导电氧化物AZO对尖晶石型LiMn2O4高温性能的改善及研究

采用溶胶凝胶法对尖晶石型LiMn₂O₄正极材料进行铝掺杂氧化锌(AZO)包覆改性,并通过XRD、SEM、EDS、TEM、EIS、ICP -AES和充放电测试等手段对其结构,形貌及电化学性能进行表征。研究结果表明,AZO包覆层有效的阻止了LiMn₂O₄颗粒和电解液的直接接触,抑制了高温下锰溶解,明显改善了LiMn₂O₄的高温循环性能。1.5wt% AZO包覆的LiMn₂O₄正极材料在高温(55℃)1C时,首次放电比容量为114 mAh·g^-1,经过100次循环后,容量保持率仍高达95.4%,远高于未包覆LiMn₂O₄的70.6%。此外,1.5wt% AZO包覆的LiMn₂O₄表现出了优越的大倍率放电性能,在10C下放电比容量能达到99 mAh·g^-1。     

尖晶石型LiMn2O4的制备及超级电容性能研究

采用高温固相法制备LiMn₂O₄。X射线衍射结果表明800 ℃下得到尖晶石型LiMn₂O₄。利用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等研究了LiMn₂O₄电极材料在2 mol·L^-1 (NH₄)₂SO₄溶液中的超级电容性能。循环伏安测试结果表明LiMn₂O₄电极材料在0～1 V电位窗口范围内具有较好的方形特征；恒流充放电结果表明充放电曲线呈现出较规整的三角形对称分布，放电曲线呈直线关系，5 mA·cm^-2下的放电比容量为141 F·g^-1，具有较高的充放电效率，循环性能稳定；交流阻抗结果也显示LiMn₂O₄电极材料在2 mol·L^-1 (NH₄)₂SO₄中具有典型的电容阻抗特性。     

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。     

锰源对尖晶石LiMn2O4高温性能的影响

为考察不同锰源对所制备尖晶石LiMn₂O₄(LMO)电化学性能的影响(特别是高温性能),采用沉淀法制备前驱体,通过不同煅烧温度制备得到最常用的锰氧化物(MnO₂、Mn₂O₃和Mn₃O₄)为锰源,经相同条件制备得到LMO正极材料,通过考察所得LMO形貌及电化学性能来研究锰源与LMO电化学性能的关系。研究结果表明,相同的前驱体在不同煅烧温度下可以得到不同的锰氧化物,且各自具有不同的形貌结构。由这些锰氧化物都可以得到高纯度的LMO,但产物形貌结构以及材料中的八面体晶体含量和尺寸不同。由Mn₂O₃制备得到的LMO材料中的八面体晶体含量最多,且尺寸最均匀,在3种LMO中容量性能、倍率性能和循环性能最好：0.2C(1C=148 mA·g^-1)下首次放电比容量为131.8 mAh·g^-1;3C下还有100.4 mAh·g^-1的放电比容量。其对应半电池在0.5C下循环100次后,放电比容量还有116.0 mAh·g^-1,容量保持率为93.9%,电化学储能性能远远优于其他2种LMO。即使是在高温55 ℃下,由Mn₂O₃得到的LMO也表现出明显优于其他2种材料的高倍率性能和抗衰减性能。     

熔融盐法制备LiMn2O4材料的合成条件研究

采用熔融盐法制备锂离子电池正极材料LiMn₂O₄,对制备过程中熔融盐种类、焙烧时间和焙烧温度等影响因素进行了系统研究。通过XRD、SEM和充放电测试,研究了产物的组成结构、形貌及电化学性能。研究结果表明,合成的LiMn₂O₄样品具有完整的尖晶石结构;样品的粒径分布范围小,平均粒径为几百纳米;优化实验条件之后制备得到的材料,在电压范围3.3～4.3 V,充放电电流值为60 mA·g^-1(0.5C)时     

