水热-溶胶-凝胶法制备钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3/C及其性能研究

分别采用溶胶凝胶法和水热-溶胶-凝胶法合成了钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3/C。用XRD、SEM、恒流充放电等对样品进行了表征。研究表明,两种方法合成的Na_3V_2(PO_4)_3/C样品均为纯相,呈多孔状结构,采用水热-溶胶-凝胶法制备出的Na_3V_2(PO_4)_3/C样品颗粒尺寸更小,更有利于钠离子脱嵌,有利于提高材料的电化学性能。溶胶-凝胶法制备的样品在0.1和2C倍率下首次放电比容量为98.3和31.3mAh/g,水热-溶胶-凝胶法制备的样品在0.1和2C倍率下首次放电比容量高达111.9和94.1mAh/g,电化学性能得到明显改善。     

Na_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的制备及电化学性能研究

利用不同的方法合成了Na_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,通过X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、循环伏安、交流阻抗等方法对Na_3V_2(PO_4)_3/C材料进行了结构表征及性能测试。通过改变合成方法,考察了不同合成路径对于材料结构、微观形貌及电化学性能的影响。研究发现,利用水热法合成的Na_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的颗粒呈类球形,粒径尺寸为50nm。电化学性能测试表明,0.1C倍率下,其首次放电比容量接近理论值,达到117.3mAh/g,50次循环后容量保持率为97.3%。2C倍率下,其放电容量仍能达到81.6mAh/g,循环10次后容量未见衰减。     

锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_(2.97)Br_(0.09)的溶胶-凝胶法合成与电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3和掺杂离子Br-的正极材料Li_3V_2(PO_4)_(2.97)Br_(0.09),并采用XRD、SEM、CV及充放电测试进行了结构、形貌分析和电化学性能测试。掺杂少量的Br-不影响Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的形貌,且可以有效抑制LiVP_2O_7杂质的产生,提高锂离子导电率。Li_3V_2(PO_4)_(2.97)Br_(0.09)正极材料在0.2C倍率下首次放电比容量和效率分别为128.4mAh/g和98.3%,未掺杂仅为122.8mAh/g和97.4%。CV测试表明Li_3V_2(PO_4)_(2.97)Br_(0.09)正极材料的可逆性优于L_i3V_2(PO_4)_3正极材料。     

镁铝联合掺杂对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响研究

通过X射线衍射、扫描电镜、恒流充放电、循环伏安和阻抗(EIS)等技术对材料的形貌和电化学性能进行分析,研究了Mg、Al同时掺杂对溶胶-凝胶法合成单斜晶型Li_3V_2(PO_4)_3/C材料电化学性能的影响。结果表明:相对纯的磷酸钒锂/C(LVP/C),少量的掺杂没有影响材料的结构,电化学性能有显著提升,并且Li_(2.9)Mg_(0.05)V_(1.9)Al_(0.1)(PO_4)_3/C材料具有最好的电化学性能。在室温3~4.3V充放电平台下,以0.1C首次放电比容量达到130.7mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有127.2mAh/g,容量保持率为97.3%。     

稀土离子掺杂对锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的影响研究

讨论了稀土Gd~(3+)、La~(3+)掺杂对溶胶-凝胶法合成正极材料单斜晶型Li_3V_2(P0_4)_3/C的影响。通过XRD、SEM、EDS、恒流充放电、CV和EIS等技术对材料的微观结构、颗粒形貌和电化学性能进行分析,研究了2种稀土元素不同掺杂量对材料结构和电化学性能的影响。结果表明,相对纯相Li_3V_2(PO_4)_3/C,适量的稀土离子掺杂能减小晶粒,提高电化学性能,并且掺杂的稀土Gd~(3+)在x=0.03时具有最好的电化学性能,室温条件,在3~4.3V充放电平台下,以0.1C首次放电比容量达到126.7mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有103.6mAh/g,容量保持率为81.8%。     

