碳掺杂磷酸锰铁锂的制备、结构与性能

1、引言： 作为锂离子电池的正极材料，LiMn、Fe1-yPO4中的Mn^3＋／Mn^2＋电对在4．0V（vs Li^＋／Li）附近能实现锂离子的嵌脱，获得4．0V平台的容量而提高了电池的能量密度，因而引起了人们的极大兴趣。Yamada，Li已经用固相法合成了LiMn、Fe1-yPO4，发现当Mn的含量y=0．5-0．75之间时，材料的电性能达到最优。     

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…     

锂离子电池正极材料(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)的流变相法合成及其电化学性能

以Li2CO3,Ni(NO3)2,Co2O3和Mn O2为原料,经流变相法合成了锂离子电池正极材料Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2(1),其结构和形貌经XRD和SEM表征。考察了煅烧温度(T)和煅烧时间(t)对1Tt电化学性能的影响。采用乙炔黑作导电剂,制备了1Tt的锂离子正极材料(2Tt)。电化学性能测试结果表明:于800℃煅烧12 h制备的280012电化学性能最好。在充放电条件[2.5 V~4.5 V,0.2 C倍率]下,280012首次放电比容量为180 m Ah·g-1,循环性较好。     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C (x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141 mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8 S· cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7 S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7 S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C 电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C(x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8S·cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

原位氧化还原沉淀水热合成法制备LixMn2O4尖晶石

Li xMn2O4尖晶石是新一代的锂离子二次电池正极材料 [1], 其合成方法对材料的电化学性质影响很大[2].常规合成大多采用高温固相反应法, 此法具有反应温度高, 反应时间长, 容易产生缺陷和产物不纯净等缺点, 导致所合成的锂离子二次电池正极材料的性能较差. 目前用水热合成法制备电池正极材料Li xMn2O4尖晶石尚未见文献报道. 本文在常规水热合成法的基础上采用原位氧化还原沉淀水热合成法 [3]制备前驱物, 该法合成条件更温和, 而且使材料的综合性能得到了改善和提高.      

锂离子电池富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=1/5, 1/4, 1/3)的合成及电化学性能

通过共沉淀法制备了M(OH)2(M=Mn, Ni)前驱体, 并与LiOH混合, 合成了锂离子电池富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2, 采用XRD、SEM和充放电实验对其进行表征. 研究结果表明, Li, Ni, Mn原子在M层中呈有序分布, 形成超结构; 富锂正极材料由亚微米的一次粒子团聚组成1~3 μm颗粒; 在2.0~4.8 V电位范围内, 充放电电流密度为10 mA/g时, 富锂正极材料表现出很高的可逆比容量, 达到200~240 mA·h/g, 同时具有良好的循环可逆性能.     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及其电化学性能

以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2(2)和Li2CO3为原料,在空气气氛中,经过高温热处理工艺制备了高结晶度的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(1)。正交试验确定最佳工艺条件为:2 0.3 mol,n(Li):n(2)=1.2,于950℃反应13 h。电化学性能研究结果表明,在2.7 V～4.6 V,电流密度16 mA.g-1时,1的首次放电比容量为203.4 mAh.g-1;经16 mA.g-1循环2次,32 mA.g-1循环9次,80 mA.g-1循环20次后放电比容量为164.1 mAh.g-1。     

新型聚阴离子型正极材料的合成、结构表征及电化学性能

寻求廉价、安全、环境友好并具有高比能量的可充锂电池正极材料成为目前锂离子电池材料研究的热点之一.聚阴离子型正极材料(如:橄榄石型LiFePO4材料)作为新一代锂离子电池正极材料引起了人们的广泛关注[1-3],给锂离子电池正极材料带来了安全、廉价、环境友好的q希望,为动力及储能电池的发展提供一个很好的材料体系选择.硅酸盐材料(Li2MSiO4,M为金属元素)理论上可以允许可逆的嵌脱两个锂,因而具有较高的理论容量,例如Li2MnSiO4理论比容量可达到333mAhg-1,Li2CoSiO4为325 mAhg-1.     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能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:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料表面的双电子能量损失谱谱学成像

