LiMn2O4中锂离子扩散系数与充/放电次数的关系

通过容量间歇滴定技术（CITT）对不同电压、不同循环次数下，锂离子在尖晶石LiMn₂O₄中的固相扩散系数进行了研究. 结果表明，锂离子在尖晶石LiMn₂O₄正极材料中的固相扩散系数在3.95 V和4.12 V左右存在两个极小峰，随着循环次数的增加，这两个峰逐渐平坦，并且整体上固相扩散系数呈增大趋势，表明锂离子在LiMn₂O₄中重复脱/嵌时具有自我增强扩散的能力.     

LiAl0.03Mn1.97O4的流变相辅助微波合成以及电化学性能

采用一种特殊微波合成法,流变相辅助微波合成法,制备了结晶度好、纯度高的尖晶石相的锂离子电池正极材料LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4。对其进行了XRD分析和SEM研究,并就结构、形貌与传统固相法制备的LiMn_2O_4、LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4进行了比较。采用这种漉变相辅助微波合成法制备的LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4具有优良的电化学性能,电化学性能测试表明,这种材料具有比较高的首次放电容量(115mAh/g)以及良好的可逆性、优异的循环性能,25次循环结束比容量几乎不变,保持在115mAh/g左右,衰减性得到很好的改善。     

溶胶-凝胶法合成Li_(1-x)Na_xMn_2O_4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na+离子掺杂的Li_(1-x)Na_xMn_2O_4(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na+取代Li+进入Li_(1-x)Na_xMn_2O_4晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_(0.97)Na_(0.03)Mn_2O_4在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn_2O_4从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na+离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li0.97Na0.03Mn2O4仍有79.0 m Ah·g-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 m Ah·g~(-1)。Na+离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn_2O_4的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

尖晶石LiMn_2O_4的多元掺杂改性研究

采用高温固相法合成了多元复合掺杂改性的尖晶石型锰酸锆正极材料，用X射 线衍射法对材料进行了表征，表明所得材料均呈现良好的尖晶石的结构，通过充放 电测试，发现其中LiMn_(1.93)Co_(0.02)Cr_(0.02)Al_(0.02)La_(0.01)O_4和 LiMn_(1.93)Co_(0.02)Cr_(0.02)Al_(0.02)-Zr_(0.01)O_4的循环性能有了很大程 度的改善，循环50次后仍能保持94%和91%的容量。     

尖晶石LiMn_2O_4的多元掺杂改性研究

采用高温固相法合成了多元复合掺杂改性的尖晶石型锰酸锆正极材料，用X射 线衍射法对材料进行了表征，表明所得材料均呈现良好的尖晶石的结构，通过充放 电测试，发现其中LiMn_(1.93)Co_(0.02)Cr_(0.02)Al_(0.02)La_(0.01)O_4和 LiMn_(1.93)Co_(0.02)Cr_(0.02)Al_(0.02)-Zr_(0.01)O_4的循环性能有了很大程 度的改善，循环50次后仍能保持94%和91%的容量。     

LiMn_2O_4/TiO_2催化剂上甲烷氧化偶联反应性能的研究

采用固相反应法制备了具有尖晶石结构的LiMn_2O_4/TiO_2系列催化剂,探讨了TiO_2、Li/TiO_2、Mn/TiO_2、LiMn_2O_4及LiMn_2O_4/TiO_2等不同组成催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,采用XRD、XPS、CO_2-TPD和H_2-TPR等表征方法对该系列催化剂进行了分析。结果表明,具有尖晶石结构的LiMn_2O_4化合物具有较高的甲烷氧化偶联催化活性,在775℃、0.1MPa、7200mL/(h·g),CH_4∶O_2(体积比)为2.5的条件下,甲烷转化率可达25.8%,C2选择性可达43.2%。TiO_2的存在不仅进一步提高了甲烷转化率和C2选择性,还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO_2的过程。负载8%LiMn_2O_4的LiMn_2O_4/TiO_2催化剂性能达到最优,此时甲烷转化率达到31.6%,C2选择性为52.4%,CO_2选择性降低到26.3%。考察了不同焙烧温度对催化剂活性的影响,850℃为LiMn_2O_4/TiO_2催化剂的最佳焙烧温度。     

恒压-恒流充电容量比值法测定石墨电极中的锂离子扩散系数

通过球形扩散模型推导了恒压-恒流充电容量比(简称RPG)与石墨电极中锂离子固相扩散系数的关系,给出了一种测量锂离子在石墨负极中固相扩散系数的新方法即RPG法.理论结果表明固相扩散系数D与RPG值q,颗粒半径R和恒流充电时间tG有关.当q ≤ 0.5时,其关系式可通过最小方差线性化拟合为D=R2/(15.36qtG) (q ≤ 0.5).实验结果表明,RPG法具有非常好的重现性,不同恒流充电电流和时间下测得1.5 V(vs Li/Li＋)的锂离子固相扩散系数值均在1.060×10－10 cm2•s－1左右.采用RPG法对石墨电极在1.0～2.5 V(vs Li/Li＋)高电压区的锂离子固相扩散系数进行了测试,结果表明在1.0～2.5 V的高电压区,随着电压的升高,D值从4.292×10－10 cm2•s－1减小到1.219×10－11 cm2•s－1.     

