Li3V2(PO4)3/C和Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C的结构和电化学性能的比较研究

采用溶胶-凝胶法合成了锂离子正极材料Li3V2(PO4)3/C(LVP/C)及Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C,并用XRD、循环伏安及交流阻抗等方法,研究了大量Na+掺杂对材料结构和电化学性能影响。结果表明,大量钠离子的掺杂会使LVP结构由单斜向菱方转变。掺杂化合物Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C在0.5 C充电1 C放电时,首次放电容量为118 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为92.4%,并发现与单斜LVP存在多个放电平台不同,Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C仅在3.7 V处有一个放电平台。     

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.     

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.     

溶胶-凝胶法制备Li3V2(PO4)3及其性能研究

0引言具有类NASICON结构的Li3V2(PO4)3是继过渡金属氧化物LMO后的一种新型的锂离子二次电池正极材料。与目前市场上应用最为广泛的正极材料LiCoO2相比,Li3V2(PO4)3具有超常的稳定性,即使在脱出的Li 与过渡金属原子的物质的量之比大于1的时候仍然具有超乎寻常的稳定性,而通常情况下1mol LiCoO2在脱出0.5mol Li 就会变得不稳定。并且Co是一种战略物资,全球储量十分有限;Co也是一种有毒金属,对于环境污染较为严重。LiNiO2因其合成较为困难而使应用受限,尖晶石LiMn2O4虽然属于环境友好型化合物,但其理论比容量仅为148mAh·g-1,且…     

低温固相反应合成Li3V2(PO4)3正极材料及其性能

利用V₂O₅·nH₂O湿凝胶，LiOH·H₂O，NH₄H₂PO₄和C等作原料，通过低温固相还原反应在550 ℃焙烧12 h制备出Li₃V₂(PO₄)₃正极材料。采用XRD，SEM和电化学测试对Li₃V₂(PO₄)₃样品性能进行研究。XRD研究表明本法所合成的Li₃V₂(PO₄)₃同传统的高温固相反应法所合成的Li₃V₂(PO₄)₃一样同属于单斜晶系结构。SEM测试表明所合成的样品平均粒径大小约为0.5 μm且粒径分布较窄。电化学测试表明以0.2 C的倍率放电时，样品的首次放电容量为130 mAh·g^-1，室温下循环30次后其比容量为124 mAh·g^-1。     

单斜Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备及其电化学性能

以LiOH·H2O、V2O5、H3PO4和蔗糖为原料,采用软化学法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对产物的结构和形貌进行表征,采用恒电流充放电、电化学阻抗考察了产物的电化学性能.结果表明.当煅烧温度达到700℃时,杂质相衍射峰消失,所得的样品为纯相的单斜Li3V2(PO4)3.颗粒粒度为1～2 μm;在3.0～4.5 V电压范围内以0.2C倍率充放电,首次放电比容量达到148.2 mAh·g-1,第50次循环比容量仍为144 mAh·g-1,容量保持率为97%,具有良好的循环性能;另外,样品还具有很好的倍率性能和高温性能.     

Cationic mobility in Li3?2xNbxFe2?x(PO4)3 complex phosphates

Synthesis and ionic conductivity of Li_3−2x Nb _x Fe_2−x (PO₄)₃ complex phosphates were studied by X-ray powder diffraction and impedance spectroscopy. These phosphates are formed only at 900–1000°C. Variations in their thermal expansivity and unit cell parameters induced by aliovalent doping were characterized. The conductivity of these materials increases monotonically in the series Li_0.5Nb_1.25Fe_0.75(PO₄)₃-LiNbFe(PO₄)₃ and Li_1.2Nb_0.9Fe_1.1(PO₄)₃-Li₃Fe₂(PO₄)₃, which is explained by consecutive occupation of the Li(1) and Li(2) positions in their structures. Original Russian Text ? A.R. Shaikhlislamova, I.A. Stenina, A.B. Yaroslavtsev, 2008, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2008, Vol. 53, No. 12, pp. 1957–1962.     

Li3V2(PO4)3的溶胶-凝胶法合成及其性能研究

以LiOH·H₂O、NH₄VO₃、H₃PO₄和柠檬酸等为原料采用溶胶-凝胶法合成了锂离子二次电池正极材料磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)。考察了煅烧温度和配位剂种类等条件对产物组成及电化学性能的影响。研究了优化条件下制得样品的循环伏安、充放电性能和循环性能。0.1 C条件下,样品首次放电比容量达129.81 mAh·g^-1，经过100次循环后容量几乎没有衰减，仍保持在128 mAh·g^-1。X射线衍射研究表明合成单一Li₃V₂(PO₄)₃晶体所需温度比固相法低；并考察了循环20次后材料充电到各个单相的晶体结构，通过X射线衍射和最小二乘法计算给出了其晶胞参数变化过程，证实了循环嵌Li过程中晶体结构能够得到重现。     

