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.     

xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.7Co0.3O2的低温燃烧合成及电化学性能研究

采用低温燃烧法合成了锂离子电池正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.7Co0.3O2,对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了系统的研究,通过单因素试验对合成条件和材料的组成进行了优化。结果表明:采用低温燃烧法合成的富锂层状正极材料具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌和良好的电化学性能;其最佳合成条件为:回火温度850℃,回火时间20 h;Li2MnO3的最佳配比为x=0.7。在此条件下合成的0.7Li2MnO3-0.3LiNi0.7Co0.3O2,最高放电比容量达到263.1 mAh.g-1,并具有良好的循环性能和倍率性能。     

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.     

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。     

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.     

Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-2xTixNbxO2的合成及电化学性能

采用共沉淀-高温固相烧结法在900oC空气中煅烧,合成了层状复合掺杂型正极材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-2xTixNbxO2(x=0,0.002,0.005,0.01,0.02).通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和电化学测试等观察与研究掺杂元素对Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2的形貌结构和电化学性能的影响.结果表明,适量Ti、Nb掺入Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2,降低了材料的阳离子混排程度,且晶胞参数随着掺杂量的增加而增加.与未掺杂材料相比,Ti-Nb复合掺杂的样品具有更好的电性能和高温性能.当x=0.005时,材料的综合性能最好,方型铝壳电池3.0~4.2 V电位区间首次1C放电比容165.9 mAh.g-1,常温循环100周期容量保持率96.5%,55oC循环300周期容量保持率为92.6%,80oC/6 h高温存储后冷却2 h电池厚度膨胀率9.8%.     

具有良好高温循环性能的Li(Li0.15N0.21Fe0.21Mn0.45)O2阴极材料的合成与性能表征

利用高温固相法制备了具有层状结构的Li(Li0.15Ni0.21Fe0.21Mn0.45)O2阴极材料,通过ICP-AEs测定了各金属含量,XRD研究表明该材料在充放电过程中发生了结构变化.进一步的电化学表征说明材料在结构转变后具有突出的高温循环性能(55℃),以300mA/g(2C)的电流密度循环428周后,仍然能够保持80%的初始放电容量.     

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%.     

具有良好高温循环性能的Li(Li0.15Ni0.21Fe0.21Mn0.45)O2阴极材料的合成与性能表征

利用高温固相法制备了具有层状结构的Li(Li_0.15Ni_0.21Fe_0.21Mn_0.45)O₂阴极材料, 通过ICP-AES测定了各金属含量, XRD研究表明该材料在充放电过程中发生了结构变化. 进一步的电化学表征说明材料在结构转变后具有突出的高温循环性能(55 ℃), 以300 mA/g (2C)的电流密度循环428周后, 仍然能够保持80%的初始放电容量.     

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%.     

球磨微波法制备Li3V2（PO4）3/C及其电化学性能表征

本文采用球磨微波法合成锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C,并研究了微波辐射时间对样品电化学性能的影响.结果表明,640 W微波辐射18 min合成的材料,结晶度高,粒径小而均匀.该电极5C倍率下首次放电比容量达101.3 mAh·g-1,300周期循环,其放电比容量仍保持100.8 mAh·g-1,展示出良好的应用前景.     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料, 应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料. X射线衍射技术(XRD)及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术(SEM)、综合热分析(TG-DSC)表征结果和电化学测试结果表明, 该材料具有单一层状结构, 颗粒大小均匀, 热稳定性好, 首次放电比容量高达208.7 mA·h/g(2.0-4.6V, 0.1 C), 电化学性能优异. 非原位(ex situ)XRD测定结果表明, 材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减.     

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.     

不同组分下富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(x=0.1-0.8)的晶体结构与电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列富锂锰基正极材料xLi2MnO3?(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2(x=0.1-0.8),通过X射线衍射(XRD)仪,扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同组分下富锂材料的结构与电化学性能.结果表明:Li2MnO3组分含量较高时,材料的首次放电容量较高,但循环稳定性较差;该组分含量较少时,所得样品中出现尖晶石杂相,且放电容量较低,但循环稳定性较好;综合来看,x=0.5时材料的电化学性能最优.x=0.4,0.6时材料也表现出了较好的电化学性能,值得关注.     