正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成及性能

采用低温固相法制备镍锰复合草酸盐，煅烧后生成的镍锰复合氧化物与Li₃CO₃混合，在空气中于700 ℃反应12 h，得到LiNi_0.5Mn_1.5O₄。通过XRD，SEM和恒电流充放电测试对样品进行了表征。XRD结果表明：复合草酸盐经390 ℃煅烧3 h，生成了多相氧化物；合成的LiNi_0.5Mn_1.5O₄为纯相，具有立方尖晶石结构。电化学测试结果表明，合成的样品在室温和高温(55 ℃)下，具有较好的电化学性能；大电流充放电时，具有良好的循环性能。     

球形尖晶石LiMn2O4掺杂钇的性能研究

利用控制结晶方法, 在前驱体碳酸锰中共沉淀掺杂适量的钇, 得到球形掺杂钇的碳酸锰, 在540 ℃预烧后, 与锂盐一起焙烧, 可以得到高活性的掺钇球形尖晶石LiMn₂O₄. XRD分析表明, 产物中无杂相产生. 研究表明, 掺杂钇与掺杂其它金属离子的特性不一样, 钇具有催化特性, 掺杂钇可以提高尖晶石LiMn₂O₄中锰的活性. 掺钇使得更多的Mn^3＋参加电化学反应, 增加容量; 但同时也使更多的锰与电解液反应, 造成锰的溶解, 容量损失. 掺钇量越多, 锰的溶解量越大. 因此, 合适的掺杂量对于保证产品良好的电化学性能至关重要. 实验证明, 掺钇0.5%的产品Li(Y_0.005Mn_0.995)₂O₄具有较好的电化学性能. 其常温初始比容量为130 mAh•g^－1, 大于纯相的锰酸锂的125 mAh•g^－1, 100次循环后比容量为120 mAh•g^－1, 容量保持率为92.3%.     

以微乳液法制备的锰源合成LiMn2O4

采用CTAB-C₈H₁₈-C₄H₉OH-H₂O微乳体系制备出MnCO₃，将其灼烧成Mn₂O₃之后，与Li₂CO₃混合，800 ℃高温焙烧，获得了颗粒大小为数百纳米，均匀分布的纯相尖晶石LiMn₂O₄。这一材料的电化学性能优秀，0.5C的电流在3～4.2 V之间充放电时，首次放电比容量为124 mAh·g^-1，经过110次循环，保留比容量118 mAh·g^-1，平均每次容量损失<0.05%。该材料的倍率性能尤为优异，10C放电的比容量在110 mAh·g^-1以上，功率约为0.2C时功率的45倍。     

球形尖晶石LiMn2O4掺杂钇的性能研究

利用控制结晶方法, 在前驱体碳酸锰中共沉淀掺杂适量的钇, 得到球形掺杂钇的碳酸锰, 在540 ℃预烧后, 与锂盐一起焙烧, 可以得到高活性的掺钇球形尖晶石LiMn₂O₄. XRD分析表明, 产物中无杂相产生. 研究表明, 掺杂钇与掺杂其它金属离子的特性不一样, 钇具有催化特性, 掺杂钇可以提高尖晶石LiMn₂O₄中锰的活性. 掺钇使得更多的Mn^3＋参加电化学反应, 增加容量; 但同时也使更多的锰与电解液反应, 造成锰的溶解, 容量损失. 掺钇量越多, 锰的溶解量越大. 因此, 合适的掺杂量对于保证产品良好的电化学性能至关重要. 实验证明, 掺钇0.5%的产品Li(Y_0.005Mn_0.995)₂O₄具有较好的电化学性能. 其常温初始比容量为130 mAh•g^－1, 大于纯相的锰酸锂的125 mAh•g^－1, 100次循环后比容量为120 mAh•g^－1, 容量保持率为92.3%.     

