锂钛复合氧化物锂离子电池负极材料的研究

采用 3种化学方法合成锂钛复合氧化物 .应用X -射线衍射分析对其结构进行表征以及电化学性能测试 ,结果表明 :由Li2 CO3、TiO2 高温合成的锂钛复合氧化物为尖晶石结构的Li4Ti5 O12 .Li4Ti5 O12 电极在 1 .5V左右有一放电平台 ,充放电可逆性良好 ,即充电电压平台与此接近 ,且电极的比容量较大 ,循环性能良好 .以 0 .30mA·cm- 2 充放电时 ,首次放电容量可达 30 0mAh·g- 1,可逆比容量为 1 0 0mAh·g- 1,经多次充放电循环后 ,其结构仍保持稳定性 .试验电池测试表明 ,Li4Ti5 O12 可选作Li4Ti5 O12 /LiCoO2 锂离子电池的负极材料 .     

锂离子电池负极材料Li_(4-x)K_xTi_5O_(12)结构和电化学性能

采用固相反应的方法制备了尖晶石型Li4Ti5O12和K掺杂Li4-xKxTi5O12(x=0.02,0.04,0.06)。通过XRD、SEM、BET等对制备材料进行了分析。结果表明,K掺杂没有影响立方尖晶石型Li4Ti5O12的合成,同时也没有改变Li4Ti5O12的电化学反应过程。K掺杂Li4-xKxTi5O12具有比Li4Ti5O12小的颗粒粒径和比Li4Ti5O12大的比表面积、孔容积。适量的K掺杂能够明显改善Li4Ti5O12的电化学性能,尤其是倍率性能,但是过多的K掺杂却不利于材料电化学性能的提高。研究表明,Li3.96K0.04Ti5O12体现了相对较好的倍率性能和循环稳定性。0.5C下,首次放电比容量为161mAh·g-1,3.0和5.0C下,容量保持分别为138和121mAh·g-1。3.0C下,200次循环后容量保持为137mAh·g-1。     

高倍率尖晶石型Li4Ti5O12/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5O12/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5O12锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5O12/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0 mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5O12锂离子电池负极材料的电化学性能.     

纯相Li4Ti5O12水热合成及其电化学性能

以纳米级锐钛矿型二氧化钛(TiO2)和氢氧化锂(LiOH)为原料,利用水热法合成了尖晶石型Li4Ti5O12材料,并研究了LiOH浓度、水热反应时间及热处理温度对Li4Ti5O12样品结构和电化学性能的影响,分析了Li4Ti5O12的形成过程.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析样品材料结构,观察材料形貌.结果表明,LiOH浓度0.2 mol.L-1、水热反应时间12 h及煅烧温度700℃可得到纯相尖晶石型Li4Ti5O12,该样品1C倍率放电比容量为146.3 mAh.g-1,40C高倍率其放电比容量仍有101.3 mAh.g-1.     

高倍率尖晶石型Li_4Ti_5O_(l2)/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5Ol2/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5Ol2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料的电化学性能.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn_(1.9)Mg_(0.05)Ti_(0.05)O_4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料,以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4.采用热重分析(TGA),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)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:780°C下煅烧12 h得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4材料,该材料具有良好的电化学性能,在室温下以0.5C倍率充放电,在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 m Ah·g-1,循环50次后放电比容量仍为118.5m Ah·g-1,容量保持率为93.5%.在55°C高温下循环30次后的放电比容量为111.9 m Ah·g-1,容量保持率达到91.9%,远远高于未掺杂的Li Mn2O4的容量保存率.二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂Li Mn2O4,改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能,使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.     

锂离子电池正极材料LiV3-xAlxO8的水热合成与性能

采用水热法制备了Al掺杂的锂二次电池正极材料LiV3-xAlxO8,并用X射线衍射和扫描电镜对材料的晶体结构和形貌进行了表征.以50 mA·g-1进行恒流充放电测试,结果表明Al掺杂能够明显改善材料的电化学性能.在掺杂改性的LiV3-xAlxO8材料中,LiV2.93Al0.07O8的初始容量最高,达到325 mAh·g-1.当掺杂量为x=0.04时,材料的循环性能最佳.LiV2.96Al0.04O8经20次循环后仍保持179 mAh·g-1的比容量,且充放电效率始终维持在98%左右.     

钛离子掺杂对LiFe0.6Mn0.4PO4/C 电化学性能的影响

采用固相法合成了钛离子掺杂LiFe0.6Mn0.4PO4/C正极材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学测试,对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:钛离子掺杂未影响材料的晶型结构,但显著改善了材料的电化学性能;Li(Fe0.6Mn0.4)0.96Ti0.02PO4/C材料表现出优异的倍率性能,0.1C倍率下其比容量为160.3mAh.g-1;在10C倍率下,比容量为134.7mAh.g-1;特别是在20C高倍率下仍然具有124.4mAh.g-1的放电比容量.电化学交流阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)测试结果说明,通过钛离子掺杂导致材料阻抗和极化的减少是材料倍率性能改善的主要原因.     

LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4的合成及其电化学性能研究

应用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法.合成了Y3+掺杂的尖晶石LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4材料.XRD、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4的倍率和循环性能.在电压区间3.5～4.9V,1C倍率下,其初始放电比容量为114.9 mAh.g-1,100次循环后放电比容量仍可达113.0 mAh.g-1,容量保持率为98.3%.掺杂Y3+能减小材料界面阻抗.     

LixNi0.8-yCo0.2ZnyOp的合成及电化学性能研究

A series of single-phase Li_xNi_0.8-yCo_0.2Zn_yO_p(0.96 ≤x≤ 1.10， 0 ≤y≤ 0.05， 2 ≤p≤ 2(1+y) ) (different in the y values) were synthesized by a two-step solid state reaction method， in which LiOH·H₂O， Zn-doped spherical Ni(OH)₂ and Co₂O₃ were used as the precursors. The ICP-AES analyses proved that the Zn-doped compounds synthesized had the nonstoichiometric form. The results of the XRD， SEM identified that the uniform particles of the as-prepared materials having a good layered structure were fine， narrowly distributed and well crystallized. The electrochemical performance test was carried out and the results showed that the as-prepared Zn-doped materials had not only a high capacity， but also a better cycling stability characterization than the un-doped one. The Li_1.06Ni_0.75Co_0.22Zn_0.03O_2.03 material has an initial reversible capacity as high as 160.5mAh·g^-1; and a first discharge efficiency 89.2%， and exhibits satisfactory cyclic stability with 90% retainable capacity after 50 cycles.     

纳米钙钛矿LaxSr1-xFe1-yCoyO3复合氧化物的制备和表征

用甘氨酸-硝酸盐燃烧合成法，制备La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃复合氧化物的陶瓷粉末，对该钙钛矿型氧化物进行了XRD、IR、紫外漫反射光谱及循环伏安曲线分析。结果表明：该复合氧化物粉体平均晶粒为15.3～29.8 nm,为立方和正交晶系。该氧电极具有双功能催化特性，但不完全可逆。对水溶液染料进行光解实验，利用紫外-可见、人工神经网络光度法研究La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃的催化性能。结果表明：CO²⁺的加入可使La_xSr_1-xFeO₃的光催化活性有所提高，B位离子(Fe³⁺，CO²⁺)改变与加入，使La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃(x=0.7，0.3；y=0.3，0.9，1)光催化活性高于La_xSr_1-xFeO₃。同时，对5种染料进行紫外光解，在0.75 h，脱色率大于91%，并为动力学一级反应。     

直接Z型Zn2SnO4-xNx/ZnO1-yNy异质结光催化剂的制备及机理

采用微波溶剂热法成功制备直接Z型Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y核壳结构异质结光催化剂。2种物质不同的功函数改变了其表面电荷密度,并在界面处形成内建电场,导致其从传统的Ⅰ型镶嵌异质结转变为Ⅱ型异质结,再转变为Z型异质结构。N杂质原子替代O原子进入Zn_2SnO_4和ZnO的晶格,在两者的价带(VB)顶部形成双杂质能级。核壳结构的Z型异质结光催化剂对罗丹明B的降解速率为纯相Zn_2SnO_(4-x)N_x的1.40～1.43倍,同时具有良好的循环稳定性,且可以降解亚甲基蓝、甲基橙、水杨酸等污染物。Z型异质结的形成使其光生电子-空穴对具有较强的氧化还原能力,而双杂质能级的存在可以拓宽其光响应范围并提高载流子的分离效率。因此,Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y异质结光催化剂高的光催化活性归因于Z型异质结和双杂质能级的协同作用。     

固溶体Bi_2Mo_(1-x)W_xO_6的水热合成及光催化性能

采用水热法,在较低温度下合成了系列Bi2Mo1-xWxO6固溶体。结果表明,W的替代抑制了固溶体的晶粒生长,导致了较小的晶粒尺寸。随着x的增加,红外光谱中840cm-1处M-O键的振动频率νM-O有规律地向低频率方向移动,表明Mo6+离子逐步被W6+替代,生成了无限互溶的固溶体。光吸收性能研究表明,随着W6+逐步替代Mo6+,带隙出现了先降后升的趋势,x=0.4时带隙最小。而固溶体的光催化性能随着x的增加,出现了先增后减的趋势,x=0.4时光催化活性最高。此外,含W样品的光催化活性高于Bi2MoO6。这与固溶体的带隙、带结构和晶粒尺寸变化有关。     

