镁、溴共掺杂对锂离子电池正极材料LiMn2O4电化学性能的影响

通过溶胶凝胶法制备出LiMn2O4和LiMn1.92 Mg0.08O3.84Br0.16锤离子电池正极材料,并用XRD、SEM、XPS、充放电测试和CV对其结构、形貌、化学成份以及电化学性能进行了研究.结果表明,Mg、Br的掺杂未改变LiMn2O4的结构.在0.5C倍率下,LiMn1.92Mg0.08O3.84Br0.16的放电比容量为119 mAh/g,与LiMn2O4相比,其首次放电比容量提高了3.6;,循环100次后,LiMn1.92Mg0.08O3.84Br0.16的容量保持率高达86.9;.在5C倍率下,LiMn192Mg0.08O384Br0.16的放电比容量为91.1 mAh/g,比LiMn2O4提高了24.1;.实验表明,Mg、Br共同掺杂提高了LiMn2O4的放电比容量,并明显改善其循环稳定性和倍率性能,从而获得了较好的综合电化学性能.     

钠离子电池正极材料磷酸钒钠的研究进展

NASICON型的磷酸钒钠具有三维框架结构,充放电电压平台较高,储能容量大,循环稳定性好,是一种很具前景的钠离子电池正极材料.本文综合了大量磷酸钒钠有关文献的研究成果,介绍了磷酸钒钠的晶体结构与电化学性能,以及磷酸钒钠的常用合成方法与改性手段.目前所进行的研究中,最常见的是以固相法和溶胶凝胶法合成,也包括喷雾干燥法、水热法、静电纺丝法等,改性手段主要包括以不同碳源进行碳包覆、离子掺杂、与导电物质复合以及材料纳米化四种,磷酸钒锂材料在改性后其导电性与电化学性能均有明显提高,这有望推进钠离子电池的实用化进程.     

退火气氛和镧掺杂浓度对ZnO薄膜结构和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法在玻璃衬底上制备Zn1-xLaxO(x=0～0.04)(LZO)薄膜,分别在空气、氮气和氩气条件下进行退火,探讨了不同退火气氛和不同镧掺杂浓度对其结构和光学性能的影响.XRD和SEM结果表明:氩气退火条件下ZnO的晶粒尺寸比空气退火条件下和氮气退火条件下的晶粒尺寸略小,且ZnO晶粒的尺寸随着镧掺杂浓度的增加而减小.薄膜光致发光(PL)测量表明:紫光发光带中心在氩气下退火相对于空气下退火存在略微的蓝移,而在氮气下退火则相反;ZnO紫光发光带的位置随着镧掺杂浓度的增加先红移而后蓝移.禁带宽度在镧掺杂量为2;时达到最小值,说明镧可以有效地调节ZnO的禁带宽度.     

热处理温度对溶胶凝胶法制备LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响

在传统溶胶凝胶法的基础上,通过高温热处理LiNi0.5Mn1.5O4前驱体,合成了高性能的LiNi0.5Mn1.5O4材料.通过X射线衍射仪测试材料的结构,经过超高温热处理后,获得了晶体发育完好的LiNi0.5Mn1.5O4.经电化学测试,高温热处理显著提高了材料的循环性能.经过900℃处理的LiNi0.5Mn1.5O4首次充放电容量达到123 mAh/g,在1C倍率下循环一百次以后容量仍在121.6 mAh/g左右,容量保持率达到98.9;,高温热处理显著的改善了材料的循环性能.     

Eu3+掺杂SrZn2(PO4)2晶体的发光光谱和结构研究

采用高温固相合成法合成了Eu3+掺杂的SrZn2(PO4)2晶体,使用X射线粉末衍射(XRD)、扫瞄电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)等手段对晶体结构进行了表征.使用了激光选择激发和发射技术,对于Eu3+掺杂的SrZn2(PO4)2晶体进行了发光表征和研究,分别测试了Eu3+离子的5D0→7F0激发光谱和5D0→7FJ (J = 1, 2, 3, 4)发射光谱、发光衰减及荧光寿命.Eu3+的7F0和5D0态都是单态,不发生分裂,对应于7F0→5D0激发跃迁的数目就是Eu3+在晶格中的晶体学位置.实验证实了在Eu3+掺杂的SrZn2(PO4)2晶体之中,Eu3+在样品中只有一个晶体学位置,Eu3+取代了与它半径相近的Sr2+而处于较高的对称格位.     

