由羟基磷酸铁制备的磷酸铁锂用于锂离子电池正极材料的性能研究

为了实现废物循环利用及节能减排,以磷化工副产物磷铁废渣、磷酸、过氧化氢为原料合成了羟基磷酸铁进而制备了磷酸铁锂,并采用多种测试方法对产物进行了分析.实验结果表明,当磷酸/过氧化氢配比为1.2/1时合成的羟基磷酸铁的结晶度最好,由其制备的磷酸铁锂首次放电容量可达151.6 m Ah/g,库仑效率达93%.同时,实验过程实现了零污染、低成本,为磷酸铁锂正极材料制备提供了新方向.     

磷酸铁锂正极材料的研究现状

磷酸铁锂正极材料具有比容量大、安全性高、性价比高以及循环寿命长等优点,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。论述了橄榄石型磷酸铁锂的晶体结构特征以及充放电反应机制,综述了近年来采用葡萄糖、活性碳和石墨烯等不同的碳源进行碳包覆, 硫离子、镁离子、镍离子、氟离子、钒离子、钠离子和银离子等不同金属离子和非金属离子进行离子掺杂以及蒸发诱导自组装法、碳热还原法和喷雾干燥法等不同合成方法进行材料纳米化等改性方式对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响。最后简要分析了目前改性方法仍存在的问题,并对其前景进行了展望。     

正极材料LiFePO4的电化学性能的改进

采用固相反应法合成了LiFePO4正极材料，在20mA／g的电流密度下进行恒电流充放电，比容量可以达到135mAh/g，为了改进LiFePO4的性能，提高其高倍率性能，尝试了两种途径并合成出Li(Fe0．8Mn0．2)PO4和LiFePO4/C。低倍率充放电实验得出的两个样品的比容量分别可达到145mAh／g和144mAh／g，而且表现出了良好的循环性能和平坦的电压平台，以上两种方法制备出的材料均具有较好的高倍率性能。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能研究

∶采用高温固相法合成LiFePO4锂离子电池正极材料,为提高LiFePO4材料的电化学性能,对其进行Ti4 掺杂改性.用XRD、SEM等测试手段对材料进行表征,并对以Li1-xTixFePO4(x=0,0.01,0.03,0.05)为正极的电池进行电化学性能测试.研究表明,掺杂过程中,掺杂离子能与LiFePO4形成晶格完整、有序的单相固溶体;少量的掺杂离子还可以提高材料的电导率和电化学性能,特别是大电流放电性能,其中Li0.97Ti0.03FePO4性能最优,以0.2C5放电,首次放电质量比容量为132.0 mA.h/g,50次循环后仍保持为131.5 mA.h/g.     

LiFePO4-MWCNTs复合正极材料的制备与电化学性能研究

以氧化铁为铁源,通过简单的固相碳热法制备LiFePO4-MWCNTs复合正极粉体材料.利用XRD和SEM表征LiFePO4-MWCNTs复合材料的结构和表面形貌.利用EIS、CV和充放电测试实验测量LiFePO4-MWCNTs复合材料的电化学性能.XRD结果显示复合材料为橄榄石型的磷酸铁锂纯相,多壁碳管在正极材料中将颗粒相连,增加导电面积,形成三维网络结构,为颗粒之间提供附加的导电通道.通过添加质量分数为5%的多壁碳管的方法对LiFePO4正极材料导电通道进行改善.在0.5C充放电速率下首次放电比容量可以达到151.6mAh/g,充放电50次后,放电比容量还能保持在145.5mAh/g,在1C充放电速率下比容量保持在140mAh/g,2C时比容量保持在130mAh/g.随着充放电速率的增加,锂离子电池的性能也更加优越.     

