多元醇法合成纳米LiCoPO4及其电化学性能

采用多元醇法合成了高电位LiCoPO4正极材料.以甲苯为碳源,在LiCoPO4表面化学气相沉积包覆一层厚度约3 nm的导电碳层.通过XRD、SEM、TEM、CV以及恒流充放电曲线等方法分析、观察和测试样品的晶体结构、微观形貌以及电化学性能.结果表明,多元醇法合成的样品为纯相LiCoPO4,碳包覆LiCoPO4/C电极0.1C倍率首次放电容量达到132 mAh·g-1,50周期循环容量保持78%.循环伏安和微分容量曲线表明LiCoPO4/C电极的充放电过程Li+脱出和嵌入均为两步步骤.     

锰离子掺杂对LiCoPO4性能的影响

应用溶胶-凝胶法合成了锰掺杂的LiCoPO4正极材料.X射线衍射、扫描电镜和循环伏安等电化学测试表明,少量锰离子掺杂不影响LiCoPO4的晶格结构,且明显改善了LiCoPO4正极材料电化学性能.锰掺杂量为1%时得到的LiMn0.01Co0.99PO4正极材料具有最好的电化学性能,以0.1C倍率放电时,首次放电比容量可达130.6 mAh/g.     

钛掺杂对不同形貌LiCoO2电化学性能的影响

采用SEM、XRD、恒电流充放电、电化学交流阻抗谱等方法研究了钛掺杂对不同形貌LiCoO2电化学性能的影响. 结果表明, 钛掺杂在不改变材料晶体结构的情况下, 能显著地改善LiCoO2的电化学性能, 且在较高倍率放电制度下(1 C), 掺杂对不同形貌LiCoO2的放电电压平台的影响效果不同. 掺杂后的二次粒子团聚体以1 C放电, 20次循环后3.8 V平台(电压大于3.8 V时的放电容量占总放电容量的百分比) 的保持率为60％, 优于掺杂后的大粒径一次粒子分散体的平台保持率(40％). 电化学交流阻抗谱研究表明, 钛掺杂对于抑制LiCoO2二次粒子在高倍率放电制度下循环过程中电化学阻抗的增加更为有效.     

锂离子电池正极材料LiMnPO4的合成与性能

对反应物与中间产物进行球磨,采用固相反应法分别在600 ℃和800 ℃合成了掺碳的橄榄石型LiMnPO4.通过XRD表征样品的晶体结构,采用SEM观察样品的微观形貌,利用电化学手段测试样品的充放电性能.结果表明,在对反应物球磨24 h、中间产物球磨12 h的条件下,在600 ℃烧结的样品含有杂相和烧结密实的大块状物.而在800 ℃下烧结可形成纯橄榄石结构的LiMnPO4,但颗粒较大.上述两种样品的电化学测试表明,它们难以充放电.而在反应物球磨36 h、中间产物球磨24 h的条件下,600 ℃烧结得到物相较纯,样品的粒径小且均匀,约100～200 nm,首次放电容量接近100 mAh•g－1.本研究表明,反应物或中间产物的混合程度以及烧结温度的选择是获得具有可逆充放电性能的纯橄榄石结构LiMnPO4的重要因素.     

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.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的改性研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成了Li2Fe1-xMnxSiO4/C(x=0, 1/4, 1/3, 1/2)复合材料. 用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征. 通过恒流充放电对材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 在室温、1.5~4.8 V电压范围内, 于C/16倍率下进行充放电测试时, Li2Fe3/4Mn1/4SiO4/C具有较高的首次放电比容量(201.0 mA·h/g), 具有良好的电化学性能.     

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.     

锂离子电池新型正极材料xLiF-(Ni_(1/6)Co_(1/6)Mn_(4/6))_3O_4的制备及电化学性能研究

采用高能球磨法通过不同球磨时间制备xLiF-(Ni_(1/6)Co_(1/6)Mn_(4/6))_3O_4新型正极材料,并对材料进行石墨烯复合改性,提高其性能。结合X-射线衍射、扫描电镜、电化学性能测试和X-射线电子能谱对所制备的正极材料性能进行表征。结果表明,球磨24h的产物的放电比容量最高,为157. 3mAh·g~(-1)。此外,正极材料添加石墨烯能改善其电化学性能,当石墨烯复合量为20%,在室温、0. 05C(1C=250mAh·g~(-1))、1. 5～4. 8V下,材料首圈的放电比容量为235mAh·g~(-1),相较于无石墨烯的材料,在1C和5C倍率下,放电比容量分别提高到151和114 m Ah·g~(-1)。文中还分析了正极材料放电容量随截止电压的变化,确定了复合正极材料在高电压下有获得更高放电容量的潜力。     

新型Ni(OH)2.05电极材料的电化学性能研究

采用化学氧化法制备了碱性二次电池用正极材料Ni(OH)2.05, 考察了其作为镍氢电池正极活性材料的电化学性能. 结果表明: 以氧化处理过的样品为正极材料组装成镍氢模拟电池在0.2 C倍率下放电容量为281 mAh•g－1; 1 C充放电条件下, 270次循环后容量保持98% 以上. 交流阻抗分析和循环伏安测试表明, 经过氧化修饰的镍电极具有更小的电荷传递电阻、更快的质子扩散速度; ΔEa,c小于未处理样品70 mV, 电化学可逆性优于未处理样品; 对不同放电截止电压下的充放电测试发现: 放电截止电压进一步降低后, 相对于未处理过的样品, 氧化处理后样品无明显的二次放电平台, 第一放电平台末的容量与未处理样品二次放电平台末容量相当, 从而有效地抑制了二次放电平台现象.     

