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%.     

LiCoO2对LiMn2O4改性过程的研究

在LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2这三种锂离子电池正极材料中,尖晶石LiMn2O4由于具有价廉、对环境友好、使用安全的显著优点,被普遍认为是最有希望的新型正极材料。但该材料在高温下较快的容量衰减制约了其规模应用[1~3]。为改善LiMn2O4的高温性能,各国学者普遍采用掺杂法,即在制备L     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的研究现状

介绍了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶体结构及电化学反应特性,并从LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备方法、离子掺杂及表面包覆等方面对其研究现状进行了综述。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2相对于LiCoO2而言具有较高的热稳定性、放电比容量及循环性能,是一种较理想的锂离子电池正极材料,但是其高温及大电流环境下的循环及倍率性能仍然有待改进。     

BaCe0.8Y0.2O3-α固体电解质的离子导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应合成了BaCe08Y02O3-α固体电解质,用氢浓差电池和氧浓差电池方法研究了它的离子导电特性.以该氧化物为固体电解质,多孔性Pt为电极材料,组成氢-空气燃料电池,测定了该燃料电池的电流-电压特性.研究发现,BaCe0.8Y0.2O3-α在氢气中几乎是一个纯的质子导体,在氧气中是一个氧离子和电子空穴的混合导体,其燃料电池的开路电压(OCV)接近于理论值,最大输出电流密度约为820mA@cm-2(1000℃),最大输出功率密度约为200mW@cm-2(1000℃),放电性能稳定,具有良好的电池性能.     

分步沉淀对CeO2-ZrO2-Y2O3-La2O3材料热稳定性的影响

研究了传统沉淀法和分步沉淀对CeO₂-ZrO₂-Y₂O₃-La₂O₃(CZ)材料结构和性能的影响. N₂-吸/脱附、 OSC、 H2-TPR和催化剂三效活性等测试结果表明:分步沉淀所制备的CZ材料表现出更优的氧化还原性能和织构性能.基于此,继续优化分步沉淀中晶种的含量(10%、 50%、 90%),结果表明:较少的晶种诱导可以极大程度提高材料热稳定性能和织构性能,但进一步增加晶种含量对材料热稳定性能提升作用不明显.其中,当晶种量为10%时,所得CZ材料在高温焙烧后仍保持最大比表面积及稳定的立方相结构,表现出最好的织构性能和热稳定性能,其负载的单Pd三效催化剂也因此表现出最优的三效催化活性.     

Ce0.67Zr0.33O2对CH4燃烧催化剂Fe2O3/Al2O3的改性作用

固定n(Ce)/n(Zr)比为0.67/0.33, 用共沉淀法制得一系列CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体. 采用这些固溶体作载体, 以Fe2O3为活性组分, 用浸渍法制备了一系列催化剂. BET结果显示, 将适量Ce0.67Zr0.33O2引入到Al2O3载体中有助于催化剂保持较高的比表面积. TPR结果显示, 载体中引入适量的Ce0.67Zr0.33O2可以改善催化剂的氧化还原性能. XRD结果表明, Fe2O3在CeO2-ZrO2-Al2O3载体上呈现出良好的分散状况, 老化前后催化剂的晶相结构基本无明显变化. 特别是当载体中m(Ce0.67Zr0.33O2)∶m(Al2O3)的值为1∶2时, Fe2O3/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂在甲烷催化燃烧中显示出最佳的催化性能和抗高温老化性能.     

Ce0.67Zr0.33O2对CH4燃烧催化剂Fe2O3/Al2O3的改性作用

固定n(Ce)/n(Zr)比为0.67/0.33,用共沉淀法制得一系列CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体.采用这些固溶体作载体,以Fe2O3为活性组分,用浸渍法制备了一系列催化剂.BET结果显示,将适量Ce0.67Zr0.33O2引入到Al2O3载体中有助于催化剂保持较高的比表面积.TPR结果显示,载体中引入适量的Ce0.67Zr0.33O2可以改善催化剂的氧化还原性能.XRD结果表明,Fe2O3在CeO2-ZrO2-Al2O3载体上呈现出良好的分散状况,老化前后催化剂的晶相结构基本无明显变化.特别是当载体中m(Ce0.67Zr0.33O2)∶m(Al2O3)的值为1∶2时,Fe2O3/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂在甲烷催化燃烧中显示出最佳的催化性能和抗高温老化性能.     