研究锂离子电池电极材料中的化学结构、尤其是Li元素的分布和过渡金属元素的价态分布对理解锂离子电池的电池性能具有重要的意义。尽管电子能量损失谱(EELS)具有对轻元素敏感的特点,但利用EELS观察锂离子电池正极材料中Li这一周期表中最轻的固体元素一直是个挑战。这不仅是由于EELS谱中锂K边与过渡金属M边存在部分重叠,还由于锂离子电池材料的尺寸普遍较大使得EELS分析中复散射的影响变大,影响了Li定量分析的准确性。本文以LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4(LNMO)正极材料为例,利用扫描透射电子显微镜(STEM)下的双电子能量损失谱仪(Dual EELS)谱学成像技术,获取了LNMO中较为精确的Li、Mn及Ni分布图,并进一步获得了Mn/Ni的价态分布图。结合STEM原子序数衬度像表明,LNMO表面1–2nm深度范围内具有富Mn/Ni而缺Li的特征,且表面Mn(+2)相对于体相Mn(+4)的价态偏低。由于低价态的Mn~(2+)在电解液中的溶解是造成电池容量衰减的重要原因,我们的结果表明在LNMO材料合成中消除材料表面富集的低价态Mn~(2+)可能是将来减小其容量衰减的可行途径。     

Ti4+离子掺杂对Li3V2(PO4)3晶体结构与性能的影响

采用溶胶凝胶/碳热还原法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其掺Ti化合物Li3-2x(V1-xTix)2-(PO4)3. 电化学测试结果表明, 经Ti4+离子掺杂后材料的充放电性能及循环性能明显提高. 与纯相Li3V2(PO4)3在3.58、3.67和4.08 V出现三个平台相比, 掺杂后材料的前两个平台发生简并且平台趋于模糊的倾斜状态. 这种趋势随掺杂量的增大而增强. 差热分析(DTA)表明掺杂生成了稳定的酌相产物. 采用X射线衍射和Rietveld方法表征了化合物的晶体结构, 结果表明, 三个不同位置Li的不完全占据导致晶体中产生阳离子空穴, 使材料在常温下的离子电导率提高了3个数量级. 锂离子混排提高了样品的电导率和充放电比容量.     

锂离子电池石墨烯-LiMPO4（M=Fe,V和Mn）复合正极材料的研究进展

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长和安全性能好等优点,在电动车动力电池领域具有重要发展前景.开发高性能的正极材料又是动力电池研究的热点.与已商业化的正极材料钴酸锂相比,橄榄石结构Li MPO4(M=Fe,V和Mn)材料具有理论容量高、成本低、安全性能好和循环性能稳定等优点,非常适宜发展为电动汽车用锂离子电池正极材料,但是Li MPO4材料较低的电子及离子传导性成为其产业化必须克服的难题.石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的二维材料,其碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格结构.由于其具有高比表面积、优异的导电性能和化学稳定性,用于Li MPO4复合材料时可以很好地控制Li MPO4粒径,提高材料导电性能和机械性能.本文综述石墨烯-Li MPO4(M=Fe,V和Mn)复合材料在国内外最新研究进展,重点针对石墨烯-Li MPO4(M=Fe,V和Mn)复合材料合成方法、形貌控制及电化学性能进行总结和探讨.     

层状Li_(0.78)Ni_(0.3)Mn_(0.7)O_2正极材料的合成与性质研究

以层状Li0.78Ni0.3Mn0.7O2为前驱体，通过离子交换，合成出具有O2型结构特 征的掺镍层状Li0.78Ni0.3Mn0.7O2锂离子电池正极材料，并进行了XRD，SEM和电性 能研究．电性能测试分析表明该材料在2．0—4．2V区仅存在一个充放电平台，可 逆比容量达180mAh.g^-1，经20次充放电循环后，仍能保持88％的容量，显示出较 好的循环稳定性．     

Li_3V_2(PO_4)_3制备及其电化学性能

应用碳包覆固相法合成锂离子电池Li3V2(PO4)3正极材料.X射线衍射、扫描电子显微镜表征材料的结构和观察表面形貌.材料的电阻和电化学性能测试表明,碳包覆Li3V2(PO4)3材料可避免颗粒团聚,减小颗粒尺寸,提高材料电导率,改善其电极的电化学性能.     

