锌离子电池正极纳米片材料制备和电化学性能研究

锌离子电池是一种环保、廉价、安全的新型电池,它的电化学行为是正极二氧化锰通过锰的价态转换来存储二价锌离子。二氧化锰作为锌离子电池的正极材料,由于其比表面积大、导电性差等特点导致其容量并不能充分发挥。采用自反应反胶束法制备的二维超薄二氧化锰(Mn O2)纳米片作为一种储存锌离子的材料,从整体上提高锌离子电池的容量。以二维超薄二氧化锰(Mn O2)纳米片为正极的锌离子电池,当电流密度为0.1 A/g时,最高容量达到484.2 m A·h/g,接近锌离子电池的最大理论容量616 m A·h/g;当电流密度为5 A/g时,电池循环两百圈后的容量保持率也有80%,表现了很好的循环性能。     

LiMn_(0.7)Fe_(0.3-x)Mg_xPO_4/C的水热法制备与电学性能

采用水热法,通过Fe、Mg共掺杂制备了一系列锂二次电池正极材料LiMn_(0.7)Fe_(0.3-x)Mg_xPO_4/C(x=0,0.02,0.05,0.07)。通过X射线衍射、扫描电子显微镜对材料结构、形貌进行表征。采用所得正极材料组装电池,并利用恒流充放电和循环伏安对其电化学性能进行测试。结果表明:Fe、Mg元素完全进入材料晶格,并占据Mn位,适量的Mg掺杂能够增大(101)的晶面间距,使得Li~+扩散通道变宽。所制得的电池倍率性能曲线在1C前后发生反转:当充放电倍率小于1C时,LiMn_(0.7)Fe_(0.28)Mg_(0.02)PO_4/C的放电比容量最高,在0.1C时为150.3 mA·h/g;当倍率大于1C时,LiMn_(0.7)Fe_(0.23)Mg_(0.07)PO_4/C放电比容量最高,5C时为94.5 mA·h/g。     

不同碳源掺杂磷酸亚铁锂正极材料电化学性能研究

采用液相共沉淀-固相焙烧合成了橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)正极材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试等方法对产物物相结构、表观形貌和电化学性能进行了表征和分析.纯相材料首次放电比容量达到90.6 mA·h/g,循环5次后,放电比容量为75.94 mA·h/g.为解决首次放电比容量低下以及材料循环性能差的问题,采取不同碳源掺杂对材料进行改进,最后得到LiFePO4/C复合正极材料,0.05 C首次放电比容量达到158.8 mA·h/g.     

低温熔盐燃烧法合成LiNi_(0.5-x)Mg_xMn_(1.5)O_4(x=0,0.05)及其电性能

为了快速、高效地制备5V锂离子电池正极材料,采用低温熔盐燃烧法合成了LiNi0.5Mn1.5O4粉末。X射线衍射分析表明:使用该方法,将原料在600℃焙烧1h即可获得单相LiNi0.5Mn1.5O4材料,Mg的掺杂有利于产物结晶性的提高。扫描电子显微镜观察表明,LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4的粒径为亚微米级的,且粒径分布均匀。制成电极后电性能研究表明,在3.5～5.0V的电压范围,75mA/g的电流密度下,该材料进行50次充放电循环后,放电比容量没有明显衰减。微量的Mg掺杂,可以提高样品的放电比容量,改善材料的首次充放电效率并提高材料的放电平台。600℃下焙烧5h所制备的LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4首次放电比容量为134(mA·h)/g,在电流密度为75mA/g下进行50次循环后保持率达100%。     

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。     

对甲基苯磺酸钠掺杂聚吡咯/二氧化钛纳米管阵列全电池的电化学储锂性能

采用电化学方法制备了对甲基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯(TsONa/PPy)锂离子电池正极材料和二氧化钛纳米管阵列(TiO_2NT)负极材料。利用扫描电子显微镜和X射线能量色散光谱仪研究了样品的微观结构及形貌,并进一步组装成全电池,利用恒流充–放电和循环伏安(CV)技术测试了其电化学性能。结果表明:对甲基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯正极材料是由直径为3μm左右的微球组成,二氧化钛负极材料则呈现三维有序纳米管阵列形貌,两种电极材料的表面皆凸凹不平;由二者组成的全电池首次放电比容量约为105 mA·h/g,经过50次循环后,可逆放电比容量仍保持在65 mA·h/g,表现了良好的循环稳定性,此外还表现了良好的倍率性能。     

KMn8O16纳米纤维微球及其水系锌离子电池性能研究

电池在充放电过程中，锰基材料会发生材料体积膨胀、锰的溶解、锌的腐蚀以及水的分解等副反应，从而减少电池使用寿命。为抑制二氧化锰体积膨胀，通过一步水热反应合成了由纳米纤维组成的微球嵌钾化合物(KMn₈O₁₆)。结果表明，在3 mol/L ZnSO₄和0.1 mol/L MnSO₄组成的电解液中加入40%（体积分数）的乙二醇（EG）,能一定程度上抑制析氢副反应，同时，EG可以作为低温电解液使用。KMn₈O₁₆纳米纤维微球作为锌离子电池正极材料表现出优异的倍率性能和高的比容量。电流密度为200 mA/g时，经过100次循环，容量约为200 mA·h/g,即使在1 000 mA/g大电流密度下循环200次，容量仍能达到150 mA·h/g。     