xLiFePO_4·yLi_3V_2(PO_4)_3/C复合正极材料的制备及电化学性能研究

以石油焦为还原剂和碳源,采用固相法制备了一系列xLiFePO_4·yLi_3V_2(PO4)_3/C (n(x):n(y)=1∶0, 0∶1, 2∶1, 4∶1, 6∶1, 8∶1)复合正极材料。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试等表征了n(x)∶n(y)的掺杂比例对复合正极材料组成、微观结构和电化学性能的影响。XRD分析表明,当n(x)∶n(y)为1:0和0∶1时,合成的复合正极材料分别为橄榄石结构的LiFePO_4和单斜结构的Li_3V_2(PO_4)_3;当n(x):n(y)为2∶1,4∶1,6∶1和8∶1时,合成的复合正极材料由LiFePO_4/C和Li_3V_2(PO_4)_3/C相组成;TEM分析表明,复合正极材料的颗粒分散良好,颗粒直径约为150～250 nm,被碳层均匀包覆;电化学性能分析表明,8LFP·LVP/C的放电容量和初始库仑效率最高,分别达到166 mAh/g和97%,在7 C倍率下放电容量循环150次后,其放电容量为91 mAh/g,容量保持率为90.1%,与原始LFP/C和LVP/C相比,其循环性能显著提高。     

两步固相碳包覆法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料及其性能研究

以VPO_4/C为中间体,相继以乙炔黑及葡萄糖作为碳源,通过两步固相碳包覆法制备了纯相单斜晶系的Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料。该方法首先通过制备纳米级的VPO_4/C中间体,为后续制备Li_3V_2(PO_4)_3/C提高反应活性,降低热处理温度,其中碳源不仅起到还原剂、导电剂的作用,还能细化晶粒,且两步法包碳使得材料颗粒表面的碳层更均匀,从而改善材料的综合电化学性能。最终在750℃下煅烧12h得到颗粒细小且分布均匀的Li_3V_2(PO_4)_3/C样品,在电压区间3.0~4.5V内,该材料在0.1,1和2C倍率下的首次放电比容量分别为141.5,119.8和109.4mAh/g,在0.1C倍率下循环50次后的容量保持率高达97.7%。     

尿素改性对钠离子电池负极材料NaTi_2(PO_4)_3电化学性能的影响

为提高水溶液钠离子电池负极材料NaTi_2(PO_4)_3(NTP)的导电性和倍率性能,以尿素(CO(NH_2)_2)为碳源采用溶剂热法合成了CO(NH_2)_2/NaTi_2(PO_4)_3(C/NTP)复合负极材料。采用XRD、SEM、TEM、Raman和恒流充放电等手段分析了材料的结构、C/NTP形貌和电化学性能。研究了不同阶段升温速率对C含量、包覆层石墨化程度及对电化学性能的影响。实验结果表明,低于400℃升温速率越小,C/NTP残碳量越高;400~650℃之间升温速率越小,包覆层石墨化程度越高,并提高了其电化学性能;在5C倍率下2℃/min热处理的样品首圈放电比容量为114.9mAh·g~(-1),循环30次后容量保持在91.9mAh·g~(-1);10C下放电比容量为87mAh·g~(-1),20C下放电比容量仍保持在71mAh·g~(-1),展现出高倍率下优异的循环性能。     

Cr~(3+)掺杂LiSn_2(PO_4)_3负极材料的电化学性能研究

利用Cr~(3+)离子对LiSn_2(PO_4)_3化合物中的Sn~(4+)进行掺杂。对所制备的材料Li1+xCrxSn2-x(PO4)3进行X射线衍射(XRD)测试,结果表明,在x=0.1～0.3时可得到单一的α-LiSn_2(PO_4)_3相,掺杂浓度进一步增加则会导致少量SnO_2第二相的析出。尽管引入Cr不能抑制LiSn_2(PO_4)_3在首次放电过程中分解,但x=0.3的样品电化学性能得到显著改善。电池在100和800 mA/g电流密度下25次充放电循环后放电容量分别为403.1和241.9 mAh/g,并具有较好的循环性能和倍率性能。导致上述结果的主要原因是Li_3PO_4和Cr复合基体的空间效应,有效避免了Sn颗粒在充放电循环中的团聚,改善了电化学反应环境,从而提高了Sn颗粒的利用效率。     