锂离子电池阴极材料Li1＋xMn2O4的水热合成及表征

以化学MnO2(CMD)为Mn源,LiNO3和LiOH·H2O分别为Li源,采用无机水热合成法合成了锂离子二次电池的阴极材料Li1+xMn2O4(0≤x<1),并采用XRD,BET,TEM,TGA和电化学测试等手段对材料进行了表征。结果表明,在240℃水热晶化72h所得样品为棕红色,主要以γ-Mn2O3和层状LiMnO2形式存在。当Li/Mn摩尔比为1∶1时,其首次充电比容量达到205.35mAh/g,首次放电比容量达到178.80mAh/g。样品经650℃空气中焙烧6h后转变成以Li1+xMn2O4尖晶石型形式存在,其首次放电比容量下降到110mAh/g～120mAh/g。     

锂离子电池正极材料的晶体结构及电化学性能

正极材料是锂离子电池的重要组成部分。作为提供自由脱嵌锂离子的正极材料,其晶体结构的特点决定了锂离子脱嵌路径方式的不同,并对锂离子电池的电化学性能等产生明显影响。本文根据正极材料的晶体结构和锂离子“脱嵌/嵌入”路径方式的不同,重点讨论了一维隧道结构、二维层状结构和三维框架结构正极材料的晶体结构特点、锂离子“脱嵌/嵌入”路径和其电化学性能之间的关系,主要包括一维隧道结构正极材料LiFePO₄,二维层状结构正极材料LiMO₂(M=Co, Ni, Mn)、Li_1+xV₃O₈和Li₂MSiO₄ (M=Fe, Mn) 以及三维框架结构正极材料LiMn₂O₄和Li₃V₂(PO₄)₃。揭示了目前锂离子电池正极材料的研究现状和存在问题,并对今后的发展方向进行了评述。     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的酸浸改性研究

为提高锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的首次充放电效率,对固相法合成的该材料进行了酸浸的改性研究。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构、形貌进行了表征。结果表明,Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2经过酸处理后,首次放电效率得到了较大的提高,但是放电中值电压明显下降。其中,0.5 mol.L-1的硝酸浸泡5 h的效果最佳,首次放电效率达到了86.7%,同时放电容量达到最大值的循环次数大大减少。酸浸改性的原因被归结于材料表面出现了富锂尖晶石结构Li4Mn5O12相。     

纳米钴基氧化物锂离子电池负极材料的研究

采用流变相法合成Co3 O4 ,CoB1.3 6 O2 .8,CoB0 .5Al0 .1O1.5样品 ,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能 .当电池在 0 .0 1～ 3.0 0V的电压范围之间循环时 ,Li/Co3 O4 电池表现出最好的充放电性能 :循环 30周后 ,可逆比容量仍能保持为初始比容量 (931mAh/g)的 95 % .掺杂了B ,Al材料 ,其可逆比容量与未掺杂的相比明显降低 ,而且第 1周可逆容量随掺杂的B、Al量的增加而减少 .通过异位XRD方法研究了不同充放电态Co3 O4 电极材料结构的变化 .结果表明 ,Co3 O4 电极在充放电过程中与Li的反应机理不同于传统的过渡金属与Li的反应机理 ,即非Li+ 的嵌入 /脱出或合金的形成 ,而是Co3 O4 的可逆还原氧化以及Li2 O的可逆形成与分解机理     

方铁锰矿Mn2O3粉体的水热合成与表征

方铁锰矿型 Mn2 O3是固相法合成锂离子二次电池正极材料 L i Mn2 O4 的最佳原料之一 [1] .以其为锰源 ,可以很容易地制备锂离子二次电池正极材料 L i Mn2 O4 尖晶石 .采用其它合成方法都难以得到方铁锰矿 Mn2 O3的纯相 ,而是得到含有 α,β和 γ型的混合相 ,这对合成性能优良的正极材料 L i Mn2 O4极为不利[2 ] .采用水热合成法不仅可以人工合成沸石 ,而且已广泛用于合成多种无机功能材料[3～ 5] .无机原位氧化还原沉淀水热合成法 [6 ]可使多步反应的分子在原位水平上进行接触和反应 ,分子的扩散自由程大大缩短 ,因而降低了扩散的时间…