Li2FeSiO4/C正极材料的固相合成及电化学性能

以偏硅酸锂、草酸亚铁为原料,通过机械球磨-固相烧结法制得了Li2FeSiO4/C正极材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征观察材料的结构和形貌.恒流充放电测试电极电化学性能.结果表明,30oC下1.5~4.8 V电位范围,于10 mA·g-1电流密度恒流充放电测试,Li2FeSiO4/C电极首次放电容量达167 mAh·g-1,有良好的电化学性能.     

Ag/C包覆对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响

运用共沉淀和元素化学沉积相结合的方法,制备出了具有Ag/C包覆层的层状富锂固溶体材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、恒流充放电、循环伏安(CV),电化学阻抗谱(EIS)和X射线能量散射谱(EDS)方法,研究了Ag/C包覆层对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响.结果表明,Ag/C包覆层的厚度约为25 nm,Ag/C包覆在保持了固溶体材料α-NaFeO2六方层状晶体结构的前提下,显著地改善了Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的电化学性能.在2.0-4.8 V(vs Li/Li+)的电压范围内,首次放电(0.05C)容量由242.6 mAh·g-1提高到272.4 mAh·g-1,库仑效率由67.6%升高到77.4%;在0.2C倍率下,30次循环后,Ag/C包覆的电极材料容量为222.6 mAh·g-1,比未包覆电极材料的容量高出14.45%;包覆后的电极材料在1C下的容量仍为0.05C下的81.3%.循环伏安及电化学交流阻抗谱研究表明,Ag/C包覆层抑制了材料在充放电过程中氧的损失,有效降低了Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2颗粒的界面膜电阻与电化学反应电阻.     

正极材料Li_(0.99)Nb_(0.01)Fe_(1-x)Mg_xPO_4/C的制备及电化学性能的研究

采用两步固相反应合成了锂、铁双位掺杂的锂离子电池正极材料Li0.99Nb0.01Fe1-xMgxPO4/C(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及恒电流充放电测试,研究了复合材料的晶体结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明,制备的Li0.99Nb0.01Fe1-xMgxPO4/C(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)为纯相,掺杂适量的Nb5+、Mg2+离子可减小材料的晶粒尺寸,当Nb离子掺杂量为1mol%、Mg离子掺杂量为3mol%时,Li0.99Nb0.01Fe0.97Mg0.03PO4/C的电化学性能最佳。室温下,0.2C、1C、2C、4C(1C=170mA·g-1)倍率充放电其首次放电比容量分别为153.7、149.7、144.6、126.4mAh·g-1,即使在8C倍率下放电其放电比容量也有92.2mAh·g-1,并表现出良好的循环性能。     

Ag/C包覆对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响

运用共沉淀和元素化学沉积相结合的方法,制备出了具有Ag/C包覆层的层状富锂固溶体材料Li [Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、恒流充放电、循环伏安(CV),电化学阻抗谱(EIS)和X射线能量散射谱(EDS)方法,研究了Ag/C包覆层对Li[Li0.2Mn0.54Ni03Co013]O2电化学性能的影响.结果表明,Ag/C包覆层的厚度约为25 nm,Ag/C包覆在保持了固溶体材料α-NaFeO2六方层状晶体结构的前提下,显著地改善了Li[Li0.0Mn054Ni0.13Co013]O2的电化学性能.在2.0-4.8 V (vs Li/Li+)的电压范围内,首次放电(0.05C)容量由242.6 mAh·g-1提高到272.4 mAh·g-1,库仑效率由67.6％升高到77.4％;在0.2C倍率下,30次循环后,Ag/C包覆的电极材料容量为222.6 mAh·g-1,比未包覆电极材料的容量高出14.45％;包覆后的电极材料在1C下的容量仍为0.05C下的81.3％.循环伏安及电化学交流阻抗谱研究表明,Ag/C包覆层抑制了材料在充放电过程中氧的损失,有效降低了Li[Li02Mn0.54Ni0.13Co013]O2颗粒的界面膜电阻与电化学反应电阻.     

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.     

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141 mAh·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1.9×10-8 S· cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7 S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7 S·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.     

双相碳改性硅酸铁锂正极材料研究

以活化的天然石墨为碳源,采用固相辅助回流法成功合成了双相碳改性的Li2FeSiO4复合材料。采用XRD、SEM、HRTEM和Raman光谱分析了Li2FeSiO4/(C+G)复合材料的物相、形貌及其微观结构;并研究了活化石墨用量对Li2FeSiO4/(C+G)复合材料的电化学性能的影响。结果表明:活化石墨以石墨微晶和无定形碳的形态共存于Li2FeSiO4/(C+G)材料中,活化石墨用量为5%时所得样品的首次放电容量较高(170.3 mAh·g-1),循环50次后其容量保持率为88.7%,表现出了良好的电化学性能。     

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.     

水溶-蒸发法制备LiFePO4/C及其电化学性能研究

由LiH2PO4和FeC2O4.2H2O作原料、柠檬酸为碳源,用水溶-蒸发法制备了LiFePO4/C正极样品.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析、观察样品.用充放电曲线和电化学交流阻抗(EIS)谱图测试LiFePO4/C电极.结果表明,700℃焙烧的LiFePO4/C样品(碳量3.03%,by mass)结晶度高、无杂相、颗粒粒径100 nm,其表面包覆约5 nm碳层.该电极0.5C、2C、5C和10C(1C=170 mA.g-1)倍率放电,其比容量分别为148.2 mAh.g-1、142.4 mAh.g-1、127.4 mAh.g-1和108.5 mAh.g-1,循环寿命曲线稳定.     

YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2正极材料的性能

富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料颗粒尺寸在100～200 nm范围,YF3包覆不会改变材料结构和形貌.电化学恒流充放电测试表明,YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2电极的比容量,尤其倍率比容量明显提高.60 mA·g-1电流密度下包覆电极材料30周循环后其比容量保持在220 mAh·g-1以上,1500 mA·g-1电流密度下其比容量仍可达150 mAh·g-1.电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,YF3包覆电极电荷转移电阻和扩散阻抗均明显降低,有利于电化学性能改善.     

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=160mA·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.     

多元醇还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4

以三甘醇为还原剂,Li2CO3和三价铁源FePO4为原料,通过多元醇还原法在低于300℃下直接制备了结晶良好的纯相LiFePO4,无须后续热处理。0.1C首次放电比容量为140.5mAh·g-1。为了进一步改善纯相LiFePO4的电导率,以聚乙烯醇为碳源,在700℃下热处理进行了碳包覆改性,获得了LiFePO4/C复合正极材料。合成的LiFePO4/C在0.1C下放电容量为155mAh·g-1,5C倍率下放电比容量保持在125mAh·g-1,具有很好的倍率性能和循环稳定性。     

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 .     

Na掺杂对LiFePO4/C复合正极材料的结构和倍率性能的影响

以Fe(NO3)3,LiNO3,NH4H2PO4和NaNO3为原料,采用简单的液相-碳热还原法合成Li0.97Na0.03FePO4/C复合正极材料.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电等测试技术研究了材料的结构及倍率充放电性能.通过循环伏安(CV)曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究电极反应过程中的动力学特点.结果表明,Na掺杂形成了具有橄榄石结构的Li0.97Na0.03FePO4固溶体,并增大了晶格中Li+一维扩散通道,使LiFePO4/C的电荷转移电阻减小了约2/3,Li+扩散系数提高了3～4倍.因此,Li0.97Na0.03FePO4/C首次放电比容量在0.1 C和2 C倍率下分别达到152 mAh g-1和109 mAh g-1,比未掺杂的LiFePO4/C的放电比容量分别提高了4.83%和62.69%.     

梯度包覆镍酸锂材料Li[Ni0.92Co0.04Mn0.04]O2的合成与研究

采用浓度梯度加料的方式,首先沉淀制备了核为Ni(OH)2、壳为镍钴锰氢氧化物浓度梯度包覆的复合前驱体,然后配锂高温焙烧,合成了梯度包覆的镍酸锂复合正极材料Li[Ni0.92Co0.04Mn0.04]O2。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,该材料具有良好的六方单相层状α-NaFeO2结构,呈类球型状。切面元素线扫描显示该材料的包覆壳层中主要金属元素呈梯度变化。同时该新型梯度包覆的镍酸锂复合正极材料表现出了优越的电化学性能:在25℃下,2.8~4.3 V充放电范围,0.1C首次放电比容量可达198.3 mAh.g-1,循环40次容量保持96.8%;1C和2C倍率下放电比容量可达175 mAh.g-1和165.1 mAh.g-1。55℃下,该材料首次放电比容量可达236.1 mAh.g-1,循环40次容量仍能保持77.5%。     

钼掺杂磷酸钒锂正极材料的制备及其电化学性能研究

以Li2CO3,NH4H2PO4,V2O5和MoO3为原料,柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶凝胶法制备了锂离子正极材料Li3MoxV2-x(PO4)3/C (x = 0.01, 0.02和0.03). X射线衍射（XRD）表明,合成的材料具有单一的单斜晶系结构,空间群为P21/n. 扫描电镜（SEM）显示Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C具有均一的表面形貌。恒流充放电测试表明,当x = 0.02时,掺杂后的Li3Mo0.02V1.98(PO4)3具有最佳的电化学性能. 在1C倍率下,3.0 ~ 4.3 V电位区间,Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C的首次放电比容量达到122.3 mAh?g-1,循环50周之后,容量没有衰减的迹象;而当x = 0, 0.01和0.03时,首次放电比容量仅分别为117.1 mAh?g-1,115.1 mAh?g-1和116.0 mAh?g-1. 在3C和5C倍率下,样品Li3Mo0.02V1.98 (PO4)3/C仍能保持优异的循环稳定性.     

高容量正极材料0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2的合成与电化学性能研究

在恒定pH值下将层状钴铝双羟基复合金属氧化物(CoAl-LDH)均匀包覆在球状Ni(OH)2表面,与LiOH.H2O混合均匀后,经高温煅烧制得钴铝酸锂包覆镍酸锂0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2正极材料.电化学测试表明,0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2正极比容量高,具有良好的倍率性能和循环寿命,其0.1C放电比容量为211 mAh·g-1,0.5C放电比容量为195.6 mAh·g-1,3C放电比容量为161 mAh·g-1,0.5C 30周期循环后容量保持率为93.2%,明显优于LiNiO2和钴酸锂包覆镍酸锂0.08LiCoO2-0.92LiNiO2正极.     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能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:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

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.     

铝掺杂LiFePO4的表面成分结构及电化学性能研究

锂离子电池正极材料掺杂LiFePO4的报道已很多,而涉及掺杂LiFePO4的表面成分及结构的研究仍很少见.本文采用溶剂热法一步制得了表面富Al的LiFePO4正极材料.TEM测试证实LiFePO4的表面形成均匀的无定型包覆层;俄歇电子能谱和软X射线吸收谱均表明其表面的包覆层为部分Al替代Fe的LiFe1-x Alx PO4.表面富Al(x=0.02)的LiFePO4显示了较好的电化学倍率性能和低温性能,-10oC下充放电,电压范围2.2~4.2 V、0.1C倍率,电极的放电比容量为98 mAh·g-1,0.5C倍率放电比容量可达70 mAh·g-1.这归因于Al的加入改变了材料体相及表面的电子结构,增加了体相电子的传导及表面离子的传导.