石墨烯包覆对H_2Ti_(12)O_(25)负极材料电化学性能影响研究

H_2Ti_(12)O_(25),作为一种新型高压负极材料,由于其循环性能好、能量密度高而逐渐引起人们的注意。本文利用湿法对负极材料H_2Ti_(12)O_(25)进行了石墨烯包覆。结果表明,石墨烯包覆能够有效的降低H_2Ti_(12)O_(25)电荷转移电阻,提高其锂离子扩散速率。H_2Ti_(12)O_(25)/graphene在1 C下的首次充电(脱锂)容量为181.6 mA·h·g~(-1)(1 C=200 m A·g-1),容量保持率为92.3%,而未包覆的H_2Ti_(12)O_(25)首次充电容量为168.5 mA·h·g~(-1),容量保持率仅为90.2%。此外,H_2Ti_(12)O_(25)/G3也表现出较好的倍率性能。     

Co_3O_4包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电性能的影响

采用湿化学法,对高镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2进行不同比例的Co_3O_4表面包覆改性研究。利用XRD、SEM、TEM等测试手段对包覆前后样品的晶体结构和表面形貌进行了表征,并对各样品的电化学性能进行了测试。其中0.5%(wt)Co_3O_4包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2样品表现出最佳的首次充放电性能、循环性能和高温稳定性能。在55℃下循环180圈后,仍具有142.9 mA·h·g~(-1)的放电比容量,容量保持率为63.7%。同时借助电化学阻抗(EIS)测试对改性的原因进行了分析。     

燃烧法合成LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的石墨烯改性研究

本文以燃烧法制备LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2基体,通过机械球磨得到石墨烯修饰的正极材料。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电池测试和电化学工作站表征了材料的晶体结构和电化学性能。结果表明,石墨烯的修饰显著提高了Li Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的容量和循环稳定性:经200℃热处理、1%石墨烯修饰后的样品在3.0~4.3 V、0.1C倍率下首次放电比容量达到170.8 mA·h·g~(-1),比基体材料提高了12 mA·h·g~(-1);1C下循环100周后容量保持率分别为91.1%,比基体提高了6.9%。     

Li_2ZrO_3包覆LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的复合材料及其电化学性能

以Zr(NO_3)_4·5H_2O和CH_3COOLi·2H2_O为原料,采用湿化学法,将Li_2ZrO_3包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2锂离子电池正极材料的表面,研究Li_2ZrO_3不同包覆比例对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li_2ZrO_3层均匀地包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%(质量分数)Li_2ZrO_3包覆的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g~(-1)、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g~(-1),其容量保持率达到91.77%,表现出良好的循环稳定性。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试结果表明,Li_2ZrO_3包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应,减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗,从而提高了材料的电化学性能。     

Ag掺杂VO_2(B)正极材料的合成及其电化学性能

以V_2O_5、C_(12)H_(22)O_(11)和AgNO_3为原料,采用水热法制备Ag掺杂VO_2(B)正极材料,通过XRD、FESEM、XPS、EDS、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等表征手段,研究掺Ag对VO_2(B)的结构、形貌及电化学性能的变化规律。结果表明,当掺杂量为0.43%(atom)时,样品(Ag_1)首次放电比容量为340.5 m A·h·g~(-1),较未掺杂样品(Ag_0)提高了80.5%。当掺杂量为1.28%(atom)时,样品(Ag_3)表现出最好的循环稳定性,首次放电容量为213.6 m A·h·g~(-1),100次循环后,容量保持率为58.3%。     

包覆双导电聚合物改善富锂Li_(1.17)Mn_(0.50)Ni_(0.16)Co_(0.17)O_2的电性能

采用聚苯胺-聚乙二醇(PANI-PEG)双导电聚合物对Li_(1.17)Mn_(0.50)Ni_(0.16)Co_(0.17)O_2正极材料进行表面改性。利用XRD、SEM、TEM测试手段对包覆前后样品的晶体结构和表面形貌进行了表征,并对其电化学性能进行了系统研究。其中3%(wt)的PANI-PEG改性的Li_(1.17)Mn_(0.50)Ni_(0.16)Co_(0.17)O_2正极材料表现出最佳的初始库伦效率(83.0%),最高的放电比容量(100圈后192.0 mA·h·g~(-1)/1C)和最高的倍率性能(130 mA·h·g~(-1)/5C)。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的制备及电化学性能研究

以5 V高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4为正极材料,高安全性Li_4Ti_5O_(12)为负极材料制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响。其中正极容量过量40%的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 m Ah·g~(-1),循环200次的容量保持率为88%;在2 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 m Ah·g~(-1),循环740次的容量保持率为91.1%。P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关。     