碳源对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3性能的影响

分别以柠檬酸、葡萄糖和蔗糖为碳源,采用球磨与碳热还原结合法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C。采用TG-DTA分析确定了合成过程的反应机理。通过XRD、SEM及恒电流充放电等测试研究了碳源对产物物理及电化学特性的影响。结果表明,碳源的选择对产物形貌和电化学性能影响较大。不同碳源制备的材料都具有单一相的Li3V2(PO4)3晶体结构,以柠檬酸为碳源制备的磷酸钒锂综合电化学性能较好,0.1 C和1 C条件下,首次放电容量分别为151.0 mAh·g-1和131.6 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为95.0%和96.6%。     

钒酸铜空心纳米结构的制备及电化学性能

以CuSO4·5H2O和NH4VO3为原料,聚苯乙烯(PS)微球为模板,采用模板法制备了具有空心结构Cu3V2O7(OH)2·2H2O材料.采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对不同结构的Cu3V2O7(OH)2·2H2O的组成和形貌进行了表征.实验发现通过控制反应温度及反应体系的pH值可实现对Cu3V2O7(OH)2·2 H2O材料微观结构及形貌的良好控制.电化学性能测试表明:不同结构的Cu3V2O7 (OH)2·2H2O材料其放电性能存在着明显的差异,具有蜂窝状结构的Cu3V2O7 (OH)2·2H2O展现出较高的放电比容量,25℃条件下其首次放电容量可达到489 mAh/g.     

Tb掺杂CaMnO3氧化物材料热电输运性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结工艺制备了Tb掺杂CaMnO3基氧化物热电材料,系统研究了Tb掺杂材料物相组成、微观组织和和电输运性能.结果表明,Tb掺杂试样均为单一物相的CaMnO3晶体材料.随着Tb掺杂量的增加,试样晶粒逐渐细化.所得CaMnO3基材料内部晶粒互连,试样结构较为致密.所有Tb掺杂试样电阻率随温度升高而降低,呈明显的半导体传输特性,其中Tb掺杂量为0.14的试样电阻率最低.Tb掺杂试样Seebeck系数绝对值随掺杂量的增加而降低,这是由于Tb掺杂引入的电子型载流子造成的.所有试样功率因子均随温度升高而逐渐增加,并且所有Tb掺杂试样的功率因子均大于未掺杂试样.其中Tb掺杂量为0.08的块体试样功率因子在测试温度最高点973 K时达到最大值2.0×10-4 W·m-1·K-2,远高于未掺杂试样,通过稀土元素Tb掺杂可以优化CaMnO3基过渡金属氧化物材料的电性能.     

Fe/Cu掺杂ZnO纳米粉体的结构及光学性能研究

采用络合物溶胶-凝胶法分别制备了不同掺杂浓度的Zn1-xFexO(0≤x≤0.20)、Zn1-xCuxO(0≤x≤0.20)及Zn0.095 Cu0.05-yFeyO(0.01≤y≤0.04)的粉体样品,研究掺杂浓度对ZnO晶体结构及光学性能的影响,利用X射线衍射仪、红外光谱仪、紫外-可见光分光光度计、荧光光谱仪对样品的物相和光学性能进行表征.结果表明,掺杂量小于5;时的Zn1-xFexO、Znl-xCuxO及Zn0.095 Cu0.05-yFeyO样品均为六方纤锌矿型ZnO晶体;掺杂后可见光波段的吸收率与纯ZnO相比明显提高,掺杂ZnO的光学带隙变窄;PL峰位略微蓝移;Fe3+/Cu2+共掺杂ZnO的PL峰发光强度比单掺Cu2+的强,比单掺Fe3+的弱.     

