Mg、F共掺杂锂锰尖晶石的合成与性能研究

锂锰尖晶石LiMn2O4被认为是当前最有前途的锂离子电池的正极材料之一[1];特别在用于动力锂离子电池方面.但是LiMn2O4在充-放电循环过程中会发生严重的容量衰减;而产生容量衰减的主要原因是其结构的不稳定性[2-3]、锰的溶解[4]和John-Teller效应[5].     

Mg、F共掺杂锂锰尖晶石的合成与性能研究

锂锰尖晶石LiMn2O4被认为是当前最有前途的锂离子电池的正极材料之一；特别在用于动力锂离子电池方面。但是LiMn2O4在充一放电循环过程中会发生严重的容量衰减：而产生容量衰减的主要原因是其结构的不稳定性、锰的溶解和John-Teller效应。通过降低材料中的Mn^3＋来抑制Jahn-Teller效应的发生，可部分改善LiMn2O4尖晶石的循环性能。     

Al掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的性能

尖晶石LiMn2O4作为锂离子电池正极可大电流放电,且成本低、环境友好.采用溶胶-凝胶法制备尖晶石LiMn2O4及Al掺杂材料.使用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察材料结构与形貌.结果表明,复合材料颗粒尺寸300-500 nm,呈类球形.电化学恒流充放电测试表明,Al掺杂尖晶石LiMn2O4电极的循环性明显提高,Al掺杂5%LiMn2O4(by mass,下同)正极在1C倍率充放电100周期循环后的容量保持率为98.2%,1C倍率充电、5C倍率放电下,100周期循环后其容量保持率为99.0%,表现出较优的电化学循环性能.     

尖晶石LiMn2O4的改性研究

由于资源丰富、价格便宜、易制备、对环境无污染、可回收利用等优点,尖晶石型LiMn2O4成为锂离子二次电池中最有希望的正极材料[1~3]。然而,在高电压充、放电条件下,由于电极中锰的溶解和Jahn鄄Teller效应的发生,会造成LiMn2O4容量迅速衰减[4~6]。为了改善LiMn2O4的电化学性能,研究者主要通过优化合成条件及合成方法来控制产品的粒径分布与形貌,以利于锂离子的脱、嵌[7,8];用掺杂的方法以稳定其结构,抑制Jahn鄄Teller效应的发生[9,10];用表面修饰的方式来减少活性物质与电解液的直接接触从而降低Mn的溶解[11,12]。掺杂方面,Co3 不仅有…     

尖晶石LiMn_2O_4的表面改性研究

采用溶胶_凝胶法合成尖晶石LiMn2 O4 ,并以LiCoO2 对其进行包覆 ,用XRD、SEM、EPMA等方法对修饰的尖晶石结构和性能进行研究 .结果表明 ,经包覆的LiMn2 O4 在 70 0℃焙烧 10h所得的晶粒是表层富含Co的立方尖晶石 ,而且晶粒中Co3+的含量呈现出从表到里递减的梯度分布 .以该材料作锂离子电池正极 ,虽初始容量稍有降低 ,但能有效地降低Mn2 +在电解质中的溶解 ,而且对Jahn_Teller效应有一定的抑制作用 ,包覆的LiMn2 O4 尖晶石正极材料比未包覆的有更好的循环性能     

LiCoO2掺杂对锰酸锂结构和性能的影响

用固相反应合成了LiCoO2掺杂改性的LiMn2O4锂离子电池正极材料,优化了LiMn2O4的改性路径及制备条件.利用SEM、XRD对产物的结构进行了表征,并测试了产物的电化学性能.结果表明:所得产物均具有尖晶石型LiMn2O4结构.LiCoO2的掺入增加了尖晶石结构的稳定性,改善了尖晶石型LiMn2O4的充放电循环性能.     