硼的添加对Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33贮氢合金结构和电化学性能的影响

Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33Bx(x=0~0.10)系列合金均有V基固溶体相和C14型Laves相两相组成。添加B可提高Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33合金的放电容量,Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33B0.1合金电极在60 mA·g-1电流放电时的放电容量达到476.7 mAh·g-1。B的添加不同程度地降低了合金的高倍率放电性能,使合金电极表面上电化学反应的电荷转移电阻(R ct)显著增加,交换电流密度(I0)显著降低。添加B可显著改善Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33合金电极的高温放电性能,Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33B0.025合金电极在343 K高温下其放电容量达到525.6 mAh·g-1。     

具有良好高温循环性能的Li(Li0.15Ni0.21Fe0.21Mn0.45)O2阴极材料的合成与性能表征

利用高温固相法制备了具有层状结构的Li(Li_0.15Ni_0.21Fe_0.21Mn_0.45)O₂阴极材料, 通过ICP-AES测定了各金属含量, XRD研究表明该材料在充放电过程中发生了结构变化. 进一步的电化学表征说明材料在结构转变后具有突出的高温循环性能(55 ℃), 以300 mA/g (2C)的电流密度循环428周后, 仍然能够保持80%的初始放电容量.     

微球LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的制备及在改性电解液中的电化学性能

利用共沉淀辅以高温烧结法制备了椭球形三元高镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(LNCM811)正极材料,并用XRD、SEM和TEM对其结构和形貌进行表征。利用CV和恒流充放电测试LNCM811在添加质量含量分别为2%(w/w)DTD(硫酸乙烯酯)、1%(w/w)MMDS(甲烷二磺酸亚甲酯)及其复合添加剂2%DTD+1%MMDS的电解液中的电化学性能,并利用EIS测试其充放电过程中的动力学特性。结果发现相较于1%MMDS,2%DTD能较为显著提高LNCM811在常温的首周放电容量和首周库伦效率;1%MMDS和2%DTD均能提高电极材料的长循环寿命,室温25℃条件下2%DTD比1%MMDS效果更显著,而高温60℃下1%MMDS比2%DTD更为明显;LNCM811正极无论在室温下还是高温下在复合添加剂的电解液中均具有最好循环性能。EIS测试表明2%DTD+1%MMDS复合添加剂能显著降低LNCM811动力学阻抗。     

KCl熔盐法制备LiMn2O4

采用熔盐法合成了LiMn₂O₄。熔盐的使用可以使原来固相反应的高温焙烧时间缩短。合成获得的材料结晶良好，颗粒大小在数百个纳米左右，有较明显的团聚现象。该材料的初始容量为113 mAh·g^-1，循环性能优良，前100次的容量平均衰减率在0.05%左右；倍率性能亦非常优秀，8 C放电时的容量为1 C放电容量的93%以上。熔盐的用量在4倍于Li⁺以上时，对材料的结构形貌和性能都没有明显影响。     

Ge4+、Sn4+掺杂尖晶石LiMn2O4的合成与电化学表征

使用Ge⁴⁺、Sn⁴⁺作为掺杂离子, 通过高温固相法制备四价阳离子掺杂改性的尖晶石LiMn₂O₄材料. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明, Ge⁴⁺离子取代尖晶石中Mn⁴⁺离子形成了LiMn_2-xGe_xO₄ (x=0.02,0.04, 0.06)固溶体; 而Sn⁴⁺离子则以SnO₂的形式存在于尖晶石LiMn₂O₄的颗粒表面. Ge⁴⁺离子掺入到尖晶石LiMn₂O₄材料中, 抑制了锂离子在尖晶石中的有序化排列, 提高了尖晶石LiMn₂O₄的结构稳定性; 而在尖晶石颗粒表面的SnO₂可以减少电解液中酸的含量, 抑制酸对LiMn₂O₄活性材料的侵蚀. 恒电流充放电测试表明, 两种离子改性后材料的容量保持率均有较大幅度的提升, 有利于促进尖晶石型LiMn₂O₄锂离子电池正极材料的商业化生产.     

石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备及电化学性能

采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn2O4纳米晶和石墨烯纳米片,并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料,利用XRD、SEM、AFM等对其结构及表面形貌进行表征;利用CV、充放电、EIS研究纳米复合材料的电化学性能和电极过程动力学特征。结果表明:纳米LiMn2O4电极材料及其石墨烯掺杂纳米复合材料的放电比容量分别为107.16 mAh.g-1,124.30 mAh.g-1,循环100周后,对应容量保持率为74.31%和96.66%,石墨烯可显著改善尖晶石LiMn2O4电极材料的电化学性能,归结于其良好的导电性。纳米复合材料EIS上感抗的产生与半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面所造成局域浓差有关,并提出了感抗产生的模型。     

