MWNT/C/Mg1.03Mn0.97SiO4 hierarchical nanostructure for superior reversible magnesium ion storage

We first design and synthesize a MWNT/C/Mg_1.03Mn_0.97SiO₄ hierarchical nanostructure composed of MWNTs pinning the surface of the Mg_1.03Mn_0.97SiO₄ nanoparticles, with simultaneous tethering to Mg_1.03Mn_0.97SiO₄ particles via an interfacial amorphous carbon phase bonding, through a facile CVD method. It is further demonstrated that the nanocomposite exhibits a reversible capacity as high as 300 mAh g⁻¹ at 0.2 C and a stable cycling performance at 0.5 C when utilized as a cathode material for rechargeable magnesium batteries.     

Electrochemical kinetics and cycling performance of nano Li[Li0.23Co0.3Mn0.47]O2 cathode material for lithium ion batteries

Li[Li_0.23Co_0.3Mn_0.47]O₂ cathode material was prepared by a sol–gel method. The material had a primary particle size of about 100 nm, covered by a 30 Å of Li₂CO₃ layer. The material showed promising electrochemical performance when cycled up to 3C rate. The electrochemical kinetics of the first charge was much slower than that of the second charge, due to the complex electrochemical process which involved not only Li⁺ diffusion but also release of oxygen. By taking account of this, the material was pre-charged very slowly (C/50) in the first cycle. This led to excellent electrochemical performance in the following cycles. For instance, the 1C-rate capacity increased to 168 mA h g⁻¹ after 50 cycles, comparing with the 145 mA h g⁻¹ obtained without pre-charging.     

C-LiFePO4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能

通过低温溶剂热法和高温热处理技术合成了橄榄石结构的LiFePO₄/carbon (C-LiFePO₄)纳米材料. 在此基础上,通过溶液共混法制备了一种新型的聚三苯胺(PTPAn)修饰包覆的C-LiFePO₄复合锂离子电池正极材料(C-LiFePO₄/PTPAn). 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)以及恒电流充放电等测试方法,考察PTPAn 包覆量对C-LiFePO₄/PTPAn 复合正极材料性能的影响. 结果表明：通过溶液共混法PTPAn能够致密地包覆在C-LiFePO₄表面,形成一个有效的电子/离子传输通道从而有效提高CLiFePO₄基复合材料的电化学活性. 所有样品中C-LiFePO₄/10% (w) PTPAn作为正极材料呈现出最佳的电化学性能,在0.1C倍率恒流充放电下材料首次放电比容量为154.5 mAh·g^-1,在10C高倍率恒流充放电下材料的放电比容量达到114.2 mAh·g^-1. 当C-LiFePO₄/PTPAn 复合材料表面包覆的PTPAn 含量进一步增加,复合材料的电化学性能出现下降的趋势. 电化学阻抗测试表明PTPAn包覆层明显减小了C-LiFePO₄电极的电荷转移电阻.     

锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ 的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13Zr_xO₂（x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06）. 通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安（CV）及电化学交流阻抗谱（EIS）技术对其电化学性能进行测试. 结果表明,Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13Zr_xO₂（x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06）正极材料均具有α-NaFeO₂型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C（充放电电流以1.0C=180 mA·g^-1计算）倍率充放电进行测试,样品Li_1.2Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Zr_0.02O₂的首次放电比容量分别为280.3 和206.4 mAh·g^-1. 其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g^-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g^-1. 在50、25 和-10 ℃,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在- 10℃ 经过50 次循环后正极材料Li_1.2Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Zr_0.02O₂比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_1-xZn_xO₂ (x=0, 0.02, 0.05)正极材料. 循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V, 电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266 Ω减小到102 Ω. Li⁺嵌入扩散系数从1.20×10^-11 cm²·s^-1增大到 2.54×10^-11 cm²·s^-1. Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Zn_0.02O₂正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定, 其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g^-1, 循环100周后容量几乎没衰减; 高温(55 °C)下充放电循环100周, 其放电比容量平均每周仅衰减0.20%, 远小于其他两种正极材料(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂平均每周衰减0.54%; Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.95Zn_0.05O₂平均每周衰减0.38%). Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_0.98Zn_0.02O₂正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g^-1, 高于其他两种正极材料. 电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗, 增大了锂离子扩散系数.     

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2, 并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌. 使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能. 结果表明, pH为7.0时, 合成的材料颗粒更小、分布最均匀, 材料具有良好的层状特征, 且材料中锂镍的混排程度最小. 电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能, 在0.1C的倍率下, 材料的首次放电比容量达到了185 mAh·g-1, 在循环20周后, 放电比容量仍然保持在160 mAh·g-1. X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明, pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价, Mn为+4价.     