Li3V2（PO4）3/C正极材料在不同电压区间的电化学行为及容量衰减原因

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等方法,研究了Li3V2(PO4)3/C在不同电压区间的电化学行为(3.0-4.5 V和3.0-4.8 V).结果表明,3.0-4.8 V电压区间的循环性能和倍率性能均不及3.0-4.5 V电压区间的.3.0-4.5 V区间0.1C (1C=150 mA?g-1)倍率首次放电比容量为127.0 mAh?g-1,循环50次后容量保持率为99.5%,而3.0-4.8 V区间的分别为168.2 mAh?g-1和78.5%.经过高倍率测试后再回到0.1C倍率充放电,3.0-4.5 V和3.0-4.8 V的放电比容量分别为初始0.1C倍率的99.0%和80.7%.经过3.0-4.8 V电压区间测试后,少部分第三个锂离子能够在低于4.5 V的电压脱出,使3.0-4.5 V电压区间的放电比容量提升了7.4%. CV结果表明3.0-4.8 V区间的容量损失主要表现为第一个锂离子的不可逆损失.极片的X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析测试结果表明经过3.0-4.8 V测试后, Li3V2(PO4)3的结构发生了轻微的改变.电感耦合等离子体(ICP)测试结果表明循环后的电解液中含有少量的V.结构变形和V溶解可能是Li3V2(PO4)3在3.0-4.8 V区间容量衰减的主要原因.     

Electrochemical performance of LiVPO4F synthesized by ball-milling assisted sol-gel method

Lithium vanadium fluorophosphate, a cathode material for lithium-ion batteries, was synthesized by a ball-milling assisted sol-gel method. The micro structure, surface morphology and electrochemical performance of LiVPO₄F were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM) and electrochemical tests. The results show that the sample synthesized at 550°C for 4 h was pure phase, possessed good crystallinity and uniform particle size distribution. At 0.1 C rate, the LiVPO₄F sample demonstrated charge and discharge capacity of about 153.2 and 125.7 mA h g^?1 at the first cycle respectively, the coulombic efficiency was 82%. The initial discharge capacity was 121.9 mA h g^?1 at the rate of 0.3 C, and it became 118.7 mA h g^?1 after 50 cycles.     

Synthesis of carbon-coated Li4Ti5O12 and its electrochemical performance as anode material for lithium-ion battery

Carbon-coated Li_4Ti_5O_(12) sample was synthesized by a sol-gel method. The Li_4Ti_5O_(12) powders were obtained by calcinations of the gels at 750, 800, 850,900 ℃ at N_2 atmosphere. The structure, morphology and electrochemical properties of the materials were characterized by SEM, XRD and charge and discharge. The final product sintered at 850 ℃ demonstrates excellent performance with a specific capacity of 163.5 mAh/g after 100 cycles at 1C. Furthermore, the discharge specific capacity of the sample can retain 80 mAh/g at 10C.     

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.     

Mechanism of the Enhanced Electrochemical Properties of LiNi<Subscript>1/3</Subscript>Co<Subscript>1/3</Subscript>Mn<Subscript>1/3</Subscript>O<Subscript>2</Subscript> Cathode Materials by a Pre-Sintering Process

α-NaFeO₂ layered LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ cathode materials were synthesized by mechanical milling accompanied by the solid phase sintering. The sample exhibited a good crystallinity and layered structure while sintered at 900°C, which can be further improved by adding a pre-sintering process at 500°C before high temperature sintering. The sample with a pre-sintering process presents an average particle size about 0.6 μm, and a hexagonal crystalline structure. The optimally fabricated sample showed a first charge capacity of 210.2 mA h/g, discharge capacity of 171.2 mA h/g with a current rate of 0.2 C within the voltage range of 2.7~4.5 V. With increasing the current rate to 1 C, the charge–discharge capacity faded quickly during the cycling process, which can be partially recovered while operated at a low current rate. However, the capacity fading at a current rate of 2 C was largely irreversible. The evolution of the surface chemical states was evaluated using X-ray photoelectron spectroscopy on the charged and discharged samples to understand the high rate capacity fading.     