Cr掺杂VO_2(B)正极材料的合成及其电化学性能

采用水热反应法,在合成过程中通过向反应体系中添加Cr(NO_3)_3·9H_2O,制备出了Cr掺杂的VO_2(B)。结合XRD、XPS、FESEM、EDS和FTIR等表征手段,研究了不同掺杂量对目标产物物相、结构和形貌的影响。电化学性能研究表明,当掺杂量(原子百分比,下同)为0.49%时,VO_2(B)正极材料具有最佳的可逆容量和循环稳定性,其在电流倍率为0.1C时,样品的首次放电比容量为282 mA·h·g~(-1),较未掺杂样品高出36 mA·h·g~(-1),50次循环后,其放电比容量仍高达189 mA·h·g~(-1),容量保持率为67%,明显优于未掺杂样品(60.6%)。EIS和CV研究显示,当掺杂量为0.49%时,VO_2(B)电荷转移电阻和电化学反应极化明显降低,此进一步诠释了其优异的电化学性能。     

水热法制备Al/Co共掺杂VO2(B)正极材料及其电化学性能

采用水热法,以V_2O_5、C_(12)H_(22)O_(11)、Co(NO_3)_2·6H_2O、Al(NO_3)_3·9H_2O为原料,分别合成了纯相VO_2(B)和Al/Co共掺杂VO_2(B)。X射线衍射分析结果显示,掺杂后样品的衍射峰强度变低、峰形变宽、结晶性下降。扫描电子显微镜照片显示,掺杂后样品的形貌发生明显变化,由长棒状(纯相)变为短棒状与片状均匀混合的形貌。电化学性能测试结果显示首次放电比容量和循环性能都大幅度提高。样品A1(摩尔比n(Al):n(Co):n(V)=12:6:100)首次放电比容量为301 mA·h/g,比未掺杂样品(216 mA·h/g)高85 mA·h/g;样品A2(摩尔比n(Al):n(Co):n(V)=12:12:100)首次放电比容量为285 mA·h/g,比未掺杂样品高69 mA·h/g,并且掺杂样品经过100次充放电循环后容量保持率都比未掺杂样品高。     

Li_4Ti_5O_(12)-C复合材料的制备及性能

以葡萄糖为碳源,以Li_2CO_3、TiO_2为原料,采用原位复合法制得不同碳质量分数的锂离子电池复合负极材料Li_4Ti_5O_(12)-C。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对复合材料的结构及表面形貌进行了表征,采用恒流充放电和电化学阻抗等技术对复合材料进行电化学性能测试。结果表明:Li_4Ti_5O_(12)-C没有杂相,颗粒均匀。其中,碳质量分数为3%的复合材料在0.5 C下的首次放电比容量最高,为185.9 mA·h/g,循环50次后,其放电比容量仍为161.5 mA·h/g,容量保持率为86.9%;在4.0 C下,其首次放电比容量为106.9mA·h/g。与其他样品相比,碳质量分数为3%的复合材料循环伏安氧化还原峰电位相差为278.6 mV,溶液阻抗为6.198?,电荷转移电阻为187.2?,电化学性能最好。     

Ti掺杂改性LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料及其电化学性能研究

高镍LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料已商业应用于锂离子动力电池。进一步提升结构稳定性和电化学性能是高镍材料大规模应用的关键。采用Ti~(4+)掺杂来调变材料结构,研究Ti4+掺杂对材料的晶体结构、形貌和电化学性能的影响及作用机制。实验结果表明Ti4+掺杂对颗粒形貌无明显影响,但可有效抑制Li~+/Ni~(2+)离子混排,拓宽过渡金属层间距,提高锂离子扩散速率,从而改善材料循环和高倍率性能。由于Ti~(4+)为电化学惰性离子,低倍率下材料的放电比容量略有下降,1%Ti4+掺杂的样品电化学性能最优。在3.0～4.3 V、5.0 C下的放电比容量为126.6 mA×h·g~(-1),较原材料的91.0 mA×h·g~(-1)提升明显;1.0 C下放电比容量为144.2 mA×h×g~(-1),循环100周后容量保持率高达95.0%。在3.0～4.6 V的电压区间内,1.0 C下循环100周的容量保持率仍有84.1%。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2(x=0,0.04,0.08,0.12)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱(EIS)对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明:制备出的Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%(即x=0.08)时,得到的正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Mn_(0.56)Cr_(0.08)O_2具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g~(-1)增加到246.6 mA·h·g~(-1),在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g~(-1)增加到104.2 mA·h·g~(-1)。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5~4.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