共沉淀法制备LiMn_xCo_yO_2的显微结构及其电化学性能

通过共沉淀法制备前驱体,随后在900℃下经不同时长烧结得到了层状LiMn_xCo_yO_2。X射线衍射、扫描电镜和透射电镜的研究结果表明,层状LiMn_xCo_yO_2的晶体结构是菱面体点阵,空间群是R3m,点阵常数与LiCoO_2非常接近。不同烧结时长下得到的样品在扫描电镜下均呈球状,随着烧结时间延长,球形规整度变得更好。对不同样品的电化学性能测试表明,烧结时间越长,样品中Mn的相对含量越高,其首次充放电比容量和循环性能越好。     

共沉淀法制备LiMnxCoyO2的显微结构及其电化学性能

通过共沉淀法制备前驱体,随后在900 ℃下经不同时长烧结得到了层状LiMn_xCo_yO₂。X射线衍射、扫描电镜和透射电镜的研究结果表明,层状LiMn_xCo_yO₂的晶体结构是菱面体点阵,空间群是R3m,点阵常数与LiCoO₂非常接近。不同烧结时长下得到的样品在扫描电镜下均呈球状,随着烧结时间延长,球形规整度变得更好。对不同样品的电化学性能测试表明,烧结时间越长,样品中Mn的相对含量越高,其首次充放电比容量和循环性能越好。     

新型固体氧化物燃料电池阴极材料Ca2-xSrxFe2O5的电化学性能研究

采用固相法合成了固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料2-xSrxFe2O5(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20),利用XRD和SEM对其结构和微观形貌进行了表征.结果表明该阴极材料与固体电解质Sm0.8Ce0.2O1.9(SDC)在1000℃烧结时不发生化学反应,且烧结4 h后,二者之间可形成良好的接触界面.利用交流阻抗谱技术对阴极材料的电化学性能进行研究,结果显示,阴极上的反应过程主要为电荷的迁移反应,其中Ca1.95Sr0.05Fe2O5电极在空气中700℃下具有最小的极化电阻为0.95Ω·cm2.当测试温度为700℃时,阴极电流密度为74mA·cm-2时,阴极过电位为100mV.     

Mg二次电池正极材料Cu2Mo6S8-nSen的电化学性能研究

采用高温熔盐法合成了镁二次电池正极材料Cu2Mo6S8-nSen(n=0,0.5,1.5),以X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),循环伏安测试(CV),恒电流充放电测试,电化学阻抗(EIS)为研究手段表征了材料的结构和电化学性能。XRD和SEM测试结果表明,Cu2Mo6S8-nSen正极材料仍然是Chevrel相结构,材料结晶良好,粒径小,由于Se原子掺入,使得点阵常数变大,更有利于镁离子嵌入/脱嵌。电化学测试表明,掺入Se原子,材料比容量略有提升,达到103.5 mAh.g-1;循环伏安曲线在0.5~0.8 V区域的峰形发生了显著变化,曲线上氧化还原峰对称性更好;材料的室温循环性和可逆性提高。     

层状O2结构锂锰氧化物Li0.60[MgxCoyMn1-x-y]O2的制备及结构表征

本文采用离子交换法分别制备了双复合锂锰氧化物Li_0.60[Mg_xMn_1-x]O₂(0.05 ≤ x ≤ 0.15)和三复合锂锰氧化物Li_0.60[Mg_xCo_yMn_1-x-y]O₂(x=0.05，0.05 ≤      

Ba0.98Bi0.02(Ti0.9Zr0.1)1-xCuxO3陶瓷的介电性能、弛豫行为与结晶化学特性

采用固相合成法,Bi3+作施主掺杂A位,Cu2+作受主掺杂B位,制备了Ba0.98Bi0.02(Ti0.9Zr0.1)1-xCuxO3(x=0,0.01,0.02,0.03)陶瓷样品。借助XRD、LCR等研究了该陶瓷的结构与介电性能。结果表明:当x=0.03时,陶瓷样品出现第二相。通过GULP模拟,缺陷偶极子的稳定性从低到高依次为:[2BiBa.+VBa″]、[2BiBa.+CuTi/Zr″]、[CuTi/Zr″+VO..],结合实验可知:介电弛豫程度与晶体中缺陷偶极子的存在形式相关,其中x=0.01时,晶体中以[2BiBa.+CuTi/Zr″]为主。随Cu2+掺杂量的增加,介电常数增加,介电常数与B位键价和呈反比变化、与八面体BO6的体积呈正比变化。