简化的溶胶凝胶法合成LiMn2-xLaxO4及电性能研究

采用以水溶液作为反应介质的简化的溶胶凝胶法制备了LiMn2O4和稀土La掺杂的LiMn1.98La0.02O4粉体材料, 此方法工艺简单, 容易控制, 制备周期短. 利用XRD, SEM对材料粉体进行结构形态表征, 并以合成的材料为正极活性材料测试其充放电性能、循环伏安性能、 电化学阻抗谱性能. 实验结果表明: 材料LiMn2O4和LiMn1.98La0.02O4具有较好的尖晶石结构, 且颗粒分布均匀, 掺杂La的材料循环性能有较大改善. 以LiMn2O4为正极活性物质的扣式电池首次放电比容量129.38 mAh · g-1, 循环20次后容量保持在94%, 以LiMn1.98La0.02O4为正极活性物质的扣式电池首次放电比容量106.77 mAh · g-1, 循环20此后容量保持在96.2%.     

正尖晶石LiMn_2O_4电化学性能研究

采用高温固相反应合成了尖晶石LiMn2 O4 锂离子电池正极材料 ,并对其性能进行研究 .综合考察了影响材料电化学性能的主要因素 ,诸如原材料的选择、合成温度、Li/Mn比以及添加金属元素Co等 .研究了材料在高温下的电化学性能和影响因素 ,并分析了LiMn2 O4 在电解质中的溶解和引起容量衰减的原因     

反尖晶石LiNiVO4的湿法低温合成

LixMn2O4正尖晶石化合物作为锂离子电池正极材料,由于其具有三维网络隧道结构而使电池呈现充放电电压高、 比容量大、 循环性能好和立方结构稳定等特点.Tarascon[1]认为,在LiMn2O4中若阳离子混合度越大,进入16d位置的Li+越多,Li+从16d位置移出将会使电池电压升高.但由于LixMn2O4中阳离子混合度不超过10%,因而限制了该材料的高电位及高电位峰的容量.反尖晶石化合物LiNiVO4的阳离子混合度可达到100%,因而会具有更高的电位(vs.Li).     

多元掺杂尖晶石型Li_(1.02)M_xMn_(2-x)Q_yO_(4-y)正极材料的电化学特性

0引言由于金属钴资源的短缺,尤其是钴化合物对环境的污染以及钴酸锂正极材料大电流充放电的安全性等问题,研发性能优良、可取代LiCoO2的新一代锂离子电池正极材料具有十分重要而深远的意义[1￣3]。研究发现[4￣7]:尖晶石型锰酸锂LiMn2O4作为新一代正极材料具有诸多的优点:(1)天     

赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3负极材料的制备及储锂性能

采用金属硝酸盐为金属源, NaOH和Na₂CO₃为沉淀剂, 利用共沉淀法制备了La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料, 研究了粉体的微观结构和电化学性能, 并与传统的LaCoO₃的电化学性能进行了比较. 通过扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)和N₂吸附-脱附测试对其进行了表征, 结果表明, 所制备的 La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物为钙钛矿结构, 形貌为球状, 且各组成元素分布均匀, 比表面积(19.83 m²/g)较高. 储锂性能研究表明, La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料具有较高比容量、 优异的倍率性能和循环稳定性, 在200 mA/g的电流密度下, 其首次放电比容量为855.8 mA·h/g, 循环150次后, 比容量增加到771.8 mA·h/g, 远高于理论比容量(331.6 mA·h/g); 在3000 mA/g的高电流密度下循环500次后, 其仍能保持320 mA·h/g的可逆比容量, 接近其理论比容量, 容量保持率高达95.1%. La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物储锂性能的大幅度提高, 主要归因于熵稳定的晶体结构和多主元协同效应, 使其具有较大的锂离子扩散系数(11.2×10^-18 cm²/s)和较高的赝电容贡献.     

Ti、Mg离子复合掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的结构及其电化学性能的影响. 结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化. 1%(摩尔分数) 的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的倍率放电能力, 平台保持能力和高倍率下的循环性能. 交流阻抗谱表明钛镁离子掺杂抑制了LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂在高放电倍率下循环的电化学反应阻抗Rct的增加. 采用几种不同价态的金属离子复合掺杂是改善嵌锂的镍钴锰系金属氧化物的倍率放电能力的有效途径.     

