该组分含量较少时,所得样品中出现尖晶石杂相,且放电容量较低,但循环稳定性较好;综合来看,x=0.5时材料的电化学性能最优.x=0.4,0.6时材料也表现出了较好的电化学性能,值得关注.     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能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:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

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。     

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%.     

层状LiNi0.5Mn0.5O2正极材料的优化合成及电化学性能

采用沉淀法首先得到了Ni0.5Mn0.5(OH)2沉淀物,以其为原料与LiOH反应制备了LiNi0.5Mn0.5O2正极材料。采用XRD、SEM、充放电测试等研究了其结构与电化学性能,同时研究了Li过量时对材料电化学性能和结构的影响。SEM分析表明,Ni0.5Mn0.5(OH)2与LiNi0.5Mn0.5O2产物均为微小晶粒团聚成的颗粒。LiNi0.5Mn0.5O2材料在2.5~4.4V电位区间内,首次放电容量为130mAh/g,0.2C倍率下,50次循环后的容量保持率为87.8%。锂过量有助于形成良好的层状结构材料,并能显著提高材料的比容量和循环性能,Li1.1Ni0.5Mn0.5O2的首次放电容量为149mAh/g,0.2C倍率下,50次循环后的容量保持率为92.6%。     

一种活性炭比容量的测试

本文采用三电极有机锂盐体系对一种性炭(AC)的比容量进行测试、分析,发现在活性炭对称电容器中,正极活性炭的双电层容量为79.24F/g,活性炭做负极时,在不同的电位下表现出不同的容量性质,在较低电位下活性炭比容量为61.85F/g,而较高的电位比容量为96.54F/g.在对比活性炭对称电容器体系和AC/Li4Ti5O12、 LiMn2O4/AC两种不对称电容器体系,发现AC/Li4Ti5O12、LiMn2O4/AC不对称电容器测试出来的活性炭比容量比活性炭对称电容器的测试出来比容量提高约9.6%～17.8%不等.