快离子导体Li3V2(PO4)3包覆LiFePO4的结构和性能

通过机械活化将快离子导体Li3 V2(PO4)3包覆在LiFePO4 表面, 制备了性能优异的复合正极材料9LiFePO4@Li3 V2(PO4)3. 用XRD, SEM, HRTEM, EDS和电化学测试等手段研究了材料的物理化学性能. 结果表明, 包覆后的材料含有橄榄石结构的LiFePO4、单斜晶系的Li3 V2(PO4)3 和正交晶系的Li3 PO4; LiFePO4颗粒表面包覆了一层Li3 V2(PO4)3, 且部分V3+进入LiFePO4晶格内部, 使其晶格参数减小, 包覆后的LiFePO4的交换电流密度和锂离子扩散系数均提高了1个数量级. 电化学测试结果表明, 包覆后的LiFePO4的倍率性能及循环性能都得到显著改善, 在1C和2C倍率下, 包覆后的LiFePO4的首次放电比容量较包覆前分别提高了34.09%和78.97%, 经150次循环后容量保持率分别提高了27.77%和65.54%; 并且5C时容量为121.379 mA·h/g(包覆前LiFePO4在5C下几乎没有容量), 循环350次后的容量保持率高达94.03%.     

电池正极材料Li3V2(PO4)3/C的水热合成和性能

以LiOH·H2O, NH4VO3, NH4H2PO4 和麦芽糖等为原料, 采用水热法合成了碳包覆的磷酸钒锂化合物, 考察了碳含量对材料电化学性能的影响. 利用XRD, TEM, SEM和恒流充放电测试等手段对产物的结构、 形貌和电化学性能进行表征. 结果表明, 在650℃煅烧的样品为单一纯相的单斜晶体结构. 晶体颗粒分布为100~300 nm, 粒度分散均匀, 分散性良好, 无团聚现象, 且在颗粒表面包覆了一层无定形碳, 这有利于改善材料的导电率. 含碳量为10.23%的样品, 在倍率1.0C的电流密度下, 在3.0~4.3 V电压范围内, 样品的首次放电比容量高达118.8 mA·h/g, 循环15圈后放电比容量为115.1 mA·h/g, 容量保持率为96.88%.     

Phase transformations and cation mobility in Li3 ? 2xNbxIn2 ? x(PO4)3 complex phosphates

Cation mobility in Li_{3 − 2x} Nb _x In_{2 − x} (PO₄)₃ complex phosphates was studied by impedance spectroscopy, calorimetry, and ⁷Li NMR spectroscopy. A phase transition at ≈273 K is suggested for compositions containing ≈1 mol lithium per formula unit. Original Russian Text ? A.R. Shaikhlislamova, I.A. Stenina, N.A. Zhuravlev, I.V. Arkhangel’skii, A.I. Rebrov, A.B. Yaroslavtsev, 2009, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2009, Vol. 54, No. 4, pp. 552–557.     

Phase transitions and ion transport in NASICON materials of composition Li1 + xZr2 ? xInx(PO4)3(x = 0–1)

NASICON materials of composition Li_{1 + x} Zr_{2 − x} In _x (PO₄)₃(x = 0–1) were synthesized. The phase constitution, particle size, and conductivity of these materials were studied as s function of synthesis temperature. High-temperature X-ray powder diffraction was used to study phase transitions in the materials synthesized. Low levels (x ≤ 0.1) partial substitution of indium for zirconium considerably increase the lithium ion conductivity and reduce the activation energy for conduction compared to the parent compound.     

碳包覆Li3V2(PO4)3:溶胶-凝胶法合成及性能

利用V₂O₅、LiOH·H₂O、H₂O₂、NH₄H₂PO₄与柠檬酸为原料,通过溶胶-凝胶法合成了碳包覆的Li₃V₂(PO₄)₃复合正极材料。采用XPS、XRD、SEM、TEM、拉曼光谱和电化学方法对材料的性能进行了研究。还研究了其结构与焙烧温度、样品电导率和电化学性能的关系。研究表明复合材料具有空间群为P2₁/n的单斜结构,表面包覆粗糙多孔的碳层。在800 ℃下制备的碳包覆样品的电子导电率高达9.81×10^-5 S·cm^-1,约为高温固相氢气还原法制备的未包覆碳Li₃V₂(PO₄)₃的10000倍。测试结果表明碳包覆Li₃V₂(PO₄)₃的电化学性能远优于未包覆碳的样品。在3.0～4.3 V电压范围内,以0.1C和2C倍率充放电时,碳包覆的Li₃V₂(PO₄)₃具有高比容量(分别为128和109 mAh·g^-1)和优异的循环性能。     