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.     

微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4

研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法. 采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料. 通过XRD、SEM和恒流充放电测试, 对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析. 与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较. 结果表明, 微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料; 在650 ℃时处理12 min, 获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物, 该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能. 在60 ℃下以C/20倍率(电流密度, 1C=160 mA·g-1)进行充放电, 首次放电容量为119.5 mAh·g-1, 10次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1. 与传统高温固相法相比, 微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.     

水热法制备富锂型Li_(2+4x)Mn_(0.6+2x)Ni_(0.6-6x)Cr_(0.8)O_4及其结构与电化学特性

采用水热法制备了系列富锂尖晶石型正极材料Li2+4xMn0.6+2xNi0.6-6xCr0.8O4(x=1/30,1/20,1/15,1/12),通过X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对其结构及电化学性能进行表征.结果表明,所制备的系列材料为富锂型高电压尖晶石结构正极材料,该系列样品在4.7 V左右有放电平台.x=1/15和x=1/12时,样品中的Cr为+3价,没有观测到Cr6+.随着x值的增大,样品中Li离子与过渡金属离子的混排减小,样品的充放电比容量逐渐增大,且2.7 V处的放电平台容量也增加.当x=1/12时,样品具有较好的充放电比容量和倍率特性,首次放电比容量为107.3 mA·h/g,20次循环后容量保持率为84.9%.     

A new iron oxyfluoride cathode active material for Li-ion battery, Fe2OF4

The electrochemical properties of iron oxyfluoride of the Fe₂OF₄ type were investigated. The material exhibits a working potential at 3.0 V with a capacity of 200 mAh/g and cyclic reversibility in the range of 1.5–4.5 V. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) investigation of discharged material showed that iron was reduced to the divalent state. In this study, we report that Fe₂OF₄ material incorporates 1.4 Li per formula unit.     

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.     

溶胶-凝胶法制备LiCoPO4及其电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了高电位正极材料LiCoPO4,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及充放电测试考察了不同烧结条件下产物的晶体结构、微观形貌以及电化学性能.实验结果表明:在650°C下烧结12h所制备的样品为单一橄榄石型结构的LiCoPO4,产物颗粒细小(0.2-0.4μm)且分布均匀,同时具有最佳的电化学性能,其在1C倍率下的放电比容量可达到122.7mAh.g-1.此外,产物在充放电过程中均呈现两个电压平台,且随着放电倍率的增加,两个电压平台之间的区分逐渐明显,分析认为,这与充放电过程中锂离子的两步脱嵌行为有关.     

正极材料LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的低温燃烧合成

以LiNO3、Ni(NO3)2.6H2O、50%Mn(NO3)2溶液、Cr(NO3)3.9H2O和尿素为原料,采用低温燃烧法合成了LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2,研究了回火温度、回火时间、锂过量和掺铬量对正极材料电化学性能的影响。结果表明,采用低温燃烧法合成LiNi0.5Mn0.5-xCrxO2的优化条件为:回火温度850℃、回火时间16h、锂过量15%,适宜掺铬量x=0.02。在优化条件下合成的正极材料具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌和良好的电化学性能,以0.1C速率在2.5～4.6V之间充放电,首次放电容量为179.9mAh/g,第50次循环放电容量仍保有171.0mAh/g,容量保持率达到95.1%。     

纳米LiMnPO_4的制备与电化学性能表征

采用两步加热Polyol法制备了纳米LiMnPO4正极材料,详细研究了第一加热平台温度T1(T1=100,110,120,130,140,150°C)对样品物理性质及电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及比表面积测试(BET)对样品的晶体结构与微观形貌进行了表征.结果表明,在不同温度T1下得到的样品均为片状结构;T1=100-120°C时合成的样品含有杂相,且比表面积小于15 m2?g-1;在T1=130°C时,得到纯相LiMnPO4样品,且比表面积增至46.3 m2?g-1;随着T1的进一步升高,样品比表面积稍有下降,维持在35-37 m2?g-1之间.纳米LiMnPO4的电化学性能变化趋势与比表面积基本一致,T1=130°C时合成的样品呈现最优的电化学性能,在0.1C倍率下放电容量达到129 mAh?g-1,在5C倍率时达到81 mAh?g-1,这表明LiMnPO4的比表面积是决定其电化学性能的关键因素之一.     

