硫化聚合物锂离子电池正极材料的研究进展

用单质硫对聚合物进行硫化,可以制备具有电化学活性的导电高分子材料.这些材料用作锂离子电池正极活性材料,可获得较高的比容量.综述了聚二乙基硅氧烷、聚乙烯、聚乙炔、聚苯乙烯、聚丙烯腈等聚合物通过单质硫在200～360℃下硫化所制得的导电高分子材料的电化学特性.     

掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4

采用固相法合成LiFePO4和掺碳的LiFePO4,并对不同掺碳量的LiFePO4进行电化学性能测试,室温条件下,在0.1 C倍率下充放电,样品d(ωC=8.5%)的初始放电容量为151.7 mA·h/g.10次循环后,其放电比容量仍有149.5 mA·h/g,容量损失较小.这表明,在合适的制备工艺条件下,掺碳能获得结构稳定、电化学性能良好的锂离子电池正极材料LiFePO4.     

聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展

综述了各种聚阴离子型锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构和性能的关系,尤其是聚阴离子在正极材料中的作用,以及改善材料电导率的各种方法及其机理进行了总结和探讨.     

空心微球聚苯胺二次锂氧电池正极材料研究

以铁氰化钾为氧化剂,在水溶液中引发苯胺单体聚合生成具有较高电导率的空心微球结构的聚苯胺.电化学测试结果表明,这种廉价易得的高分子材料能够作为锂氧电池的正极材料独立高效地催化电池反应的发生.在首次充放电过程中,该正极材料的能量密度能够达到2631 mAh/g PANI,是常规非空心聚苯胺材料的2倍左右,而在最初的5次循环过程中发生了较明显的能量密度衰减之后,其在后续的25次充放电循环过程中保持了较为理想的循环稳定性,能量密度仅衰减了5%左右.该空心微球聚苯胺材料具有较高的能量密度和较好的循环稳定性.     

二次锂离子电池正极活性材料—LiCoO2制备研究进展

本文简单对比了高温相ＬｉＣｏＯ２和低温相ＬｉＣｏＯ２的结构和电化学性能的差别,详细介绍了ＬｉＣｏＯ２的各种合成方法并评述了不同合成方法,反应条件对ＬｉＣｏＯ２结构、形貌及电化学性能的影响,并提出了今后研究的方向。     

锂离子电池正极材料LiFePO4电化学性能

分别采用蔗糖和乙炔黑作为碳添加剂,高温固相法合成LiFePO_4复合物,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和充放电等测试技术对其晶体结构、表观形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,合成的LiFePO_4均为单一的橄榄石型晶体结构。采用蔗糖包覆的LiFePO_4具有更好的电化学性能,以0．2 C充放电,首次放电比容量为148．6 mA·h/g,20次循环后放电容量仍为140．3 mA·h/g。     

锂离子电池纳米正极材料

综述了锂离子电池纳米正极材料的研究进展,阐述了这种材料用于锂离子电池的优势和存在的问题,把纳米正极材料分为过渡金属嵌锂化合物、金属氧化物和金属硫化物和其它纳米正极材料。归纳了不同纳米正极材料的主要制备方法,探讨了材料的制备方法与其结构、形貌和电化学性能之间的关系,展望了纳米正极材料用于锂离子电池的未来前景。     

锂离子二次电池锰系正极材料

综述了锂离子二次电池锰系正极材料的研究进展，侧重于阐述尖晶石型及层状锰酸锂的制备、结构与电化学性能之间的关系。     

锂离子电池正极材料层状Li-Ni-Co-Mn-O的研究

综述了近年来锂离子电池层状Li-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展,重点介绍了其合成方法、电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。其中,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料已成功实现商业化,凭借优异的性价比,该材料将取代LiCoO₂。     

钒系磷酸盐锂离子电池正极材料

商业化锂离子电池以锂过渡金属氧化物作正极材料,由于安全性等问题限制了其更广泛的应用。在已经研究和开发的众多新型锂离子电池正极材料中,钒系磷酸盐由于具有较高的对锂电位和理论比容量而成为研究热点。本文综述了各种钒系磷酸盐类锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构、制备方法和电化学性能进行了总结,并对改善材料综合性能的方法和机理进行了探讨。     