稀土Sm掺杂LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能

采用高温固相法制备LiFe1-xSmxPO4/C(x=0,0.06,0.08,0.10)锂离子电池正极材料,并用XRD,SEM,CV及EIS等方法进行结构和电化学性能的测试。结果表明,通过该法制得的样品均具有橄榄石型晶体结构。Sm的掺杂可明显细化颗粒,并导致LiFePO4晶格中c轴方向的P-O键长增加,其中x=0.08样品P-O键长最大(0.152 8 nm),明显大于未掺杂样品的键长(0.142 2nm)。电化学性能测试表明,掺杂后LiFePO4的放电容量增加,循环稳定性能提高。在-20～40℃的温度区间内,放电容量随温度的升高而增加,其中x=0.08的样品40℃时放电容量为159 mAh.g-1,但测试温度达到60℃时,放电容量急剧下降。EIS测试表明Sm的掺杂可以明显改善电极表面电化学反应的动力学性能,降低电荷转移电阻,提高交换电流密度。     

球磨辅助高温固相法制备Li1.0Na0.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其性能

以乙酸盐(乙酸锂、乙酸钠、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锰等)为原材料,采用球磨辅助高温固相法制备Li_(1.0)Na_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料。借助XRD、SEM等表征材料的结构和形貌,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能。结果表明,钠的掺杂导致颗粒表面光滑度降低,形成Na_(0.77)Mn O_(2.05)新相。0.05C活化过程中,掺钠样品和未掺钠样品首次放电比容量分别为258.4 m Ah·g~(-1)和215.8 m Ah·g~(-1),库伦效率分别为75.2%和72.8%;2C放电比容量分别为116.3 m Ah·g~(-1)和106.2 m Ah·g~(-1)。研究发现,掺钠可减小首次充放电过程的不可逆容量,提高容量保持率;改善倍率性能与容量恢复特性;降低SEI膜阻抗和电荷转移阻抗;掺钠后样品首次循环就可以基本完成Li_2Mn O_3组分向稳定结构的转化,而未掺杂的样品需要两次循环才能逐步完成该过程;XPS结果表明,掺钠样品中Ni~(2+)、Co~(3+)、Mn~(4+)所占比例明显提高,改善了样品的稳定性和电化学性能;循环200次后的XRD结果表明掺钠与未掺钠材料在脱嵌锂反应中的相变化过程基本一致,良好有序的层状结构遭到破坏是循环过程中容量衰减的主要原因。     

掺碳的钠离子电池正极材料NaVPO4F的电化学性能

添加适量的葡萄糖并用高温固相法合成钠离子电池正极材料NaVPO₄F。用X射线衍射仪、扫描电镜等对NaVPO₄F进行结构表征，采用循环伏安、交流阻抗技术等对其进行电化学性能测试，探讨了不同掺碳量对NaVPO₄F结构和电化学性能的影响。恒流充放电测试结果显示，掺碳10wt%的NaVPO₄F在0.1C倍率下首次充、放电容量分别达到151.5 mAh·g^-1和113 mAh·g^-1，充、放电平台分别为3.8 V和3.6 V，经过20次循环，放电比容量的保持率为初始的91.6%。循环伏安曲线出现明显的氧化还原峰，并分别与充、放电电位平台相对应。交流阻抗图谱显示，掺碳10wt%的NaVPO₄F样品充放电阻抗较小，可逆性较好。     

Nd3+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的改善

采用两步加热高温固相法合成了掺杂Nd3+的LiFe1-xNdxPO4/C复合材料(x=0,0.01,0.02,0.04,0.06,0.08).用TG-DSC对前驱体进行分析和SQUID(超导量子干涉仪)对样品中Fe3+的磁性测定,优化了合成工艺条件;采用XRD、FE-SEM、EDS等方法分析了样品的结构并对其电化学性能进行了测试.结果表明:LiFe1-xNdxPO4/C复合材料具有橄榄石型结构;当Nd3+的掺杂量6%(物质的量分数)、煅烧温度700℃、煅烧时间16h时,样品在0.2C(1C=170.0mA·g-1)电流密度下的最大放电比容量可达165.2mAh·g-1,循环100次后的容量保持率仍为92.8%,在1C、2C、5C下的最大放电比容量分别为146.8、125.7和114.8 mAh·g-1.通过测定样品在不同较低倍率下的放电比容量,采用外推法得出制备样品的实测理论比容量为168.7 mAh·g-1.     

Effect of synthesis routes on the electrochemical performance of Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2 for lithium ion batteries

The cathode-active materials, layered Li[Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2]O₂, were synthesized by two different routes: spray-drying and solid-state methods. The influence of synthesis routes on the crystal structure, morphology, and electrochemical performance of the samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope, and charge/discharge test. As a result, both samples showed a typical hexagonal structure with a single phase. However, the difference in synthesis route resulted in the difference in morphology and electrochemical performance, such as reversible capacity and the rate capability. The initial discharge capacity of sample synthesized by spray-drying method at room temperature and 50 °C were 173.1 and 181.2 mAh g^?1, respectively, which were higher than those of 166.8 and 177.5 mAh g^?1 for sample synthesized by solid-state method. The cycling performance was also evaluated. Sample synthesized by spray-drying method exhibits a higher discharge capacity and better cycling performance than those prepared by solid-state method, even at elevated temperature.