Y2O3对铝代α-Ni(OH)2电极材料高温性能的影响

固相法合成的样品,经X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、电感螯合等离子体发射光谱(ICP-AES)、比表面积(BET)、热重分析(TGA)和滴定法(CT)等表征为α-Ni_0.81Al_0.19(OH)_2.19-2y(CO₃)_y·xH₂O(x=1.1~1.2,y=0.10~0.12)。为了改善其高温性能,样品经混掺不同量Y₂O₃后作为氢镍电池的正极材料,做了不同温度恒流充放电、微电极循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)测定。结果表明,60 ℃时掺Y₂O₃0.4wt%~1.2wt%,能提高样品不同倍率放电比容量达18.1％~42.0％,同时也改善了高温放电电位。     

三维尖晶石Li4Ti5O12纳米丝网状电极的构置与电化学性能

首次采用电纺丝技术结合高温退火成功地构置了含尖晶石Li₄Ti₅O₁₂的纳米纤维丝三维(3D)网状结构，并测量了三维电池的充放电性能。X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电池循环性能测试等方法表征纤维丝3D结构和电化学性能。研究结果表明了Li₄Ti₅O₁₂纳米丝的零应变特性、构建的3D阵列的结构稳定性和在大电流密度下较好的充放电性能。显示了Li₄Ti₅O₁₂可作为3D电池的电极材料。     

球形纳米Fe3O4的制备及超级电容性能研究

采用双氧水氧化水热法制备Fe₃O₄,通过IR、XRD和SEM对样品的结构和性能进行表征。结果表明,产物为形貌规整的球形,平均粒径为25 nm。通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等方法研究Fe₃O₄电极的电容性能。电化学测试表明,在1 mol·L^-1 Na₂SO₃溶液中,-1.2～0.2 V(vs SCE)电位范围内,Fe₃O相似文献   

Li3V2(PO4)3电极过程及其锂离子脱嵌动力学研究(I)

采用溶胶凝胶法合成了Nasicon化合物Li₃V₂(PO₄)₃, 采用X射线衍射(XRD)对产品进行了物相分析. 采用充放电测试, 循环伏安(CV)研究了化合物的电化学性能和锂离子的脱嵌过程, 计算出Li^＋在固相中的扩散系数(10^－8 cm²•s^－1); 采用交流阻抗测试(EIS)研究了Li₃V₂(PO₄)₃的电极过程; 对两种类型的阻抗图谱提出不同等效电路模型并对结果进行了拟合; 研究了Li₃V₂(PO₄)₃电极过程动力学以及新鲜电极界面在充放电过程中的变化特性.     

Li3V2(PO4)3电极过程及其锂离子脱嵌动力学研究(I)

采用溶胶凝胶法合成了Nasicon化合物Li₃V₂(PO₄)₃, 采用X射线衍射(XRD)对产品进行了物相分析. 采用充放电测试, 循环伏安(CV)研究了化合物的电化学性能和锂离子的脱嵌过程, 计算出Li^＋在固相中的扩散系数(10^－8 cm²•s^－1); 采用交流阻抗测试(EIS)研究了Li₃V₂(PO₄)₃的电极过程; 对两种类型的阻抗图谱提出不同等效电路模型并对结果进行了拟合; 研究了Li₃V₂(PO₄)₃电极过程动力学以及新鲜电极界面在充放电过程中的变化特性.     

锂离子电池正极材料层状LiNi1/2Mn1/2O2的制备与表征

用一种简单的共沉淀法制备出了层状LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料，并且用XRD、SEM、循环充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法对材料进行了表征测试。首先，用共沉淀法制备氢氧化镍和氢氧化锰的混合物;然后，对共沉淀溶液进行预氧化来制备前驱体;最后，用预氧化的前驱体合成了LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料。SEM和XRD测试结果分别表明:LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料是粒径范围在100～200 nm之间的球形粒子，并且具有非常好的层状结构。循环充放电表明:在空气中900 ℃下合成时间为9 h的材料，在充放电截止电压为2.8～4.6 V的情况下，经过40次循环，材料的容量可以稳定地保持在140 mAh·g^-1左右。循环伏安曲线表明:在锂的初始脱嵌和入嵌过程中存在不可逆相变。电化学阻抗谱测试表明LiNi_1/2Mn_1/2O₂具有很好的锂离子扩散能力。     

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LiMn1.9Mg0.05Ti0.05O4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LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄. 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℃下煅烧12 h 得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄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 mAh·g^-1, 循环50 次后放电比容量仍为118.5mAh·g^-1, 容量保持率为93.5%. 在55℃高温下循环30次后的放电比容量为111.9 mAh·g^-1, 容量保持率达到91.9%, 远远高于未掺杂的LiMn₂O₄的容量保存率. 二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂LiMn₂O₄, 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.     