锂离子电池正极材料LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)的制备及其性能研究

通过固相法制备出锂离子电池正极材料LiMn_2O_4和LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)样品,并通过XRD、SEM、EDS、充放电测试、CV和EIS对其结构、形貌以及电化学性能进行了研究。结果发现,适量Mg、F的掺杂未改变LiMn_2O_4的尖晶石结构。在0.2C倍率下,样品LiMn_2O_4和LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)的首次放电比容量分别为121.3mAh/g和123.7mAh/g,循环60次后,容量保持率分别为82.1%和91.4%。在5C倍率下,样品LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)的放电比容量为92.4mAh/g,而LiMn_2O_4的放电比容量仅为76.5mAh/g。Mg、F的共同掺杂,可以有效抑制锰酸锂晶体中JahnTeller效应导致的结构畸变,稳定尖晶石结构,明显改善其循环稳定性和倍率性能,并提高材料的初始放电比容量。     

掺杂Fe3+对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。     

铝、氟复合掺杂对锂离子电池正极材料锰酸锂电化学性能影响

通过固相反应,以四氧化三锰(Mn_3O_4)中间体为锰源制备出锰酸锂(LiMn_2O_4)和氟、铝共掺杂的锰酸锂(LiMn_(1.9)Al_(0.1)O_(3.9)F_(0.1))锂离子电池正极材料。以XRD、SEM、充放电测试和循环伏安(CV)测试对其结构、形貌以及电化学性能进行了研究。结果表明,适量的铝(Al)、氟(F)掺杂未改变LiMn_2O_4的尖晶石结构。在0.2C倍率下,样品LiMn_2O_4和LiMn_(1.9)Al_(0.1)O_(3.9)F_(0.1)的首次放电比容量分别为120.1mAh/g和123.0mAh/g,循环100次后,容量保持率分别为75.27%和87.40%,样品LiMn_(1.9)Al_(0.1)O_(3.9)F_(0.1)表现出更好的循环稳定性。在5C倍率下,LiMn_(1.9)Al_(0.1)O_(3.9)F_(0.1)的放电比容量为90.0mAh/g,而LiMn_2O_4的放电比容量仅为71.4mAh/g。结果表明,铝(Al)、氟(F)共同掺杂在抑制Jahn-Teller畸变的基础上,进一步提高了LiMn_2O_4的放电比容量,明显改善了材料的循环稳定性和倍率性能。     

富锂型锂离子电池正极材料的合成及性能研究

以LiAc·2H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O为原料,采用水溶液法合成锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2和Li1.2Ni0.3Mn0.5O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的电化学性能。结果表明,样品LiNi0.5Mn0.5O2首次放电比容量能达到125.6mAh/g,经过30周循环以后,放电比容量为111.2mAh/g,容量保持率为96.2%;而富锂样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2首次放电比容量能达到187.2mAh/g,经过30周循环以后放电比容量为184.5mAh/g,容量保持率为98.6%,远高于富锂前样品。另外,富锂后的样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2倍率性能优于富锂前。     

锂离子电池正极材料Li3V2-2x/3Mnx（PO4）3的溶胶凝胶法合成和电化学性能

以CH3COOLi·2H2O、V2O5、Mn(CH3COO)2·4H2O、(NH4)2HPO4和蔗糖为原料,采用溶胶–凝胶法合成了掺锰磷酸钒锂/碳(Li3V2-2x/3Mnx(PO4)3/C)复合正极材料,用XRD、XPS、SEM、电化学性能对样品进行了表征.测试结果表明,少量锰的掺杂并未改变Li3V2(PO4)3/C的单斜结构,Li3V1.94Mn0.09(PO4)3中的Mn和V分别以+2和+3价存在,其颗粒类似球形,直径比较均匀且小于200 nm,并表现出良好的电化学性能.在0.1C倍率和3.0～4.8 V电压内,该样品的首次充、放电容量分别为182.1和168.8 mAh/g,放电效率高达92.69%,而且100次循环后,其放电比容量仍是首次放电容量的77.4%.     