轻度剥离二硫化钼／石墨烯复合材料的制备及其电化学储锂性能

为了增强MoS2的电化学储锂性能,将轻度剥离的商业MoS2与氧化石墨烯悬浮液混合,用液相还原法制备了轻度剥离MoS2／石墨烯复合材料,并对其微观结构和形貌进行了表征。结果表明轻度剥离MoS2的层数明显减少,其表面产生了许多裂纹,复合材料中轻度剥离的MoS2与石墨烯能较好地复合在一起。电化学测试表明与商业化MoS2比,轻度剥离MoSe／石墨烯复合材料具有更高的电化学储锂容量（1022mAh／g）,更好的循环稳定性能和显著增强的充放电倍率性能。电化学阻抗测试表明石墨烯显著降低了电极反应过程中的电子转移电阻。电化学储锂性能的增强主要是由于轻度剥离MoS2层数的明显减少及其表面的许多裂纹,以及轻度剥离MoS2与石墨烯之间的相互协同作用。电化学阻抗测试证明了石墨烯显著增强了复合电极材料的导电性能和电化学贮锂过程中电子传递能力。     

PPy/LiFePO4复合材料的制备与性能

通过原位聚合方法制备了聚吡咯(PPy)/磷酸铁锂(LiFePO4)复合材料.傅立叶红外光谱测试表明PPy与LiFePO4之间发生了相互作用;采用扫描电镜观察了PPy在LiFePO4表面的分布情况;采用四探针法、电化学阻抗法及恒电流充放电法测试了复合材料的性能.结果表明:PPy的质量分数为4.69%的PPy/LiFePO4复合材料具有最佳的电化学性能,最小电荷转移电阻为98.83Ω,最大交换电流为0.256 mA,首次放电容量达到154.34 mAh/g,平台容量和平台率分别为133.48 mAh/g和86.48%,并且具有较好的循环性能及倍率性能.     

碳掺杂磷酸铁锂的合成及其电化学性能

采用固相合成法制备了碳掺杂的LiFePO4复合正极材料,用XRD、SEM、激光粒度分布仪等对其进行了表征,并将其组装成实验电池利用电化学工作站及充放电测试等对样品的电化学性能进行了研究分析.结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石晶体结构,少量的碳掺杂能显著改善其电化学性能,LiFePO4/C样品的粒度较小且分布均匀,0.1 C首次放电比容量为141.8 mAh/g,循环50次后容量衰减了7.69%.图6,参8.     

商业化磷酸铁锂材料循环差异性研究

采用18650电池结构研究了A、B两种商业化磷酸铁锂材料循环性能,在对比研究中发现A材料在常温循环初始阶段的特殊性,针对这种情况,首先对它的物理化学性质进行了分析,在此基础上提出了一种机理假设,即该材料的这种循环特性是由电解液在该材料中的渗透特性决定的. 基于此,本文从材料的碳包覆、循环过程的阻抗谱图、极片的浸润性实验以及电池的老化时间等4个方面来论证上述假设. 研究分析结果表明: 电解液在A材料内部难以完全渗透,可能是导致由该材料制作电池在循环初始阶段容量先逐渐上升,然后才正常衰减现象的原因.     

掺锰磷酸铁锂的制备及电化学特性研究

通过一种简易的制备方法,以三价的氢氧化铁为铁源,乙酸锰为锰源,蔗糖为还原剂和碳源,制备掺锰的磷酸铁锰锂(LiFe0.9Mn0.1PO4/C)复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)表征掺杂锰对磷酸铁锂的结构和表面形貌的影响,同时通过不同倍率充放电测试、交流阻抗分析、循环伏安法测定等研究LiFe0.9 Mn0.1PO4/C电化学特性变化.实验表明:(1)掺杂少量Mn2+对LiFePO4橄榄石型结构没有明显影响;(2) LiFe0.9 Mn0.1PO4/C与纯相的LiFePO4/C相比,具有充放电比容量更大、电化学可逆性更好、结构更稳定、导电性能更优异等优点.     