不同氧化态的离子掺杂对limn2o4电化学性能的影响

以CH3COOLi·2H2O、(CH3CO2)2Mn·4H2O、氧化物和柠檬酸为原料,采用流变相法经过2次灼烧后得到了不同氧化态离子掺杂的尖晶石化合物LiMn1.95M0.05O4(M:Li,Mg,Co,Ti,V)。通过X射线衍射测试技术对合成的产物物相进行表征,所得产物均具有纯相尖晶石结构。同时应用软件计算了其晶格常数,结果发现金属离子的掺杂不同程度地减少晶格大小。通过循环伏安法研究发现,在4V区域有2步可逆过程发生,对应于锂离子的脱嵌。掺杂的金属离子对于峰电位以及峰面积都有影响。Mn3 的含量越低,峰的面积越小。金属离子与氧的键能越大,峰电位越高。50次充放电循环测试表明,通过掺杂改性来改善尖晶石LiMn2O4的电化学性能时,在掺杂相同量阳离子的尖晶石化合物中,以选择氧化态为Co3 掺杂的化合物具有最佳的充放电容量和循环性能。     

Li3V2(PO4)3电极过程及其锂离子脱嵌动力学研究(Ⅰ)

采用溶胶凝胶法合成了Nasicon化合物Li3V2(PO4)3,采用X射线衍射(XRD)对产品进行了物相分析.采用充放电测试,循环伏安(CV)研究了化合物的电化学性能和锂离子的脱嵌过程,计算出Li+在固相中的扩散系数(10-8 cm2·s-1);采用交流阻抗测试(EIS)研究了Li3V2(PO4)3的电极过程;对两种类型的阻抗图谱提出不同等效电路模型并对结果进行了拟合;研究了Li3V2(PO4)3电极过程动力学以及新鲜电极界面在充放电过程中的变化特性.     

Li_(3.22)Na_(0.569)Mn_(5.78)O_(12.0)的电化学性能

以L iOH.H2O和Mn(CH3COO)2.2H2O作原料,应用微波-固相两段烧结法合成具有L i4Mn5O12结构特征,组成为L i3.22Na0.569Mn5.78O12.0的锂离子电池正极材料.XRD分析表明,在380℃的后处理温度下,微波烧结前处理有利于生成纯L i4Mn5O12尖晶石相.充放电实验表明,在4.5~2.5V电压区间,新制样品的初始放电容量为132 mAh.g-1,100循环的容量衰减率为6.8%;4个月存放样的初始放电容量为122 mAh.g-1,100循环的容量衰减率为17.4%.表现出较好的充放电性能和循环寿命.微波烧结使样品的Mn-O键被加强.     

Al3+对尖晶石型LiMn2O4正极材料的表面掺杂包覆改性

采用表面掺杂包覆改性的方法对LiMn2O4尖晶石型锂离子电池正极材料进行改性.以Al为表面掺杂元素,Al(NO3)3为原料,研究了Al3+掺杂量为7.1%(原子分数)时不同温度(300、400、500、600、700、750、800℃)下的改性效果.研究发现,随着热处理温度的升高,改性样品的最大比容量先升高后降低,在700℃达到最大值;循环衰减先增大后降低再增大;这是由于随着热处理温度的升高,包覆层逐渐分解并与LiMn2O4颗粒反应固溶,在750℃完全固溶,衰减达到极小值,而后固溶层向颗粒内部扩散,导致包覆层对颗粒免受电解液溶解的保护能力变弱,因而容量衰减增大.其中700℃热处理5h的样品最大比容量为133.6mAh·g-1,循环50周衰减3.4%.研究表明Al3+表面掺杂包覆改性有利于促进LiMn2O4尖晶石型锂离子电池正极材料的商业化生产,具有大规模应用的前景.     

长寿命、高倍率(Li4Ti5O12-AC)/( LiMn2O4-AC)电池电容的制备及性能研究

以商业微米级锰酸锂(LiMn2O4)为正极,钛酸锂(Li4Ti5O12)为负极,分别与商业活性炭(AC)复合,组装成软包装电池电容样品并进行电化学测试。测试结果表明：当样品正负极均复合AC时,其电化学性能要优于只有正极复合AC和未复合AC的样品。其中,正负极活性炭复合比例为5 wt.%,负极与正极的理论容量比(N/P)为1.01时,电池电容样品拥有良好的倍率性能,且其在0.5 C时的放电比容量为56.4 mAh/g,5 C时的容量保持率为0.5 C的72.2%。此外,与未复合AC的样品相比,单体在5 C倍率下经2000次循环后的容量保持率仍有77.5%,远高于前者的30.4%。     

锂离子电池正极材料LiMn_(2-2x)Sm_xSr_xO_4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.     