Electrochemical performance of a nano SnO2-modified LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode material

The nano SnO₂-modified LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ was successfully prepared by a carrier transfer method. The pristine and modified samples were characterized with various techniques such as XRD, SEM, XPS and EDS. The results showed that the SnO₂ particles did not enter the crystal structure of LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O₂, many nano SnO₂ particles were uniformly covered on the surface of LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ and the modified thin layer could inhibit the dissolution of transition metal oxides. The electrochemical tests indicated that the existence of nano SnO₂ could improve the discharge capacity and rate capability owing to the decreased interfacial polarization. The cycling stability was remarkably improved at room temperature and 55 ℃. The XRD patterns of the fresh NCM electrode and after 50 cycles proved that the structural change of NCM was not so effective on the capacity fade.     

沉淀剂对铜锰复合氧化物变换催化剂构效的影响

以CuSO4.5H2O和MnSO4.H2O为原料,KOH和NaOH为沉淀剂制备了铜锰复合氧化物,考察了其变换反应催化性能,利用XRD、低温氮气吸附法、TG、H2-TPR等对所合成样品进行了表征。以KOH和NaOH为沉淀剂所得沉淀终产物的物相组成和织构明显不同,分别为层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O及无定形锰氧化物和Cu2+1O和Mn3O4混合物。两种物相组成和织构完全不同的沉淀终产物焙烧后都生成Cu1.5Mn1.5O4固熔体,在变换反应条件下均转化为Cu和MnO,但其催化性能却有明显差异。以NaOH为沉淀剂,得到以Cu2+1O和Mn3O4复合体为主的沉淀终产物,焙烧及还原后保持了较高的织构稳定性,提高了样品的活性和热稳定性。而以KOH为沉淀剂得到以层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O和无定形锰氧化物为主的沉淀终产物,在焙烧过程发生的演变极其复杂,削弱了铜锰组分协同效应,造成其活性和热稳定性极差。研究结果表明,NaOH作沉淀剂所制备样品的织构稳定性、催化活性显著高于以KOH作沉淀剂所制备样品,且热稳定性良好。     

Preparation of Spinel Cathode Materials Li1+xMn2-xO4 by In-situ Redox Precipitation Method for Lithium Rechargeable Batteries

Spinel Li_1+xMn_2-xO₄ has been studied extensively as a promising cathode material for lithium rechargeable batteries with high energy density due to the following advantages. (1) it is less expensive; (2) it is less toxic; (3) it is easier to prepare than layered LiCoO₂ and LiNiO₂. The preparation methods have important and remarkable effects on the electrochemical properties of spinel Li_1+xMn_2-xO₄ cathode material. Li1+,Mn2_x04 powders are typically synthesized by solid state reaction which consists of extensively mechanical mixing and intermitted grinding^[1,2]. This treatment is detrimental to the quality of the final product because of the resulting inhomogeneity, irregular morphology, larger particle size with broader particle diameter distribution, and poor control of stoichiometry resulted from lithium loss at high temperature for long time. In order to achieve good efficiency of lithium utilization at high current and high reliability of lithium rechargeable batteries, we developed a new synthesis process which was called as in-situ redox precipitation method^[3]. By this method, the Li_1+xMn_2-xO₄ cathode material with good homogeneity, uniform morphology and narrow particle-size distribution as well as excellent electrochemical performance can be easily produced at lower temperature and in a shorter processing time. In this paper, our partial findings were reported.     

水合肼对锂离子正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

以NiSO4和MnSO4为原料,在用共沉淀法经二次干燥制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入水合肼进行还原处理.实验结果发现:经还原处理的前驱体制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远远高于同样条件下不经水合肼还原处理的前驱体制备的正极材料的充放电比容量,而且处理前驱体制备的正极材料在高倍率放电条件下电化学行为更好.粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体合成的样品为单一的尖晶石结构,晶粒呈规则的八面体形貌,没有杂质相,而未处理前驱体合成的样品则含有少量的杂质相.这种杂质相是在前驱体的制备过程中由于Mn(OH)2被O2氧化而形成难溶Na0.55Mn2O4.1.5H2O化合物,最终转变为Na0.7MnO2.05.     