锂离子电池正极材料Li1-xVxFePO4/C的制备及电化学性能

采用高温固相法合成了Li1-xVxFePO4/C（x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.10）锂离子电池正极材料,通过XRD,SEM,CV,EIS和恒流充放实验研究了不同掺杂量对产物结构和电化学性能的影响。结果表明,少量V的掺杂未影响到LiFePO4的晶体结构,但显著改善了其电化学性能。其中,Li0.98V0.02FePO4/C材料以0.1 C倍率放电时,首次放电容量达到160.9 mAh·g^-1,且循环性能良好。     

LiFe1-xMgxPO4锂离子电池正极材料的电化学性能

采用体相掺杂法对LiFePO4进行改性,采用Mg对LiFePO4进行掺杂,研究Mg的掺杂量对LiFePO4材料电化学性能的影响.研究结果表明,经掺杂改性后的LiFe1-xMgxPO4(x=0.01,0.05,0.10,0.15)材料的充放电容量和循环性能均有所提高,其中,样品LiFe0.85Mg0.15PO4的性能最佳,其首次放电容量为125.6 mA·h/g,循环6次后容量仍达123.0 mA·h/g;Mg部分取代LiFePO4材料中的Fe后所得材料的电子电导率提高了1×106倍,从而提高了材料的电化学性能.     

锂离子电池磷酸铁锂正极材料重点技术的专利分析

磷酸铁锂(LiFePO4)为橄榄石结构,是一种常见的锂离子电池正极材料,其理论比容量为170 mAh/g,工作电压为3.2 V,电子导电率为1×10-10～1×10-9 S/cm.本文主要以锂离子电池磷酸铁锂正极材料的相关专利申请作为研究对象,对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的掺杂技术和包覆技术的专利文献进行分析.通过分析...     

高镍正极-锂碳负极锂离子电池制备与性能研究

为提升锂离子电池能量密度、循环寿命、快充能力和安全性等方面性能,本文研究纳米级硅碳复合负极材料合成技术,以提高硅碳材料在电池充放电过程中的首次库伦效率、改善材料的循环稳定性、增强材料导电性,并解决硅碳材料易出现的体积膨胀技术难题.通过优化配方,得到与之匹配的高比容量镍钴铝正极材料和高电导电解液,获得具备长寿命(＞2 000次循环)的超高能量密度锂离子电池(能量密度＞350 Wh/kg),将硅碳负极材料的比容量提高至600 mAh/g以上;采用纳米技术和单分子层超薄修饰技术研发的纳米镍钴铝复合正极材料的比容量达到200 mAh/g以上;研究出匹配硅碳复合负极材料的宽温电解液配方,以保持离子的电导率和高稳定性,有效提高电池的电化学性能.对锂离子电池的结构设计、工艺控制以及极片制备技术进行进一步优化,以提升其能量密度、循环寿命和安全性,使其能够规模化地应用于动力及储能市场.     

掺杂金属离子对磷酸铁锂结构及性能的影响

为改善磷酸铁锂的电化学性能,采用掺杂金属离子的方法,通过高温固相反应合成了一系列Li1-xMxFePO4(M=Mg2+、Al3+、Cr3+)掺杂复合试样,利用XRD、恒电流充放电等方法研究了金属阳离子的种类和用量对材料的晶体结构以及电化学性能的影响.结果表明,煅烧温度、掺杂元素的种类和用量对复合试样电化学性能均有较大影响,在煅烧温度为700 ℃下所得Li0.98Al0.02FePO4复合试样的电化学性能最佳.     

LiFePO4/C复合材料的制备和性能研究

采用溶胶凝胶法对原料进行了混合,在氮气保护下利用固相反应烧成了LiFePO4/C复合材料.XRD衍射分析表明,烧成温度和碳源引入量对LiFePO4/C的结晶度有较大的影响,在650～700 ℃范围内烧成的LiFePO4/C结晶完整;当碳源引入量超过20%时,LiFePO4/C衍射峰强度下降.SEM电镜观察到,烧成的LiFePO4/C晶粒细小,大小均匀,晶粒尺寸为100 nm左右.以烧成的LiFePO4/C复合材料作为正极材料进行充放电测试,发现碳源对首次放电容量有较大的影响,分别以乙炔黑、蔗糖和葡萄糖作为碳源时,0.1 C倍率下首次放电容量分别为120,135,162 mA·h/g.对以葡萄糖为碳源烧成的LiFePO4/C复合材料进行放电倍率测试,研究结果表明,该复合材料具有优异的大电流充放电性能.在1 C和3 C高倍率下首次放电容量为0.1 C倍率下放电容量的90%和80%.     

