锂离子电池LiTi_(0.25)Fe_(0.75)SO_4F正极材料的电子结构

采用密度泛函理论平面波赝势的方法,计算了LiFeSO_4F和LiTi_(0.25)Fe_(0.75)SO_4F正极材料的电子结构。计算结果表明:当锂嵌入材料后,S、O和F的原子布居变化较小,电子主要填充在过渡金属的3d轨道,导致过渡金属被还原,成为电化学反应的活性中心。在嵌锂态中,锂和氧(氟)之间形成了离子键,而过渡金属(Ti和Fe)与氧(氟)之间则形成了共价键,S-O键的共价性最强。态密度的计算结果则表明:Ti和Fe均保持高自旋排列结构;LiFeSO_4F的两个自旋通道的带隙分别为2.88和2.29 e V,其导电性很差;Ti掺杂使体系的带隙消失,显著地提高了正极材料的导电性;LiTi_(0.25)Fe_(0.75)SO_4F系统中Ti-O和Ti-F键均比纯相中的Fe-O和Fe-F键的共价性更强,因此Ti掺杂材料具有更好的结构稳定性。     

锂离子电池正极材料LiMnPO4的电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算了锂离子电池LiMnPO4正极材料的电子结构。计算结果表明:当Li+嵌入体系后,O和P的原子布居变化较小,电子向金属原子的转移明显得到加强。Li+和O2-有弱相互作用,当Li+离子脱出以后,氧原子所得到的电子数减小,导致布居减小。锂是以离子形式存在的于LiMnPO4正极材料中。在LiMnPO4和MnPO4体系中,Mn原子具有磁性,其磁矩分别为4.78μB和3.84μB,其余原子磁性近似为0。氧为负离子,带负电荷,而P和Mn则为正离子。O2p与P3s、P3p轨道发生有效重叠,并形成共价键,Mn3d和O2p之间能够有效地发生重叠并形成共价键。在放电过程中有电子从外电路进入正极,大部分电子所带电荷分布在Mn原子上。     

锂离子电池镍掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的电子结构

采用密度泛甬平面波赝势方法对LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4的几何结构进行了优化,并计算了相应的电子结构.计算的结果表明:在Li 脱嵌前后,LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4均为导体,且锂元素主要以离子形式存在于两种材料中,O2p轨道与Mn(Ni)的3d轨道形成了较强的共价键.Li 嵌入导致Mn(Ni)3d轨道的态密度峰发生移动.Ni的掺杂导致Mn(Ni)和O2p轨道的成键作用得以加强,电子在Mn(Ni)3d轨道的填充发生变化,从而提高了电池的充放电电压.     

锂离子电池正极材料LiMPO4的研究进展

述了近年来有关LiMPO₄(M=Fe、Mn、Co、V)系列材料的合成与性能研究的进展，重点讨论了LiFePO₄材料改性的最新研究成果，分析了该类材料今后可能的发展趋势。     

锂离子电池正极材料的第一性原理

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好地满足这一需求.本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算、嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性.     

锂离子二次电池正极材料LiVPO4F的制备及其电化学性能的研究

A new cathode material, LiVPO₄F, has been synthesized through two steps of solid-state reactions. In the first step, vanadium pentoxide, ammonium dihydrogen phosphate, and a high surface area carbon were pre-heated at 300 ℃ and reacted at 750 ℃ under an inert atmosphere to yield the trivalent vanadium phosphate VPO₄. In the second step, the product LiVPO₄F was synthesized by the reaction with VPO₄ and LiF. The LiVPO₄F was characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, cyclic voltammetry and charge/discharge testing measurements. The LiVPO₄F is triclinic crystalline system. At 0.1 C rate, the first charge/discharge capacities were 150.1 mAh·g^-1 and 132.6 mAh·g^-1; At 0.2 C rate, the first charge/discharge capacities were 142.9 mAh·g^-1 and 125.2 mAh·g^-1. The LiVPO₄F from this work has higher charge/discharge voltage 4.3 V and 4.1 V, respectively.     

锂离子电池正极材料的第一性原理研究进展

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好的满足这一需求。本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,并对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算,嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性。     

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。     

锂离子电池正极材料LiMPO4的研究进展

摘要综述了近年来有关LiMPO4(M=Fe、Mn、Co、V)系列材料的合成与性能研究的进展,重点讨论了LiFePO4材料改性的最新研究成果,分析了该类材料今后可能的发展趋势。     

锂离子电池掺钴正极材料电子结构的DV-Xα研究

The electronic structures of electrode material LiMn2O4 and Li5Mn7CoO8 for the lithium ion battery are studied by employing an ab initio “atomic-basis + norm-conserving non-local pseudopotentias” method. The calculation results of the electronic structure of an ode material LiMn2O4 show that the valence band of LiMn2O4 are mainly made up of 3d atomic orbtics of Mn(8) and Mn(9), and 2 p atomic orbits of O(7), O(6) and O(4), while the conduction band contains essentially 3d orbits of Mn (8) and Mn (9), and 2p atomic orbits of O(7). At the same time, the computing results of electronic structure of electrode material Li5Mn7CoO8 indicate that the reversible capacity of the electrode can decrease and discharge voltage reduces in the cycling, and the net charge of partial lithium ions of the active electrode material and the interaction between lithium ions and oxygen ions increase. While the cycling performance of the anode can improve due to the structural stabilization of the material Li5Mn7CoO8 corresponding to the decrease of the valence band width and enhancement of the Co-O bond.     