磷化钴/氮磷共掺杂碳复合材料的制备及其储锂性能

金属磷化物在储能方面具有优异的电化学性能。然而磷化物电导率低,体积膨胀严重,易导致材料粉化、脱落,影响电池的电化学性能。因此采用盐模板法制备了三维蜂窝状的磷化钴/氮磷共掺杂碳纳米材料(CoP₂/NPC)。三维多孔的纳米结构有利于离子/电子传输,当电流密度为100 mA/g时,循环100圈后,CoP₂/NPC具有560.1 mA·h/g的比容量,当增大电流密度到5 000 mA/g时,其放电比容量仍具有355.3 mA·h/g的稳定容量。     

溶胶凝胶法制备LiNi0．03Mn1．97O4及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiNi0.03Mn1.97O4,使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对合成材料的结构及物理性能进行了表征。将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响。随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差。在750℃下烧结温度12h得到了性能较好的HNi0.03Mn1.97O4,首次放电比容量为118．7mA·h／g,50次循环后,其放电比容量仍保持在101．6mA·h／g,适合作为锂离子电池的正极材料。     

铁掺杂对磷酸锰锂电化学性能的影响

利用球磨-固相烧结法制备出一系列不同铁掺杂量的LiMn(1-x)Fex PO4(x=0~1.0)材料,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜对所得样品结构和形貌进行表征。以所得材料为锂二次电池正极组装电池,并运用恒流充放电、循环伏安对其电化学性能进行测试。结果表明:所得LiMn(1-x)Fex PO4材料均呈现单一均相橄榄石结构;其粒径为50~100nm,粒径分布均匀。未经铁掺杂的LiMnPO4比容量仅为19.3mA·h/g,比能量仅为71.20mW·h/g,经铁掺杂后材料的比容量和比能量都获得显著提高,当x=0.4时,LiMn0.6Fe0.4PO4的比容量为133.6mA·h/g,比能量达到483.58mW·h/g。比容量和比能量随着铁掺杂量的提高而产生的增量分别符合指数递减和倒S型曲线。     

层状二氧化锰材料的制备及其电化学性能研究

以高锰酸钾和5-氨基四唑为原料,采用常压加热法,制备了层状二氧化锰材料。应用X-射线衍射和扫描电镜技术对所得材料的结构和形貌进行表征。结果表明,所得材料具有层状结构,为颗粒状;恒流充放电测试显示,制备材料具有较好的电化学性能,在50 mA/g的电流密度下,首次充电比容量为761 mAh/g,循环50圈后,容量保持率为50%。此外,制备材料具有良好的倍率性能。     

溶胶-凝胶-微波法制备阴阳离子同时掺杂型LiAl_xMn_(2-x)O_yF_z

以LiNO3、Al(NO3)3·9H2O、LiF和MnNO3为原料,通过控制n(Li)/n(Mn)和Al、F掺杂量,溶胶-凝胶-微波法在750℃下合成阴阳离子复合掺杂型Li1.00Al0.05Mn1.95O3.95F0.05电极材料。XRD实验证明Li1.00Al0.05Mn1.95O3.95F0.05为纯尖晶石结构。掺杂适量的Al可以改善材料的循环性能,掺杂氟不但可以不降低材料的初始比容量而且可以显著降低材料在高温使用时的容量损失。Li1.00Al0.05Mn1.95O3.95F0.05在室温条件下的首次放电比容量达到115mAh/g,循环50次后放电比容量仍保持在109mAh/g,即使在55°C的高温,50次的总容量损失率也仅有10.1%。     

新型AB5型氧化合金/碳复合材料作为锂离子电池负极性能研究

对回收的废旧镍氢(MH-Ni)电池负极材料AB5型储氢合金进行改性再利用,经过高温氧化处理和添加改性石墨制成复合材料后,用于高性能锂离子电池负极材料.通过X射线衍射(XBD)和电子显微镜(SEM)对材料进行了简单表征,采用恒电流充放电仪对材料进行电化学性能测试.实验结果表明,所制得的AB5型氧化合金/碳复合材料的首次充...     