B_2O_3包覆增强LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2的电化学性能

采用机械融合的方法制备了氧化硼包覆LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2的正极材料,讨论了氧化硼包覆层对正极材料的表面形貌,晶体结构以及电化学性能的影响。扫描电镜(SEM)与X射线光电子能谱(XPS)的分析结果表明,氧化硼成功的覆盖在LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2颗粒表面。电化学测试表明包覆物有效减缓了循环过程中的电荷转移电阻,因此循环性能,倍率性能都有所改善。氧化硼包覆量0.75%的电化学性能最好,与未包覆的材料相比,室温下在1 C电流密度下循环100圈容量保持率由75.6%上升至86.3%,在5 C电流密度下的可逆容量高达114.2 mAh·g~(-1)。EIS结果表明包覆层B_2O_3降低了表面的电荷转移电阻。     

不同粒径的纳米二氧化钛合成钛酸锂负极材料

以锐钛矿TiO_2为钛源,LiAc为锂源,采用高温固相法制备Li_4Ti_5O_(12)负极材料,考察了不同纳米粒径的TiO_2对Li_4Ti_5O_(12)电化学性能的影响。X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,合成的样品为结晶度高的纳米级尖晶石结构的Li_4Ti_5O_(12)。0.2C倍率的充放电结果表明,LTO_(60)性能最好,首次放电容量为178.82mAh·g~(-1),100次循环后容量保持率高达97.39%。     

不同Ti~(4+)含量掺杂Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备和电化学性能

采用钛酸四丁酯[Ti(OC_4H_9)_4]水解和900℃高温烧结工艺制得不同Ti~(4+)含量掺杂下的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(1-x)Ti_xO_2正极材料。采用XRD、SEM等表征方法对Ti~(4+)掺杂前后的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构、表面形貌进行分析研究,发现掺杂前后材料的结构并未明显变化。电化学测试结果表明,虽然Ti~(4+)表现为非电化学活性,使得掺杂有Ti~(4+)的正极材料其首次充放电比容量有所降低,但是在高倍率性能及循环性能测试中,Ti~(4+)掺杂改性效果表现明显。其中当Ti~(4+)掺杂量为x=0.02时,其倍率性能及循环性能最佳。在5C高倍率下放电,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量要比未掺杂样品高出约20 m A·h/g。而且经过100次循环后,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量仍有187.9 m A·h/g,容量保持率高达96.8%。而未掺杂样品的100次循环后容量保持率仅有91.2%。     

正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的合成工艺优化及电化学性能

采用高温固相法合成锂离子电池富镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,对其工艺条件进行优化,对产物进行X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及电化学性能分析。结果表明:在氧气气氛下,锂与金属元素摩尔比为1.05:1、烧结时间15 h、烧结温度750℃为最佳合成工艺条件。按最佳工艺合成的样品在1C首次放电容量高达174.9mA·h·g~(-1),50次循环后比容量为158.5 mA·h·g~(-1),容量保持率为90.62%,表现出良好的循环稳定性。XRD和SEM表征表明,在氧气气氛下烧结的样品有良好的层状结构,阳离子混排程度小,具有较好的类球形,粒径均匀分布在10~20μm。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,工艺条件的优化有助于提高正极材料的电化学性能。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5⁴.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

锂离子电池负极材料Li4Ti4.9Ni0.1O12的制备及其电化学性能

以Li_2CO_3、TiO_2、Ni(CH_3COO)_2×4H_2O为原料,采用固相法制备尖晶石型Li_4Ti_(4.9)Ni_(0.1)O_(12)锂离子负极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试以及交流阻抗等技术对材料进行了结构、形貌表征及电化学性能测试。结果表明,制备的Li_4Ti_(4.9)Ni_(0.1)O_(12)材料无杂相,颗粒大小均匀,在0.5 C下首次放电比容量为173.3 mA×h/g,库伦效率为97.4%,50次循环后,材料的放电比容量为163.4 mA×h/g,容量保持率为94.3%。     

ZnF_2包覆对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,并利用Zn F2对其表面进行包覆改性。XRD、SEM和TEM测试表明,包覆处理不影响材料的晶体结构,2%(质量分数,以LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4质量计,下同)的Zn F2在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4表面形成了约7 nm厚均匀包覆层。对未包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4和1%、2%、3%的Zn F2包覆后的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的电化学性能进行了考察,发现Zn F2包覆能够减弱电解液与LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料之间的相互作用,稳定电极表面,提高材料的电化学性能。其中,2%Zn F2包覆样品表现出最佳的循环性能和倍率性能,0.2C电流倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109.0 m A·h/g,保持率为79.7%;5 C电流倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 m A·h/g,保持率为85.6%。