LiVPO4F电子结构及电化学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)结合投影缀加波(PAW)方法,对LiVPO₄F的晶体结构,电子结构和电化学属性进行了研究。从理论上获得了脱Li前后具体的晶格参数的变化。通过对其态密度的计算,发现在放电过程中,V在化合物中呈现离子态,发生+3/+4价态的转变,电子转移主要发生在V原子上;而P原子的状态比较稳定,并不发生大的电子的转移,磷酸根的空间结构也变化不大。同时LiVPO₄F的禁带宽度仅为1.63 eV,说明其在一定情况下具有良好的导电性,有利于放电过程中电子的输运。LiVPO₄F是铁磁相,磁矩为2μ_B,而VPO₄F为反铁磁相。此外,通过计算获得了LiVPO₄F的平均嵌锂电压为4.0 eV。     

熔盐法合成电化学性能优异的富锂层状正极材料Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)

采用氢氧化物共沉淀和熔盐法相结合的方法制备得到了电化学性能优异的富锂锰基Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)正极材料。借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、感应耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明该材料具有完善的α-NaFeO2层状结构(空间群为R3m)和较低的Li~+/Ni~(2+)阳离子混排。电化学性能测试表明该材料的首次不可逆容量损失较小,且倍率性能和循环稳定性能十分优异。具体而言,在2.0~4.8V,0.1C时的首次不可逆容量损失为50mAh·g~(-1)(首次库伦效率84%);在10C时的放电比容量还能达到102mAh·g~(-1);在0.5C下循环100次后,放电比容量为205mAh·g~(-1)(容量保持率90%)。     

LiFeSO4F/石墨烯复合材料的制备与电化学性能

分别以FeSO4.H2O、FeSO4.4H2O和FeSO4.7H2O为原料与LiF在四甘醇介质中反应制得LiFeSO4F,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征LiFeSO4F的结构和形貌.热重分析表明LiFeSO4F在400℃开始分解.XRD结果表明,以FeSO4.4H2O和FeSO4.7H2O为原料,多个结晶水的存在可以延缓原料的脱水过程,有利于消除产物中FeSO4杂相的生成.利用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗(EIS)和充放电实验测试材料的电化学性能,发现加入石墨烯后可以促进LiFeSO4F的电化学活性,提高材料的比容量、倍率性能和循环性能.     

熔盐法合成电化学性能优异的富锂层状正极材料Li1.5Ni0.25Mn0.75O2.5

采用氢氧化物共沉淀和熔盐法相结合的方法制备得到了电化学性能优异的富锂锰基Li_1.5Ni_0.25Mn_0.75O_2.5正极材料。借助X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）、感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、X射线光电子能谱（XPS）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电测试等表征手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明该材料具有完善的α-NaFeO₂层状结构（空间群为R3m）和较低的Li⁺/Ni²⁺阳离子混排。电化学性能测试表明该材料的首次不可逆容量损失较小,且倍率性能和循环稳定性能十分优异。具体而言,在2.0~4.8 V,0.1C时的首次不可逆容量损失为50 mAh·g^-1（首次库伦效率84%）;在10C时的放电比容量还能达到102 mAh·g^-1;在0.5C下循环100次后,放电比容量为205 mAh·g^-1（容量保持率90%）。     

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.     

锂离子电池正极材料LiMn2-2xSmxSrxO4的合成及电化学性能

采用高温固相反应合成了一系列的LiMn2-2xSmxSrxO4正极材料(0≤x≤0.1);采用X射线衍射仪分析了合成产物的晶体结构;利用充放电试验测定了产物的电化学性能,利用电化学阻抗谱分析了产物的电化学循环机理.结果表明,所合成的LiMn2-2xSmxSrxO4(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)样品均保持尖晶石相,属于Fd3m空间群.LiMn1.9Sm0.05Sr0.05O4的电化学性能最佳,首次放电容量为96.8 mAh/g,在3.0~4.4 V区间内50次循环后容量保持率超过96%.与此同时,LiMn2O4和LiMn1.90Sm0.05Sr0.05O4的电极阻抗变化不同,进而影响其电化学性能.     

Zr掺杂对正极材料Li(Ni0.9Co0.05Al0.05)O2的电化学性能影响

通过控制结晶法制备类球形Ni_(0.9)Co_(0.05)Al_(0.03)Zr_(0.02)(OH))2前驱体,与LiOH·H_2O均匀混合后,在750℃下于氧气中进行高温焙烧,最终合成正极材料Li(Ni_(0.9)Co_(0.05)Al_(0.05))O_2。扫描电子显微镜(SEM)结果显示前驱体及正极材料具有良好的形貌;X射线衍射(XRD)表明材料具有规整的六方单相层状α-Na FeO_2结构;能谱仪(EDXS)分析表明Zr元素在材料颗粒内部呈均匀分布。合成的Ni_(0.9)Co_(0.05)Al_(0.03)Zr_(0.02)O_2正极材料具有良好的电化学性能,在25℃,2.8~4.3 V充放电条件下,0.2C首次放电比容量为221.5 m Ah·g-1,充放电效率90.3%,2C倍率充放电条件下容量仍达到192.7 m Ah·g-1,100周循环后的容量保持率为92.2%。在55℃,2.8~4.3 V的高温充放电条件下,该材料的0.2C首次放电比容量可达236.2 m Ah·g-1,2C充放电倍率下循环100周容量保持率为85.1%。