Ti0.10Zr0.15V0.35Cr0.10Ni0.30+5wt% LaNi5复合储氢合金的电化学性能与协同效应

为了改善钛钒基固溶体合金的电化学性能,利用两步电弧熔炼法制备复合储氢合金Ti0.10Zr0.15V0.35Cr0.10Ni0.30+5wt%LaNi5,X-射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜-能谱(FESEM-EDS)显示:复合储氢合金的主相是体心立方结构的钒基固溶体相和六方结构的C14 Laves相,复合过程中生成了第二相。电化学测试结果表明:复合合金电极的P-C-T特征、活化性能、最大放电容量、循环稳定性、低温放电性能和动力学特性均较母体合金有显著改善。复合合金电极的活化周期数为5,最大放电容量为353.9 mAh.g-1,233 K时低温放电能力为50.26%。该复合合金电极的最大储氢容量、平台压、电荷转移电阻和交换电流密度均存在协同效应;在任意循环、在高/低温下以及在高倍率放电过程中,该复合合金电极的放电容量均存在协同效应。     

层状二氧化锰的离子注入改性及其电化学性能的研究

应用高温热解法合成层状二氧化锰(δ-MnO2),借助离子注入技术在其表层注入钛离子,形成复合材料(δ-MnO2-Ti).材料结构及形貌由XRD、SEM及XPS表征,用恒电流充电仪测定其电化学性能.结果表明:注入钛离子后形成新的复合材料,其MnO2的层状结构没有被破坏,钛离子主要以Ti(Ⅳ)态嵌入MnO2结构.与δ-MnO2相比,改性后的δ-MnO2-Ti首次放电比容量和最大放电比容量均有明显提升.     

富锂锰基层状正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2·0.4LiNi_xMn_yCo_(1-x-y)O_2(x<0.6,y>0)的制备及性能研究

采用碳酸盐共沉淀法合成出前驱体,然后通过高温固相法制备了富锂锰基材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4Li NixMnyCo1-x-yO2(x0.6,y0).使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及电化学方法等手段进行了表征.高温原位XRD测试结果表明,随着温度和Ni含量增加,材料的晶胞参数发生较大变化,温度达800 o C时,高Ni组成的材料阳离子混排现象严重,并伴有尖晶石相生成.电性能测试结果表明,在充放电电压为2.0~4.6 V、电流密度20m A·g-1条件下,低Ni含量材料表现出较好的电化学性能,首周放电容量达260.1 m Ah·g-1,首次效率为83.2%,经过50次循环后放电容量保持率高达99.7%,且在电池循环过程中,放电电压平台下降较少.     

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%。     

Li2MnSiO4/CNTs复合正极材料的合成与电化学性能

采用水热辅助溶胶-凝胶工艺,通过原位复合的方法合成了锂离子电池用Li2MnSiO4/CNTs复合正极材料.分析了复合正极材料的形貌和组成特征,并对每摩尔分别复合5,10,20和30 g碳纳米管(CNTs)及未复合CNTs的样品进行了电化学性能测试.结果显示,所合成的Li2MnSiO4颗粒尺寸分布均匀,粒径在100 nm左右,易团聚.但随着CNTs复合量的增加,团聚现象逐渐改善.合成的Li2MnSiO4材料结晶度良好,属于正交晶系Pmn21空间群.电化学测试结果表明,每摩尔复合20 g CNTs的样品电化学性能最佳,在10 mA/g电流密度下,首周放电容量为150 mA.h/g,循环20周后仍保持在80 mA.h/g;CNTs的原位复合可提高Li2MnSiO4材料的导电性能,并改善其电化学性能.     

纯相Li_2MnO_3薄膜的制备及作为锂离子电池正极材料的电化学行为

采用固相烧结法制备了纯相Li2MnO3正极材料及靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)法在氧气气氛、不同温度下沉积了Li2MnO3薄膜.通过X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱表征了薄膜的晶体结构,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜形貌及厚度,利用电化学手段测试了Li2MnO3薄膜作为锂离子电池正极材料性能.结果表明,PLD方法制备的纯相Li2MnO3薄膜随着沉积温度升高薄膜结晶性变好.25℃沉积的薄膜难以可逆充放电,400℃沉积的薄膜具有较高的电化学活性和循环稳定性.相对于粉末材料,400与600℃制备的Li2MnO3薄膜电极平均放电电位随着循环次数的衰减速率明显低于相应的粉体材料.