高硫石油焦基活性炭的制备及其在二次电池负极材料中的应用

以我国产量较大的山东淄博高硫石油焦为原料,利用KOH活化法,于800℃下通过改变碱焦质量比(质量比为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1)制备得到不同比表面积的高硫石油焦基活性炭(AC-PC-X),利用比表面积分析仪对其孔结构进行了分析,并进一步利用水热法担载Mn₃O₄制备得到AC-PC-X/Mn₃O₄复合材料,分别将AC-PC-X/Mn₃O₄和高硫石油焦基活性炭作为二次电池负极材料分别应用于锂离子电池和钾离子电池中,利用JSM-7001F型热场发射扫描电子显微镜和JEM-2100F型场发射透射电子显微镜观察了负极材料的微观形貌,以及利用LAND CT2001A型电池测试系统和CHI660D型电化学工作站考察了负极材料的性能。结果表明:不同碱焦质量比条件下制备得到的高硫石油焦基活性炭均以微孔结构为主,比表面积随碱焦质量比的增加而增大;碱焦质量比为3∶1时制备得到的高硫石油焦基活性炭(AC-PC-3,比表面积为996m²/g)表现出最佳的长期循环稳定性,比表面积过大或过小的高硫石油焦基活性炭的电化学稳定性均不如ACPC-3的电化学稳定性。在锂离子电池中,AC-PC-3/Mn₃O₄在初始循环中的比容量为907mAh/g,但其循环容量衰减较慢,120次充/放电循环后其稳定比容量为400mAh/g;在钾离子电池中,ACPC-3在500次循环后比容量几乎没有衰减,稳定在95mAh/g。     

磷掺杂葵花盘基活性炭在锂离子电池负极材料中的应用

通过简单水热和活化方法制备磷掺杂葵花盘基活性炭,采用SEM,TEM,BET,Raman,XRD等方法对材料进行表征,将其用作锂离子电池负极材料。结果表明,活性炭材料用作锂离子电池负极材料时比容量高,库伦效率好,循环性能稳定。在500 mA/g的电流密度下,首圈充电容量达1052 mAh/g,库伦效率为48.9%。经200次循环后,容量仍保持在1000 mAh/g以上。     

锰氧化物锂离子筛的掺杂改性及吸附性能研究

以二氧化锰和氢氧化锂为原料,采用高温固相法合成了锂锰氧化物前驱体,再经离子交换技术制备了锰氧化物锂离子筛并用于溶液中Li ⁺的吸附。考察了Al ³⁺和La ³⁺掺杂对锂离子筛结构、形貌和吸锂性能的影响。用粉末X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）对制备产物进行了表征。结果表明,产物为尖晶石型锰氧化物锂离子筛,呈片状形貌,分散性较均匀。Al ³⁺和La ³⁺掺杂后产物仍然保持尖晶石结构,形貌有所变化,分别呈现出不规则的立方体和纳米颗粒。吸附结果表明,掺杂后锰氧化物锂离子筛的吸附容量有所提高。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能研究

以Li3PO4和Fe（3PO4）.28H2O为原料,采用固相法成功制备了锂离子电池正极材料LiFePO4,并讨论了Li3PO4用量对材料的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和充放电测试等手段对最终产物的物相、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,按计量比制备的LiFePO4样品具有较好的电化学性能,以0.1、0.5、1和5 C（1C=150 mA/g）的倍率进行充放电,首次放电比容量分别为135.6、123.8、116.2和56.5 mAh/g。磷酸锂过量8%制备的样品具有较好的高倍率性能,5C时放电比容量为80.3 mAh/g;而磷酸锂过量30%的样品则具有很好的小倍率放电比容量,0.1C时放电比容量为151.1 mAh/g。     

Facile synthesis of MnO/C anode materials for lithium-ion batteries

Cubic MnO with particle sizes of ∼200 nm and ∼600 nm was synthesized by decomposition of MnCO₃. The corresponding MnO/C composite was obtained by thermal treatment of mixture of MnCO₃ and sucrose. The structure and morphology of the products were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Electrochemical experiments showed that the as-prepared MnO/C exhibited promising electrochemical properties, and could potentially be used as anode material in lithium-ion batteries. MnO/C delivered a reversible capacity of about 470 mAh/g after cycling 50 times, when testing at 75 mA/g. The reversible capacity, when tested at 150, 375, 755 mA/g, reached 440, 320, 235 mAh/g, respectively. The good electrochemical performance was ascribed to the smaller particle size and the efficient carbon coating on MnO.     

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的性能研究

富镍正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有高容量的优点,是锂离子电池正极材料最有潜力的材料之一。为确定最佳合成条件,本工作研究了合成温度对材料性能的影响,并详细分析了材料电化学性能衰减的原因以及循环过程中材料结构的变化。采用热重/差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的正极材料进行了物化表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,在低温段500℃保温4 h,高温段750℃保温14 h合成的正极材料NCM750在0.2 C首次放电比容量为186.2 mAh/g,首次充放电效率为82.5%,1 C放电比容量为185.1 mAh/g,100次循环后仍有175.2 mAh/g,容量保持率为95.2%。在此条件下合成的材料具有结构稳定,粒径均匀,电化学性能优异等优点,本工作对富镍正极材料的合成及结构变化进行研究,有助于加深对材料的了解。     

无定型MnO2的合成及其电化学性质研究

在乙醇介质中用恒沸回流法合成纳米颗粒的无定型二氧化锰。无定型二氧化锰首次放电容量为208 mAh.g-1,第五次循环的放电容量为首次的80.6%,即167.6 mAh.g-1。结果表明,无定型二氧化锰具有较好的脱嵌锂性能。