In掺杂量对ZnO薄膜微结构和光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和In掺杂ZnO薄膜,用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见分光光度计测试分析薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:In掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,但In的掺入抑制ZnO薄膜的结晶,使得薄膜的结晶度降低.In掺杂ZnO薄膜表面呈网络状结构,随着In掺杂量的增加,表面起伏程度减小,空隙减少,表面平整,致密度提高.In掺杂ZnO薄膜的光学带宽Eg值均小于未掺杂ZnO薄膜,且随In掺杂量的增加先增大后减小,并用Burstein-Moss效应和缺陷浓度变化对光学带宽变化进行了解释.     

一步水热法制备钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2F3及其性能研究

采用一步水热法制备了钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2F3,用XRD、SEM、恒流充放电等对样品进行了表征.研究表明,络合剂种类对Na3V2(PO4)2F3的结构、形貌及电化学性能有重大影响,以抗坏血酸、柠檬酸、草酸和酒石酸为络合剂制备的样品分别为小立方体、球形、大立方体和不规则球状,除以酒石酸为络合剂制备的样品为无定形结构外,其余样品均结晶良好.其中以抗坏血酸为络合剂制备的样品结晶度最高且电化学性能最优,该样品在0.05 C和0.5C倍率下的首次放电比容量为112.0 mAh/g和92.5 mAh/g,且具有良好的倍率性能和循环性能.     

溶胶-凝胶法制备Li3V2 (PO4)3粉体的形貌控制研究

以LiOH·H2O,NH4VO3,H3PO4和柠檬酸为原料,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂,采用溶胶凝胶法实现了Li3V2(PO4)3粉体的制备.添加不同剂量的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)探究其对Li3V2(PO4)3粉体物相形貌的控制作用,采用热分析、X射线衍射和场发射扫描电子显微镜对其晶型结构,形貌特征进行表征,从而研究Li3V2(PO4)3的合成温度及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)加入量对粉体物相形貌的影响.结果表明,用溶胶凝胶法制备合成了单斜结构Li3V2(PO4)3粉体.SDBS的加入对样品的晶粒尺寸和表面形貌有一定的影响.     

LiZr2(PO4)3包覆对高镍三元正极材料结构及电化学性能的影响

高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811)具有优异的放电能力。但其存在锂镍混排严重、结构稳定性差导致的容量衰减快等问题。为解决这些问题,本论文首先合成NCM811三元正极材料,再利用湿法涂覆的方法将磷酸锆锂LiZr₂(PO₄)₃(LZPO)包覆在NCM811三元正极材料的表面,形成LZPO@NCM811三元正极改性材料,并对改性前后的NCM811三元正极材料结构和电化学性能进行研究。研究结果表明,在NCM811表面包覆1%LZPO得到样品的结构最稳定,材料的电化学性能最好:在0.1 C倍率下,首圈放电容量为210.16 mAh/g,远高于未改性NCM811材料(201.01 mAh/g);在循环200圈后,材料的容量保持率为79.4%,优于未改性的NCM811材料(容量保持率为60.0%)。     

锂离子固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的合成与表征

以固相法合成锂离子固体电解质Li1.3 Al0.3Ti1.7 (PO4)3(以下简称LATP).研究了合成温度以及烧结时间对其离子电导率的影响.采用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗技术对合成材料的物相、形貌和离子导电性进行表征.结果表明:900℃条件下合成了纯相LATP,颗粒大小均匀,900℃下烧结4h,得到的烧结片致密,离子电导率达3.07 ×10-4S/cm.     