C-LiFePO4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能

通过低温溶剂热法和高温热处理技术合成了橄榄石结构的LiFePO₄/carbon (C-LiFePO₄)纳米材料. 在此基础上,通过溶液共混法制备了一种新型的聚三苯胺(PTPAn)修饰包覆的C-LiFePO₄复合锂离子电池正极材料(C-LiFePO₄/PTPAn). 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)以及恒电流充放电等测试方法,考察PTPAn 包覆量对C-LiFePO₄/PTPAn 复合正极材料性能的影响. 结果表明：通过溶液共混法PTPAn能够致密地包覆在C-LiFePO₄表面,形成一个有效的电子/离子传输通道从而有效提高CLiFePO₄基复合材料的电化学活性. 所有样品中C-LiFePO₄/10% (w) PTPAn作为正极材料呈现出最佳的电化学性能,在0.1C倍率恒流充放电下材料首次放电比容量为154.5 mAh·g^-1,在10C高倍率恒流充放电下材料的放电比容量达到114.2 mAh·g^-1. 当C-LiFePO₄/PTPAn 复合材料表面包覆的PTPAn 含量进一步增加,复合材料的电化学性能出现下降的趋势. 电化学阻抗测试表明PTPAn包覆层明显减小了C-LiFePO₄电极的电荷转移电阻.     

NaTiSi2O6/C复合材料用于锂离子电池负极材料

The development of human society and the continuously emerging environmental problems call for cleaner energy resources. Lithium-ion batteries, since their commercialization in the early 1990s, have been an important power source of mobile phones, laptops as well as other portable electronic devices. Their advantages include environment-friendliness, light weight, and no memory effect compared with lead-acid or nickel-cadmium batteries. Electrode materials play an important role in the performance of lithium-ion batteries. The traditional commercial anode material, graphite, has a theoretical specific capacity of 372 mAh·g^-1 and working potential close to 0 V (vs Li⁺/Li), making it prone to the formation of lithium dendrite, which may cause short circuit especially when large current is applied. Another commercial anode material Li₄Ti₅O₁₂, which also undergoes an intercalation reaction during lithiation process, has a theoretical specific capacity of 175 mAh·g^-1 along with three lithium-ion intercalations per formula unit. This is relatively small, and it has a relatively high working potential of 1.55 V (vs Li⁺/Li), which reduces its output voltage and specific energy when assembled in full battery. To overcome the shortcomings mentioned above, it is essential to search for new anode materials that are low-cost, environment-friendly, and easy to synthesize. Silicate materials have gained widespread attention owing to their low cost and facile synthesis. Herein, we report for the first time a novel titanosilicate, NaTiSi₂O₆, synthesized by sol-gel and solid sintering. It is isostructural to pyroxene jadeite NaAlSi₂O₆, belonging to monoclinic crystal system with a space group of C2/c. By in situ pyrolysis and carbonization of glucose, nanosized NaTiSi₂O₆ mixed with carbon was successfully obtained with a specific surface area of 132 m²·g^-1, calculated according to the Brunauer–Emmett–Teller formula. The specific charge/discharge capacity in the first cycle at current density of 0.1 A·g^-1 is 266.6 mAh·g^-1 and 542.9 mAh·g^-1, respectively, with an initial coulombic efficiency of 49.1%. After 100 cycles, it retains a specific charge capacity of 224.1 mAh·g^-1, corresponding to a capacity retention rate of 84.1%. The average working potential of NaTiSi₂O₆ is 1.2–1.3 V (vs Li⁺/Li), slightly lower than that of Li₄Ti₅O₁₂. The reaction mechanism while charging and discharging was determined by in situ X-ray diffraction test as well as selected area electron diffraction. The results showed that NaTiSi₂O₆ undergoes an intercalation reaction during lithiation process, with two lithium-ion intercalations per formula unit. This makes NaTiSi₂O₆ a new member of the silicate anode material family, and may provide insights into the development of new silicate electrode materials in the future.     

A Low-Cost and Scalable Carbon Coated SiO-Based Anode Material for Lithium-Ion Batteries

Silicon monoxide (SiO) is considered as one of the most promising alternative anode materials thanks to its high theoretical capacity, satisfying operating voltage and low cost. However, huge volume change, poor electrical conductivity, and poor cycle performance of SiO dramatically hindered its commercial application. In this work, we report an affordable and simple way for manufacturing carbon-coated SiO−C composites with good electrochemical performance on kilogram scales. Industrial grade SiO was modified by carbon coating using cheap and environment friendly polyvinyl pyrrolidone (PVP) as carbon source. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and Raman spectra results show that there is an amorphous carbon coating layer with a thickness of about 40 nm on the surface of SiO. The synthesized SiO−C-650 composite shows great electrochemical performance with a high capacity of 1491 mAh.g⁻¹ at 0.1 C rate and outstanding capacity retention of 67.2 % after 100 cycles. The material also displays an excellent performance with a capacity of 1100 mAh.g⁻¹ at 0.5 C rate. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results also prove that the carbon coating layer can effectively improve the conductivity of the composite and thus enhance the cycling stability of SiO electrode.     