Preparation and Characterization of Heteropoly-complex K_11[La(GaW_11O_39H_2)_2]· xH_2O

Heteropoly complexes K11[Ln(CaW 11O39H2)21 · x H2O(Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy ) have been prepared and analysed. Some properties such as thermal behavior, IK and UV spectra, X-ray powder diffraction, magnetic susceptibility and X-ray photoelectron spectrum have been investigated.     

稀土掺杂对氯化氢氧化制氯气CuO-CeO2-SiO2催化剂结构和性能的影响

采用模板法制备了CuO-CeO₂-SiO₂和稀土掺杂的CuO-Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂ (M=La, Pr, Nd)催化剂. 运用X射线衍射(XRD), N₂吸附-脱附, 透射电镜(TEM), 拉曼(Raman)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和氢气-程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂的结构进行表征, 并考察稀土掺杂对氯化氢催化氧化制氯气性能的影响. 结果表明, 稀土掺杂进入CeO₂晶格中形成良好的固溶体结构, 获得更小的晶粒尺寸和更高的比表面积, 并且显著提高了固溶体的表面氧空位浓度. 稀土掺杂显著影响了催化剂的氯化氢催化氧化活性, 活性顺序为: CuOCe_0.9La_0.1O₂-SiO₂>CuO-Ce_0.9Nd_0.1O₂-SiO₂>CuO-Ce_0.9Pr_0.1O₂-SiO₂>CuO-CeO₂-SiO₂, 固溶体氧空位浓度的高低与氯化氢氧化活性直接相关. 通过与Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂催化剂的结构和性能的对比, 发现氧空位浓度的提高并不能增强在固溶体表面发生的氯化氢氧化反应. 动力学测试显示, 稀土掺杂后, 氧分子的吸附成为反应过程的决速步骤. 但在V(O₂):V(HCl)=1 条件下, 更高的氧空位浓度导致了固溶体更低的氯化氢氧化反应速率. 结合机理分析认为, CuO-Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂催化剂更高的氧空位浓度增强了固溶体表面的“氧溢流”, 加快了氯化氢氧化的整体反应速率, 这是CuO-Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂具备高活性的关键.     

尖晶石型高熵氧化物的制备和电化学性能

采用溶液燃烧法制备了化学组成均一的尖晶石型（Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2M_0.2）₃O₄（M=Co,Zn,Mg）高熵氧化物（HEOs）纳米晶粉体,并将3种高熵氧化物用作锂离子电池负极材料,研究了活性过渡金属Co和Zn阳离子与非活性Mg阳离子对电化学性能的影响.结果表明,由于具有高构型熵稳定的晶体结构,3种高熵氧化物均表现出优异的循环稳定性,其中含有非活性Mg离子的高熵氧化物（Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2Mg_0.2）₃O₄不仅具有更高的初始比容量（1300 mA·h/g）和倍率性能（在3 A/g电流密度下比容量约为450 mA·h/g）,且在循环500次后Li⁺的扩散系数为其它2种高熵氧化物的3倍以上.（Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2Mg_0.2）₃O₄电化学性能提高的原因是非活性Mg离子不仅避免了锂化过程中活性物质的团聚,还提高了锂离子的扩散系数.     

纳米MgO掺杂改善LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料

将氢氧化物共沉淀法制备的(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)（OH）₂在500℃热处理5 h得到具有尖晶石结构、纳米尺寸的氧化物M₃O₄(M=Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3).将其与LiOH及不同量的纳米MgO混合均匀,并在850℃热处理24 h制备了Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_1/xMg_xO₂（x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05）正极村料.随着Mg掺杂量的增大,正极材料的晶胞参数增大;少量的Mg掺杂增大了锂离子的扩散系数,而过度掺杂却使锂离子扩散系数有所降低,其中Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Mg_0.02O₂的锂离子扩散系数最大,其脱出和嵌入扩散系数分别为D_Li-dein=29.20×10^-11cm²·S^-1和D_Li-in=4.760×10^-11cm²·s^-1;其以3C倍率充放电的平均放电比容量为139.3 mAh·g^-1,比未掺杂的原粉约高9.5 mAh·g^-1;另外其循环性能也得到了大幅度改善.