锂电池阴极材料尖晶石型LiMn2－xLaxO4的研究

采用高温固相法,合成了掺杂改性的锂离子电池阴极材料尖晶石结构的LiMn2－xLaxO4（x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.10）.用XRD对材料的晶体结构进行了表征.从材料的晶体结构、充放电测试和循环性能等方面分析了掺杂元素镧在稳定晶体结构中的作用.实验表明，掺杂后的材料在常温和高温下的循环性能均得到了明显改善.而且当掺杂量x≤0.04时，材料有较高的放电比容量.     

5 V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成与Li+在材料中的扩散性能

使用草酸盐共沉淀法合成了5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,研究了不同温度下合成的材料结构形貌与电化学性能之间的关系。结果表明,在900℃下合成的样品电化学性能最好,可逆放电容量达到133.0 mAh?g-1,经30周循环后,容量仍然保持在132.2 mAh?g-1,容量保持率高达99.4%。使用恒电位间歇滴定法(PITT)测定了锂离子在LiNi0.5Mn1.5O4材料中的扩散系数。结果表明,在LiNi0.5Mn1.5O4材料放电过程中,在不同电位嵌锂量不同,发生反应的氧化还原电对也不同,锂离子的扩散系数在不同的电位下也会有差别,扩散系数在10e-10 cm2?s-1~10e-11 cm2?s-1范围内变     

锂离子电池阴极材料LiMn2－xZrxO4的性能表征

采用高温固相法合成了掺杂改性的尖晶石型LiMn2－xZrxO4 (x= 0, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10)作为锂离子电池阴极材料.通过X射线衍射和环境扫描电镜对材料的晶体结构和形貌进行了表征.从材料的晶体结构、恒流充放电测试和循环性能等方面分析了掺杂元素Zr在改善材料性能中的作用.实验表明,当Zr的掺杂量在x ≤ 0.06时,材料在保持较高容量的同时,循环性能得到了明显改善.其中LiMn1.98Zr0.02O4的性能最佳,50次循环后容量仍在113.8 mA•h•g－1以上.     

Enhancement of the electrochemical properties of LiMn2O4 through Al3+ and F- co-substitution

The cathode-active materials LiMn2O4, LiAl0.1Mn1.9O4, and LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1 were synthesized by a microwave-assisted sol-gel method. The influence of different doping elements on the structural and electrochemical properties of the as-prepared samples was investigated by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and electrochemical experiments. The results indicated that fluorine plays an important role in controlling the morphology, and the doped aluminum could enhance significantly the stability of spinel-type LiMn2O4. The initial discharge capacity of the Al3+ and F- co-substituted specimen reached 129.8 mA h/g and has a high capacity retention after 40 cycles. The outstanding electrochemical properties of LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1 make it a possible promising cathode material for lithium-ion batteries.     

Review on synthesis methods to obtain LiMn2O4-based cathode materials for Li-ion batteries

Journal of Solid State Electrochemistry - Lithium manganese spinel (LiMn2O4) is considered a promising cathode material for lithium-ion batteries (LIBs). Its structure, morphology, and...     

B掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的制备及长循环电化学性能

采用固相燃烧法制备了单晶多面体尖晶石型LiMn1.94B0.06O4正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及充放电测试等手段,对其晶体结构和电化学性能等进行了表征。结果表明,B掺杂没有改变尖晶石型LiMn2O4的晶体结构,促进了(440)和(400)晶面的优先生长,形成了高暴露的(111)晶面及少部分(110)和(100)晶面的单晶多面体LiMn1.94B0.06O4晶粒,减少了Mn的溶解和提供了更多的锂离子扩散通道,其晶粒尺寸在160~350 nm之间。在10C、25℃的条件下,LiMn1.94B0.06O4电极的首次放电比容量可达到103.0 mAh·g^-1,2000次循环后,表现出较好的容量保持率(57.7%);在15C高倍率下,LiMn1.94B0.06O4仍然保持了67.1 mAh·g^-1的首次放电比容量,1500次循环后,仍能维持46.2%的容量保持率;在1C、55℃的条件下,其初始放电比容量高达125.2 mAh·g^-1,表现出良好的高温性能。B掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn2O4的高倍率性能和循环寿命,稳定晶体结构,抑制Jahn?Teller效应和缓解Mn的溶解。