用于锂离子电池正极材料的分级孔碳/2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑/聚噻吩三元复合物

采用酚醛树脂为碳源, 纳米碳酸钙为二次成孔剂, 通过煅烧、刻蚀、KOH活化等工艺制备出活化分级孔碳(aHPC). 在此基础上, 以aHPC为模板, 通过溶液浸渍制得活化分级孔碳/2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(aHPC/DMcT)复合物, 然后运用氧化聚合法将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)—聚苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)包覆在其表面制备出aHPC/DMcT/PEDOT-PSS复合物. 并运用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试等手段对所得复合材料的结构、形貌及电化学性能进行表征. 结果显示, KOH活化后, aHPC孔道内的官能基团含量增加了, 使得DMcT的负载量增大(52%), 且DMcT几乎全部进入到aHPC孔道内. aHPC/DMcT复合物的首次放电容量为236 mAh·g^-1, 循环20次后放电比容量仅为65mAh·g^-1. 而aHPC/DMcT/PEDOT-PSS复合物的表面包覆一层PEDOT-PSS导电薄膜, 其首次放电容量高达281 mAh·g^-1, 20次后的放电比容量为138 mAh·g^-1,容量保持率达49.1%.     

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%.     

纳米MnO锂离子电池负极材料的制备与性能

以高锰酸钾和抗坏血酸合成的MnC₂O₄·2H₂O为前驱体, 通过固相烧结制备了纳米MnO材料. 分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒电流充放电技术考察了其晶相结构、颗粒形貌和电化学性能.分析结果表明, 该纳米MnO具有面心立方的岩盐结构, 结晶度良好. 其颗粒是由粒径为50-100 nm的一次颗粒结合而成的二次颗粒, 大小约为400-600 nm. 当充放电电流密度为46.3 mA·g^-1时, 纳米MnO的首次库仑效率可达68.9%, 可逆比容量为679.7 mAh·g^-1. 在141.1 mA·g^-1的电流密度下循环50圈后, 比容量由584.5mAh·g^-1降至581.5 mAh·g^-1, 容量保持率高达99.5%, 表现出优异的循环性能. 此外, 当电流密度增加到494.7 mA·g^-1 (~2C)时, 其比容量依然可达290 mAh·g^-1, 表现出较好的倍率性能和快速充放电能力. 因此, 纳米MnO具有比容量高、循环稳定、倍率性能好和安全环保等优点,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.     

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2, 并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌. 使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能. 结果表明, pH为7.0时, 合成的材料颗粒更小、分布最均匀, 材料具有良好的层状特征, 且材料中锂镍的混排程度最小. 电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能, 在0.1C的倍率下, 材料的首次放电比容量达到了185 mAh·g-1, 在循环20周后, 放电比容量仍然保持在160 mAh·g-1. X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明, pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价, Mn为+4价.     

SnO_2/中空洋葱状碳纳米复合材料的制备及电化学性能

以炭黑为原料,硝酸铁为催化剂前驱体,氮气气氛下1000℃高温炭化制备了直径为40nm的中空洋葱状碳纳米颗粒(OC).用SnCl2/乙醇溶液浸渍,空气中350℃氧化得到SnO2/OC复合材料.进一步对该复合材料进行酸处理制备OC包覆的SnO2电极材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和热失重分析(TGA)对OC和SnO2/OC复合材料进行表征;利用恒电流充放电和循环伏安(CV)方法对复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行表征.结果表明:酸处理后的复合材料的循环性能得到明显改善,50次循环后可逆容量保持为446mAh·g-1,OC起到了缓冲SnO2膨胀和阻止团聚的作用.     

多壁纳米碳管约束二硫化锡作为锂离子电池负极的电化学行为

通过两步法制备多壁纳米碳管约束SnS_2纳米材料(SnS_2@MWCNT)。采用直流电弧等离子体法在甲烷气氛下制备多壁纳米碳管约束金属锡纳米结构(Sn@MWCNT)作为前驱体,再通过硫化反应获得SnS_2@MWCNT纳米结构。对材料进行Raman、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等物理表征的结果显示多壁纳米碳管长约400nm,表面碳层晶化程度良好,碳层厚度约10 nm。以Sn S2@MWCNT纳米结构作为负极材料的锂离子电池显示出较为良好的电化学性能。其首次充放电库伦效率为71%,循环50次后,容量仍保持703 mAh?g~(-1)。SnS_2@MWCNT纳米结构电极的高容量特性源于多种活性物质共同提供容量,且各物质反应平台不同。平台呈现明显阶梯型,缓解了体积膨胀效应对电极材料的破坏。     

微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4

研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法.采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料.通过XRD、SEM和恒流充放电测试,对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析.与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较.结果表明,微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料;在650 ℃时处理12 min,获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物,该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能.在60℃下以C/20倍率(电流密度,1C=160mA·g-1)进行充放电,首次放电容量为119.5 mAh·g-1,10次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1.与传统高温固相法相比,微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.