Li4Ti5O12/(Cu+C)复合材料的制备及电化学性能

以Li₄Ti₅O₁₂,Cu(CH₃COO)₂·H₂O和C₆H₁₂O₆为前驱体,化学沉积与热分解结合合成锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂/(Cu+C)。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗方法表征样品的结构、形貌和电化学性能。结果表明,Li₄Ti₅O₁₂表面包覆的Cu与C提高了Li₄Ti₅O₁₂电极材料的导电率,其循环性能和倍率性能得到有效地改善。在0.5C、1C和3C倍率下,经过50次充放电循环,放电比容量分别为168.2、160、140.6 mAh·g^-1,其容量保持率分别为88.7%、84.4%、71.2%。电化学阻抗测试表明,表面包覆的Cu与C使其电荷转移阻抗大幅度减少。     

共沉淀法制备LiMnxCoyO2的显微结构及其电化学性能

通过共沉淀法制备前驱体,随后在900 ℃下经不同时长烧结得到了层状LiMn_xCo_yO₂。X射线衍射、扫描电镜和透射电镜的研究结果表明,层状LiMn_xCo_yO₂的晶体结构是菱面体点阵,空间群是R3m,点阵常数与LiCoO₂非常接近。不同烧结时长下得到的样品在扫描电镜下均呈球状,随着烧结时间延长,球形规整度变得更好。对不同样品的电化学性能测试表明,烧结时间越长,样品中Mn的相对含量越高,其首次充放电比容量和循环性能越好。     

固相反应法制备α-LiAlO2包覆LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的电化学性能研究

以提高锂离子电池正极材料LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的循环性能为目的,以LiNO₃和Al(OH)₃为原料,采用固相反应法制备了α-LiAlO₂包覆LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂正极材料。微观组织结构分析结果表明,包覆热处理后LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂颗粒表面形成了一层不均匀絮状包覆物α-LiAlO₂。电化学测试表明,α-LiAlO₂包覆处理有效减缓了充放电循环过程中总阻抗的增加,改善了材料的循环性能。3wt% LiAlO₂包覆的正极材料在室温1C充放电循环100次后,平均每次衰减率由包覆前的0.19%下降到0.14%。     

Ni0.8Co0.15Al0.05C2O4@Graphene的合成及电化学性能研究

过渡金属氧化物/石墨烯复合材料具有优异的电化学性能被广泛应用在锂离子电池中。本文以硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、草酸为原料按一定的物质的量比配制成溶液,在120°C的条件下水热反应12小时,得到多元过渡金属氧化物前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05C₂O₄(NCA-C₂O₄);该前驱体经聚烯丙基胺盐酸盐修饰后,与氧化石墨烯进行复合并还原得到石墨烯包覆的多元过渡金属氧化物/石墨烯负极材料Ni_0.8Co_0.15Al_0.05C₂O₄@Graphene(NCA-C₂O₄@G)。对材料的结构、形貌和电化学性质进行了表征。扫描电镜测试结果显示样品粒度均一,具有两端不规则长方体形貌。电化学性能测试结果表明：石墨烯包覆后的NCA-C₂O₄@G充放电容量高于前驱体NCA-C₂O₄,NCA-C₂O₄@G复合材料在0.1C电流密度 (1C=1000 mAh/g)下首次放电比容量为1956 mA h/g;经过0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C高倍率循环后,当测试电流密度恢复至100 mA/g时,复合材料比容量可迅速回升至720 mA h/g,并在随后50次循环中比容量保持稳定,显示出良好的循环稳定性和倍率性能。