以酚醛树脂为碳源合成锂离子电池正极材料Li3V2 (PO4)3/C

以酚醛树脂为碳源,分别采用了固相法和溶胶凝胶法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.结果表明,高分子材料酚醛树脂是一种优良的碳源材料,其热解后得到的导电网络能够有效的提高Li3V2(PO4)3的电化学性能;两种试样的充放电曲线和交流阻抗图谱体现出了试样良好的可逆性,其极化程度很低,电荷转移电阻小;而相对于固相法来讲,溶胶凝胶法和表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)的共同作用能够有效的将颗粒粒径控制在纳米级别.用这种方法合成的试样在15 C下充放电比容量也能高于90 mAh/g,5C倍率下循环50次比容量无衰减,证明了以酚醛树脂为碳源并采用溶胶凝胶法合成的试样具有很好的倍率性能与循环性能.     

MnO2掺杂对BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3陶瓷组织与性能的影响

采用固相烧结法制备MnO2掺杂的BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3 (BF-PT-BZT-PZ)压电陶瓷,研究了不同MnO2掺杂量对材料结构及压电介电性能的影响.实验结果表明,适量的MnO2掺杂,不仅能使晶粒长大,提高晶界强度,而且可以改善材料的介电压电性能.当MnO2掺杂量为0.1 mol;时,880℃(5 h)烧结的陶瓷样品性能参数为:d33 =97 pC/N,kp=0.29,kI=0.37,εr=390,tanδ ～0.02.     

快离子导体Li1.5Y0.5Zr1.5(PO4)3包覆层对富镍三元正极材料电化学性能的影响

研发富镍低钴的先进正极材料是目前提高锂离子电池能量密度和降低电池成本的有效办法。然而,随着Ni含量的增加,富镍层状氧化物普遍存在前驱体合成困难、结构不稳定和界面活性高等一系列问题,阻碍了富镍层状氧化物正极材料的市场化推广。本文采用优化的共沉淀法制备出结构稳定的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NCM811)正极材料,同时在NCM811材料表面均匀包覆快离子导体Li_1.5Y_0.5Zr_1.5(PO₄)₃涂层,以克服富镍层状氧化物界面结构不稳定和易受电解液腐蚀的难题。在4.5 V高截止电压下,改性样品0.2 C的放电比容量为214.2 mAh·g^-1,10 C的放电比容量高达158.8 mAh·g^-1,高于原始样品的203.7 mAh·g^-1(0.2 C)和82.7 mAh·g^-1(10 C)。同时,改性样品在4.3 V下经1 C循环200次后的容量保持率高达84.7%,高于原始样品(61.94%)。     

La3+掺杂Ca1-xLaxCu3Ti4O12陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备了La3+掺杂的CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷,研究了La3+掺杂量对Ca1-xLaxCu3Ti4O12(x=0;,1;,3;,5;,7;)陶瓷物相结构、微观形貌和介电性能影响,对La3+掺杂影响CCTO陶瓷介电性能的机理进行了分析.结果表明:x为3;时,开始出现杂相;x高于5;时,陶瓷晶粒开始细化;La3+掺杂可以显著提高CaCu3Ti4O12陶瓷的介电常数,同时介电损耗在高频段也相应降低,从而有助于CCTO陶瓷的综合介电性能的提升.     

KNaCa2(PO4)2基质中Ce3+ →Tb3+的能量传递与发光特性

采用高温固相法合成了Ce3+,Tb3+激活的KNaCa2(PO4)2发光材料,并对其发光特性进行了研究.荧光光谱测试表明:Ce3+的加入显著增强了Tb3+的发射强度,观察到Ce3+对Tb3+的发光存在明显的敏化现象,且测得KNaCa2(PO4)2∶xCe3,yTb3+的最佳掺杂浓度为x=0.01,y=0.16.根据Forster-Dexter理论判定KNaCa2(PO4)2∶Ce3+,Tb3+中Ce3+对Tb3+的能量传递属于电偶极-电四极相互作用引起的共振能量传递.研究表明,KNaCa2(PO4)2∶Ce3+,Tb3+材料是一种优良的紫外-近紫外激发白光LED用高亮度绿色发光材料.