锂-累托石基锂硫电池复合正极材料的研究

在二次电池中,锂硫电池作为以硫为正极活性物质的电池形态,它具有原料环保且相对于其他传统材料更高比容量的特点。针对锂硫电池硫导电性差、膨胀率较大且充放电过程形成的多硫化锂易溶于电解液形成"穿梭效应"的不足,设计了一种以锂盐改性累托石为硫的宿主,碳硫复合的正极材料来改善锂硫电池的电化学性能。经测试,锂盐改性可以较大程度地疏通累托石的层间和孔道结构,增大比表面积和孔容,从而扩大硫在孔道中的负载空间,同时锂离子大量富集于材料中能有效提高充放电中离子和电子的传输。该改性正极复合材料在0. 1 C倍率下首圈循环充放电比容量为877 mAh/g,60圈后比容量衰减为653 mAh/g,容量保有率为74. 5%,说明材料中的成分能有效吸附多硫化物、抑制穿梭效应,使材料具有较好的循环稳定性。在电流密度0. 1、0. 2、0. 5、1 C下平均比容量分别为850、750、600和500 mAh/g左右,表现出良好的倍率性能。其电荷转移阻抗为63Ω,有利于电子电荷的传导。     

硅/Ag/碳复合负极材料的制备、结构及其电化学性能研究

研究了银包覆和银-碳复合包覆对硅的结构和电化学性能的影响。采用XRD和TEM等手段分析了样品的结构和形貌,并采用恒电流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗法研究了改性处理前后硅负极的电化学性能。结果表明,硅/Ag/碳复合负极材料中,Ag纳米微粒以晶体的形式分布在硅颗粒的表面,一层无定形沥青炭包覆在硅/Ag复合颗粒的表面,这有利于提高硅颗粒的结构稳定性。电化学测试表明,与硅相比,硅/Ag/炭复合负极材料的电化学阻抗减小,电化学极化减弱,电化学反应的可逆性和循环寿命显著提高,第40次循环的比容量保持在390 m Ah g-1。     

中空硅球/石墨烯复合材料制备及电化学性能

锂离子电池中硅基负极材料具有极高理论容量和低充放电电压平台,作为代替石墨的最佳负极材料,成为当下研究中热门的锂电池负极材料。设计中空硅球/石墨烯复合材料,H-Si球与氧化石墨烯水热条件下形成三维多孔石墨烯气凝胶内嵌硅球复合物(H-Si/GA),H-Si球与聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly dimethyl diallyl ammonium,PDDA)功能化的氧化石墨烯溶剂热条件下静电吸附形成包覆状复合物(H-Si/G)。借助结构表征和电性能测试,硅球与石墨烯紧密包覆状的H-Si/G展示出更佳的电性能。中空硅球由于静电吸附作用嵌入石墨烯纳米片中,石墨烯牢牢固定硅球,构建了稳定的导电通道,缓冲体积膨胀,并保持电极结构稳定。硅球内部的空隙空间为体积膨胀预留足够缓冲空间,缩短了电子和离子传输通道。     

Sn-Sb-Co复合负极材料的制备及性能

采用化学还原共沉积法制备了Sn-Sb-Co复合材料,用SEM对其形貌进行表征.根据充放电曲线、循环伏安曲线和交流阻抗谱,探讨了材料的嵌/脱锂行为.热处理后的Sn-Sb-Co复合材料呈不均匀粒状的无定形态结构;Sn-Sb-Co复合电极首次充、放电比容量分别为618,1 325 mAh/g,第20循环的可逆比容量为390 mAh/g,库仑效率为92%.