一种新的硅基晶体 BaH2SiO4的结构和性能

本文报道了采用水热法生长BaH₂SiO₄单晶的实验结果,它属三斜晶系,空间群为P1,晶包参数为:a=7.079,b=7.362,c=7.5824?,α=89.64°,β=88.785°,γ=88.23°。原子力显微镜(AFM)和P-E铁电回线测量显示该材料具有铁电性,沿(010)方向极化强度和娇顽力分别为0.882μC·cm^-2 and 1.12kV·cm^-1,研     

Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料的Ga2O3包覆改性及电化学性能

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂原始样品(P-LRMO),然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga₂O₃原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga₂O₃包覆层。电化学测试结果表明：含有3%Ga₂O₃的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能,其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g^-1)下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g^-1,在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g^-1,优于未改性材料的90.7 mAh·g^-1,表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g^-1的容量,容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%,证明Ga₂O₃包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且,G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后,电荷转移阻抗(R_ct)为107.7 Ω,远低于未改性材料的251.5 Ω,表明Ga₂O₃包覆层能提高材料的电子传输速率。     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2单晶的简易制备及其电化学性能

以Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2(OH)₂和LiOH·H₂O为前驱体,在LiOH·H₂O不过量的条件下,采用简单的固相焙烧法,在910℃下制备出单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)。所得材料无需水洗、烘干、退火等处理,可直接用于电极浆料的制备。电化学测试表明,所得NCM622单晶具有较高的比容量和优异的循环稳定性。在0.1C电流下的首次放电比容量达到181.2 mAh·g^-1,0.3C下的首次放电比容量为174.4 m Ah·g^-1。在0.3C的电流密度下,经过300次循环,放电比容量为150.7 mAh·g^-1,容量保持率为86.4%,经500次循环后,放电比容量仍有141.2 mAh·g^-1,容量保持率为81.0%。该电化学性能优于850℃下焙烧的多晶NCM...     

凝胶燃烧法合成Li1.07Mn1.93O4纳米片及其高倍率放电和循环稳定性

利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为聚合物配位剂和燃料,通过凝胶-燃烧法合成了Li1.07Mn1.93O4纳米片.采用热重/差热分析(TG/DTA)研究了凝胶的燃烧过程.采用X射线多晶衍射(XRD)分析了材料的结构,结果表明合成的Li1.07Mn1.93O4结晶完整,无杂质相.扫描电镜(SEM)结果显示材料的二次形貌为厚度约100nm的片状,由大小约100nm的一次颗粒构成.充放电测试表明Li1.07Mn1.93O4纳米片具备极佳的倍率放电性能和优秀的循环性能.0.5C(1C=120mA.g-1)倍率的初始放电容量为115.4mAh.g-1,即使倍率增大到40C,放电容量仍有105.3mAh.g-1.在10C倍率的放电条件下,循环850次容量保持率为81%.电化学阻抗谱(EIS)测试表明Li1.07Mn1.93O4纳米片的界面电荷转移电阻(Rct)远小于同类商业材料.     

Lithium electrochemistry of NiSe2: A new kind of storage energy material

NiSe₂ thin film has been successfully fabricated by reactive pulsed laser deposition and was investigated for its electrochemistry with lithium for the first time. The reversible discharge capacities of NiSe₂/Li cells cycled between 1.0 V and 3.0 V were found in the range of 314.9–467.5 mA h g⁻¹ during the first 200 cycles. By using ex situ X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and selected-area electron diffraction measurements, the intermediates of β-NiSe, and Ni₃Se₂ were identified during the reversible conversions of NiSe₂ into metal nickel and Li₂Se. Both cation (nickel) and anion (selenium) in NiSe₂ provide the redox active centers in its electrochemical reaction with lithium, indicating one of the features of its lithium electrochemistry. The high reversible capacity and good cycle ability of NiSe₂ electrode made it become a promising cathode material for future rechargeable lithium batteries.     

Electrochemical properties of LiMn2O4 films produced by combustion reaction

Lithium manganese oxide powders were prepared via combustion reaction. Structural characterization of the powder using X-ray diffraction and scanning electron microscopy confirmed the formation of a LiMn₂O₄ nanosized powder. LiMn₂O₄ films were prepared by spin coating using 80 wt% of oxide, 15 wt% of polyaniline (PAni) as an electronic conductor and 5 wt% of polyvinylidene (PVDF) as a binder in N.N.-dimethyl acetamide. A Coulombic efficiency of 96% confirmed the electrochemical stability of the composite. The variation in impedance as a function of the lithium intercalation/deintercalation process reflected the interaction between the oxide and/or polyaniline particles at a high frequency range, and a diffusion tendency was observed at medium and low frequency ranges. The capacity values of the composite electrodes relative to the LiMn₂O₄ mass were 178.6/177.5 and 145/140 mAh g⁻¹ for the first and 25th charge/discharge cycles, respectively.