喷墨打印制备LiMn2O4薄膜电极及其电化学性能

通过溶胶-凝胶法制备了尖晶石LiMn2O4. 用分散剂Lormar D, 经超声分散制得了含LiMn2O4粒子的打印“墨水”, 并使用计算机喷墨打印的方法制得LiMn2O4薄膜电极. 薄膜电极的厚度约为1.8 μm. 用XRD、TG-DTA、SEM、循环伏安、电化学阻抗谱和充放电等方法对材料和电极的性能进行了表征. 结果表明, 在较大电流100 μA·cm-2 (2C)的充放电情况下, 电极能保持好的稳定性,其首次放电容量为109 mAh·g-1, 充放电54次后, 其容量仍可保持97.4%, 为105 mAh·g-1, 这可归因于薄膜电极中尖晶石LiMn2O4的晶型完整, LiMn2O4粒子小以及稳定的超薄电极结构.     

石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备及电化学性能

采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn2O4纳米晶和石墨烯纳米片,并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料,利用XRD、SEM、AFM等对其结构及表面形貌进行表征;利用CV、充放电、EIS研究纳米复合材料的电化学性能和电极过程动力学特征。结果表明:纳米LiMn2O4电极材料及其石墨烯掺杂纳米复合材料的放电比容量分别为107.16 mAh.g-1,124.30 mAh.g-1,循环100周后,对应容量保持率为74.31%和96.66%,石墨烯可显著改善尖晶石LiMn2O4电极材料的电化学性能,归结于其良好的导电性。纳米复合材料EIS上感抗的产生与半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面所造成局域浓差有关,并提出了感抗产生的模型。     

简化的溶胶凝胶法合成LiMn2-xLaxO4及电性能研究

采用以水溶液作为反应介质的简化的溶胶凝胶法制备了LiMn2O4和稀土La掺杂的LiMn1.98La0.02O4粉体材料, 此方法工艺简单, 容易控制, 制备周期短. 利用XRD, SEM对材料粉体进行结构形态表征, 并以合成的材料为正极活性材料测试其充放电性能、循环伏安性能、 电化学阻抗谱性能. 实验结果表明: 材料LiMn2O4和LiMn1.98La0.02O4具有较好的尖晶石结构, 且颗粒分布均匀, 掺杂La的材料循环性能有较大改善. 以LiMn2O4为正极活性物质的扣式电池首次放电比容量129.38 mAh · g-1, 循环20次后容量保持在94%, 以LiMn1.98La0.02O4为正极活性物质的扣式电池首次放电比容量106.77 mAh · g-1, 循环20此后容量保持在96.2%.     

碳包覆球形LiMn2O4的固相合成及电化学性能

以MnSO4为原料,采用溶液结晶法先制备球形MnO2。以所制得的MnO2和LiOH·H2O为原料,采用高温固相法制备了球形LiMn2O4粉体材料。将间苯二酚和甲醛按1:2的摩尔比均匀混合继续搅拌1h,在85℃下干燥后,球磨2h,得到橘红色碳凝胶粉末。以80:20的质量比将所制得的球形LiMn2O4和碳凝胶混合后,在550℃下烧结6h,得到碳包覆的球形LiMn2O4颗粒。从XRD结果可以看出,包覆碳前后的LiMn2O4结晶程度较好,没有杂质峰出现。在2?=18.76,36.28,44.17,58.36,64.14°分别出现对应于(111),(311),(400),(511),(440)晶面的衍射峰,可归属为单一的尖晶石结构。由于裂解碳属于无定型态并且含量较少,因此在XRD图谱中观察不出其衍射峰。但从图中可以看出,碳的存在并不影响尖晶石LiMn2O4的晶体结构。从SEM图像中可以看,球形颗粒的表面有一层致密的碳包覆层。EDX检测得出,锰、氧和碳含量分别为66.68%、26.9%、6.42%。组装的电池采用锂片作为负极,电解液为1mol·L-1 LiFP6/EC DEC(1:1体积比)。恒流充放电测试在3.2～4.4V范围内进行:以0.5C的电流密度,碳包覆球形LiMn2O4电极在25℃和55℃温度下首次放电容量分别为122 mAh·g-1和115 mAh·g-1,而未包覆的电极其对应的首次放电容量分别为119 mAh·g-1和112 mAh·g-1。同时测评两种电池的循环性能,25℃下碳包覆和未包覆电极循环100次后容量分别为111 mAh·g-1,102 mAh·g-1,容量保持率为91%和86%;55℃下,循环50次后容量衰减率分别为0.3%和0.5%。由此可见,碳包覆LiMn2O4材料的放电及循环性能都优于未包覆材料,可归结于以下原因:裂解的无定形碳提高了电极材料的电子电导率,增强了离子在电极表面的传递速度,两种协同作用使得含有少量碳的电极材料可以充放电完全,库仑效率较高,循环过程中减小电极表面的极化;在高温环境下,LiMn2O4电极容量衰减主要是由于电解液中含氟电解质电离出F-所形成的HF对电极具有强的腐蚀性。采用包覆的方法,在球形颗粒表面形成的碳层可以减少活性物质在电解液中的裸露面积从而减少其对电极的侵蚀,提高电池的循环寿命;另外,碳保护层可以使活性物质颗粒保持良好的接触,循环多次后仍能保持较高容量。利用交流阻抗技术及renew软件对所得阻抗谱进行拟合,可以得出包覆与未包覆的两种电极的电荷转移电阻为16.28O和45.02O。由此表明,碳包覆层增强了Li 在电极表面的脱嵌能力,抑制了Jahn-Teller效应以及电化学极化。     