Li3V2(PO4)3的溶胶-凝胶合成及其性能研究

以LiOH·H₂O(LiF、Li₂CO₃、LiCH₃COO·2H₂O)、NH₄VO₃、H₃PO₄和柠檬酸为原料,采用Sol-gel法合成锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃。优化了锂源、溶胶的pH值、预烧条件、煅烧温度等合成条件,并采用XRD、SEM、恒电流充放电及循环伏安试验等方法,研究了所合成的Li₃V₂(PO₄)₃的结构形貌和电化学性能。结果表明,以LiOH·H₂O为锂源,溶胶的pH值等于3,于氩气氢气(体积比9∶1)混合气中300 ℃预烧 4 h,并在氩气氢气(体积比9∶1)混合气中600 ℃煅烧8 h合成的Li₃V₂(PO₄)₃正极材料为标准的单斜结构,具有较高的放电比容量和较好的循环稳定性,0.1C和1C倍率下首次放电比容量分别为130 mAh·g^-1和129 mAh·g^-1;1C倍率下循环40次后,容量仍为127 mAh·g^-1,容量保持率为98.4%;随后又进行10C倍率放电,10次循环后容量为105 mAh·g^-1,容量保有率达98.1%。循环伏安测试表明,该正极材料具有较好的电化学可逆性。     

溶胶-喷雾干燥法制备纳米Li3V2(PO4)3/C及其电化学性能

本文以LiOH.H2O、NH4VO3、H3PO4和柠檬酸为原料,采用溶胶-喷雾干燥法制备Li3V2(PO4)3/C正极材料,对比了喷雾前驱体直接煅烧与机械活化后煅烧的样品的结构、形貌及其电化学性能。采用XRD、SEM、BET和振实密度测试等对样品的结构、形貌等进行了表征;采用恒流充放电、CV和EIS等手段考察了材料的电化学性能。结果表明,溶胶-喷雾干燥得到的样品为多孔球壳形,其壳体由厚度为100 nm左右的纳米片组成,经机械活化后煅烧保持保持了其纳米片结构,其结晶度与振实密度改善较明显,电化学性能较优异。0.1C放电比容量为123.6 mAh.g-1,10C和20C高倍率放电比容量还高达107.8和106.0 mAh.g-1。电化学阻抗结果表明,由该方法制备的样品具有较小的电荷转移阻抗。     

碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料在LiPF6电解液中的表面/界面行为

利用碳热还原法成功制备了碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料。X射线衍射研究表明材料具有纯相单斜结构。高分辨透射电子显微镜观察到材料表面存在5～10 nm的包覆碳层。碳包覆Li3V2(PO4)3材料在3.0～4.3 V电压区间内可提供120 mA.h/g(C/4倍率)、115 mA.h/g(1C倍率)和110 mA.h/g(2C倍率)的可逆容量,并且在循环300次后容量保持率超过97%,显示出良好的应用前景。该材料在充放电循环初期经历了不可逆容量损失。高分辨透射电子显微镜研究表明,该不可逆容量损失来源于材料表面生成的固体电解质中间相(SEI膜),红外光谱分析表明,SEI膜的成份主要包括ROCO2Li和RCO2Li等有机物,以及Li2CO3、LixPFy和LixPOyFz等无机物。表面SEI膜经历初期电化学循环后趋于稳定,从而保证碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料优良的电化学性能。     

Cation mobility in modified Li1 ? xTi2 ? xNbx(PO4)3 lithium titanium NASICON phosphates

Li_{1 − x} Ti_{2 − x} Nb _x (PO₄)₃ NASICON materials are prepared and studied by X-ray diffraction, ⁷Li and ³¹P NMR spectroscopy, and impedance spectroscopy. Vacancy mobility in Li_{1 − x} Ti_{2 − x} Nb _x (PO₄)₃ is lower than interstitial lithium mobility. Nb⁵⁺ cations with low doping levels increase cation mobility in LiTi₂(PO₄)₃. Original Russian Text ? I.Yu. Pinus, I.A. Stenina, A.I. Rebrov, N.A. Zhuravlev, A.B. Yaroslavtsev, 2009, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2009, Vol. 54, No. 8, pp. 1240–1244.     

Phase formation in the Ba3? x Sr x Y(BO3)3 system (0 < x < 3)

Phases of a variable composition in the Ba_3−x Sr _x Y(BO₃)₃, system (0 < x < 3) have been investigated for the first time using the solid-phase reactions method. The formation of two series of solid solutions crystallizing in different structural types have been established using X-ray diffraction (D-8 Advance diffractometer, CuK _α radiation, graphite monochromator). Crystal characteristics of obtained phases have been determined. Original Russian Text ? T.N. Khamaganova, 2008, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2008, Vol. 53, No. 4, pp. 553–556.     

Li+/H+ ion exchange in Li3 ? 2xNbxM2 ? x(PO4)3 (M = In, Fe) materials with a NASICON structure

H_{3 − 2x} Nb _x M_{2 − x} (PO₄)₃ (M = In, Fe) acid phosphates have been obtained by ion exchange from their lithium forms and X-ray powder diffraction, impedance measurements, and ⁷Li and ¹H NMR spectroscopy. The parameters of the hexagonal unit cell of the proton-exchanged forms differ only slightly from those of the initial lithium compounds. According to ¹H NMR data, the proton in the acid phosphates is not hydrated. The conductivity of the acid phosphates at high temperatures depends weakly on their composition and is ∼1.7 × 10⁻⁷ S cm⁻¹ at 620 K. The activation energy of conduction is 30–33 kJ/mol (430–770 K).