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。     

LiMn2O4表面包覆Li4Ti5O12的制备及倍率特性

采用固相法合成了尖晶石型LiMn₂O₄，并通过溶胶-凝胶法制备了不同物质的量的百分比含量Li₄Ti₅O₁₂包覆的正极材料。X-射线衍射和扫描电镜结果表明，Li₄Ti₅O₁₂微粒包覆在LiMn₂O₄的表面没有产生晶体结构的变化。实验电池在室温下，以1C，2C和5C倍率作充放电循环测试；结果表明，与未包覆的LiMn₂O₄相比，表面包覆Li₄Ti₅O₁₂微粒的正极材料在高倍率下具有更好的循环稳定性。     

Electrochemical properties and synthesis of LiAl0.05Mn1.95O3.95F0.05 by a solution-based gel method for lithium secondary battery

The cathode materials, LiMn₂O₄, LiAl_0.05Mn_1.95O₄ and LiAl_0.05Mn_1.95O_3.95F_0.05 were firstly prepared by a simple solution-based gel method using the mixture of acetate and ethanol as the chelating agent. The synthesized samples were investigated by X-ray diffraction, scanning electronic microscope and differential and thermal analysis. The as-prepared powders were used as positive materials for lithium-ion battery, whose discharge capacity and cycle voltammogram properties were examined. The results revealed that LiAl_0.05Mn_1.95O_3.95F_0.05 synthesized by the solution-based gel method had higher initial capacity than LiAl_0.05Mn_1.95O₄ and better capacity retention rate (92%) than that of LiAl_0.05Mn_1.95O₄ and LiMn₂O₄, which revealed that Al and F dual-doped LiMn₂O₄ could gain better electrochemical properties of LiMn₂O₄ than only the Al-doped LiMn₂O₄.     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的低热固相合成与性能表征

锂离子电池具有比能量高、环境污染小等优点,广泛应用于手提电话、便携式电脑、摄像机等设备中。其正极材料的研究是锂离子电池的研究重点。层状结构的LiCoO2、LiNiO2和尖晶石结构的LiMn2O4是仅有的三种能在3.5V以上电位可嵌入Li的正极材料[1~3]。目前市售的锂离子电池主要采用LiCoO2作正极材料,但由于Co资源缺乏和价格相对昂贵,而锰资源丰富,价格低廉且无毒,对环境友好,因此世界各国都在大力进行以LiMn2O4为正极材料的锂离子电池的实用化研究。LiMn2O4传统的制备方法是高温固相反应合成法[4~7],但由于Mn的变价多,与Li形成贫Li或…     

Comparison of different soft chemical routes synthesis of nanocrystalline LiMn2O4 and their influence on its physicochemical properties

A comparative study of nanocrystalline spinel LiMn₂O₄ powders prepared by two different soft chemical routes such as solution and sol-gel methods using lithium and manganese acetates are the precursors under different calcination temperatures. The dependence of the physicochemical properties of the spinel LiMn₂O₄ powder has been extensively investigated by using thermal analysis (TGA/DTA), FTIR, X-ray diffraction studies, SEM, specific surface area (BET) and electrical conductivity measurements. The results show that pure LiMn₂O₄ can be prepared from acetate precursors as starting materials at a low temperature of 600°C from solution route and 500°C from sol-gel method. The charge-discharge characteristics and the cycling behavior of Li/1M LiBF₄-EC/DEC electrolyte / LiMn₂O₄cells revealed that LiMn₂O₄ calcined at higher temperatures showed a high initial capacity, while the LiMn₂O₄calcined at lower temperatures exhibited a good cycling behavior.     

Preparation of spherical spinel LiMn2O4 cathode material for lithium ion batteries

A novel process is proposed for synthesis of spinel LiMn₂O₄ with spherical particles from the inexpensive materials MnSO₄, NH₄HCO₃, and NH₃H₂O. The successful preparation started with carefully controlled crystallization of MnCO₃, leading to particles of spherical shape and high tap density. Thermal decomposition of MnCO₃ was investigated by both DTA and TG analysis and XRD analysis of products. A precursor of product, spherical Mn₂O₃, was then obtained by heating MnCO₃. A mixture of Mn₂O₃ and Li₂CO₃ was then sintered to produce LiMn₂O₄ with retention of spherical particle shape. It was found that if lithium was in stoichiometric excess of 5% in the calcination of spinel LiMn₂O₄, the product had the largest initial specific capacity. In this way spherical particles of spinel LiMn₂O₄ were of excellent fluidity and dispersivity, and had a tap density as high as 1.9 g cm^–3 and an initial discharge capacity reaching 125 mAh g^–1. When surface-doped with cobalt in a 0.01 Co/Mn mole ratio, although the initial discharge capacity decreased to 118 mAh g^–1, the 100th cycle capacity retention reached 92.4% at 25°C. Even at 55°C the initial discharge capacity reached 113 mAh g^–1 and the 50th cycle capacity retention was in excess of 83.8%.