导电氧化物AZO对尖晶石型LiMn_2O_4高温性能的改善及研究

采用溶胶凝胶法对尖晶石型LiMn2O4正极材料进行铝掺杂氧化锌(AZO)包覆改性,并通过XRD、SEM、EDS、TEM、EIS、ICP-AES和充放电测试等手段对其结构,形貌及电化学性能进行表征。研究结果表明,AZO包覆层有效的阻止了LiMn2O4颗粒和电解液的直接接触,抑制了高温下锰溶解,明显改善了LiMn2O4的高温循环性能。1.5wt%AZO包覆的LiMn2O4正极材料在高温(55℃)1C时,首次放电比容量为114 mAh·g-1,经过100次循环后,容量保持率仍高达95.4%,远高于未包覆LiMn2O4的70.6%。此外,1.5wt%AZO包覆的LiMn2O4表现出了优越的大倍率放电性能,在10C下放电比容量能达到99 mAh·g-1。     

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 .     

负载Cr_2O_3的H_2Ti_2O_5·H_2O纳米管的制备及其作为锂离子电池正极材料的电化学性能

限制纳米电极材料倍率性能的一个重要因素是,在大电流下充放电时,纳米结构可能坍塌,造成容量迅速衰减.通过异价离子的掺杂或第二相的负载有可能弥补纳米材料的这一缺陷.本文以含有Cr2O3的锐钛矿TiO2为原料,通过超声化学-水热法,制备了负载Cr2O3的H2Ti2O5·H2O纳米管.采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对制得的H2Ti2O5·H2O/Cr2O3纳米管的晶体结构和微观形貌进行了表征和分析.恒流充放电测试显示,H2Ti2O5·H2O/Cr2O3(5%(w,质量分数))纳米管作为锂离子电池阳极材料具有优异的循环稳定性及倍率性能.在150mA·g-1的电流密度下,H2Ti2O5·H2O/Cr2O3纳米管的首次放电容量达到288mAh·g-1;120次循环后,充放电容量仍保持在145mAh·g-1.在1500mA·g-1的电流密度下,首次放电容量为178mAh·g-1;600次循环后,充放电容量保持在80mAh·g-1以上;继续在150mA·g-1电流密度下充放电30个循环,充放电容量达到155mAh·g-1,显示出充放电容量的可回复性.循环伏安测试结果表明,H2Ti2O5·H2O/Cr2O3纳米管的充放电过程由法拉第赝电容反应控制.该一维纳米结构在锂离子电池和非对称电容器领域显示出良好的应用前景.     

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。     

Al掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的性能

尖晶石LiMn2O4作为锂离子电池正极可大电流放电,且成本低、环境友好.采用溶胶-凝胶法制备尖晶石LiMn2O4及Al掺杂材料.使用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察材料结构与形貌.结果表明,复合材料颗粒尺寸300-500 nm,呈类球形.电化学恒流充放电测试表明,Al掺杂尖晶石LiMn2O4电极的循环性明显提高,Al掺杂5%LiMn2O4(by mass,下同)正极在1C倍率充放电100周期循环后的容量保持率为98.2%,1C倍率充电、5C倍率放电下,100周期循环后其容量保持率为99.0%,表现出较优的电化学循环性能.     

片状LiV3O8软模板辅助溶胶-凝胶法制备及其在水系锂离子电池中的性能研究

负极材料是目前制约水溶液锂离子电池的关键.采用十二烷基苯磺酸钠软模板辅助的溶胶凝胶法制备了片状LiV3O8材料.XRD和SEM测试表明,目标材料为纯相的片状结构LiV3O8,属单斜晶系,P21/m点群.组装LiMn2O4//Li2SO4//LiV3O8水溶液锂离子电池,测试发现片状LiV3O8具有较高的倍率性能和较好的循环寿命.在0.1C下,LiV3O8的放电比容量为154 mAh·g-1.在1C、5C和10C时,放电容量分别为134 mAh·g-1、78 mAh·g-1和54 mAh·g-1.1C前170周循环的容量保持率约60%.