不同合成方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料电化学性能的影响

通过固相自引发基团置换反应,流变相法和固相自引发基团置换-流变相法3种方法成功制备出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料。XRD、SEM和电化学测试表明,固-流法制备的样品具有最稳定的二维层状结构和最小的阳离子混排度及最佳的微观形貌和电化学性能。在2.8～4.3V区间内0.2、0.5、1和2C下的放电比容量分别为185.9、169.9、157.5和134.7mAh/g。0.5C下的循环测试表明,20次循环后电极的放电比容量为143.9mAh/g,容量保持率为84.7%。提高充电截止电压到4.6V,能极大地提高材料的充放电比容量,首次放电比容量为197mAh/g,同时,不可逆容量增大。     

Mn掺杂Li3Fe2(PO4)3正极材料的制备与表征

通过固相反应法合成出Li3+xFe2-xMnxn(Po4)3(x-0～O.1)、Li3Fel.ω5Mn0.05(PO4)3和Li2.95Fe1.ωMnoN.05(PO4)3正极材料.采用行星式球磨方法,均匀混合正极材料和导电乙炔黑以提高活性材料的电子导电率和降低颗粒尺寸.Mn掺杂的Li3Fe2(PO4)3样品的恒电流充放电测试和伏安循环测试(2～4V)发现,所有样品中Fe3+/Fe2+氧化还原电对均有两个稳定的充放电平台(2.8、2.7V)、Li3+,Fe2-xMnxII(PO4)3和Li3Fe1.95Mn0.05(PO4)3中Mn3+/Mn2+电对的充放平台位于3.5V左右.不同价态Mn的掺杂均可明显提高正极材料的电化学性能,其中Mn掺杂样品的电化学性能最好,其中Li3.05Fel.95MnⅡ0.05(PO4)3/C的C/20和C/2恒流放电比容量分别可达11O和66mAh/g.     

Mn掺杂LiFePO4的结构及电化学性能研究

利用高温固相反应法在惰性气氛下合成了掺Mn的LiFePO4正极材料.考察了Mn2 的掺杂浓度对于目标化合物结构及其电化学性能的影响.应用XRD、循环伏安和恒流充放电等方法对产物进行了结构表征和性能测试.结果表明,产物具有单一的橄榄石型结构,Mn2 掺杂并未影响目标产物的结构,而是与LiFePO4形成了LiFe1-yMnyPO4(y为Mn的掺杂浓度)固溶体.目标产物具有优良的电化学性能.充放电测试表明,在0.1C倍率下放电,LiFe0.5Mn0.5PO4材料的首次放电比容量达129.1mAh/g,在4.1及3.5V处各存在一个放电平台.充放电循环20次循环后,容量仍保持在120.9mAh/g.利用循环伏安测试分析了Mn的改性效果及锂离子在目标化合物中脱嵌的过程.     

镁掺杂对正极材料尖晶石LiMn_2O_4电化学性能的影响

为了抑制Jahn-Teller效应导致的结构畸变对锂离子电池正极材料LiMn_2O_4结构的影响,通过溶胶-凝胶法成功制备出了尖晶石LiMn_2O_4和镁离子掺杂的LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4样品。并用X射线衍射、扫描电镜、充放电测试、X射线能谱、循环伏安对样品结构、形貌和电化学性能进行研究,发现适量的镁离子掺杂未改变LiMn_2O_4的结构。在0.5C倍率下,LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4样品的首次放电比容量稍有降低,但循环100次后,容量保持率高达93.8%,远高于未掺杂镁样品的容量保持率(75.8%);在5C倍率下,LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的放电比容量高达91mAh/g,而未掺杂的样品仅为72.9mAh/g。结果表明:镁离子掺杂可以有效抑制Jahn-Teller畸变,改善LiMn_2O_4的电化学性能。     

尖晶石型Li1-xMgxMn2O4正极材料的制备和性质

采用高温固相分段反应法制备了尖晶石LiMn2O4和Mg2 掺杂的Li1-xMgxMn2O4(x=0.05、0.1)材料,对材料进行了XRD结构分析和电化学性能等测试,结果表明:Mg2 掺杂样品Li1-xMgxMn2O4(x=0.05、0.1)仍保持尖晶石相Fd3m结构;循环性能明显改善,室温条件下50次循环后,样品Li0.9Mg0.1Mn2O4的放电容量为100mAh/g,容量保持率为9.9%,而LiMn204容量衰减率仅为18.1%.     

水热法合成LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2及其性能研究

采用水热法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,研究了在合成过程中添加不同表面活性剂对锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能的影响。利用XRD和SEM对其结构和形貌进行表征,并采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试其电化学性能。结果表明,均合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,其中用十二烷基苯磺酸钠合成的样品电化学性能较好,在C/2倍率的放电条件下,首次比容量达到143.8mAh/g,经过100次循环后,比容量保持为106.8mAh/g,容量保持率为74.3%。