高性能正极材料LiFePO_4的制备及表征

采用颗粒纳米化技术与雾化干燥相结合的方法合成了高性能的LiFe_(0.98)Ti_(0.02)PO_(4-x)F_x/C(x=0.00,0.02)正极材料。利用X-ray粉末衍射仪、场发射扫描电子显微镜和蓝电测试系统对合成材料的晶体结构、颗粒形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,采用该方法可明显降低一次颗粒粒径,同时引入Ti-F掺杂可进一步提高产品的电化学性能。LiFe_(0.98)Ti_(0.02)PO_(3.98)F_(0.02)/C表现出最好的电化学性能,其0.1C首次放电比容量和库伦效率分别为163.9mAh/g和97.3%;1C放电比容量为144.3mAh/g,循环50次后容量保持率为98.8%,表现出了较高放电比容量和良好的循环性能。     

一维纳米LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2纤维的合成及性能研究

通过静电纺丝法制备出一维纳米Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2纤维,根据扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、充放电实验,循环伏安法和交流阻抗法对纳米纤维的形貌、晶体结构和电化学性能进行研究.结果表明,纳米纤维的直径在150~300 nm之间,且具有典型的α-Na Fe O2层状结构;所制备的Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维在0.5 C(85 m A/g)的倍率下循环30次容量保持率达到了94.1%;在倍率分别为0.1 C、0.2 C、0.5 C、1.0 C、2.0 C和0.2 C的充放电测试中,其比容量分别达到了157 m Ah/g、144 m Ah/g、134 m Ah/g、125 m Ah/g、115 m Ah/g和141 m Ah/g;在CV和EIS测试中,材料表现出优异的可逆性和循环稳定性.由于具有特殊的一维形貌,Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维表现出优异的电化学性能.     

高能球磨对LiVPO_4F/C的合成及电化学性能的影响

本文采用高能球磨法制备了Li VPO4F/C正极材料,并研究了不同球磨时间以及预烧结的次序对Li VPO4F/C晶体结构、物理和电化学性能的影响。实验结果表明,先球磨后预烧结合成的Li VPO4F/C的颗粒细小、均匀,形貌为类球形;Li VPO4F/C的颗粒大小随着球磨时间的增加先减小后团聚长大;Li VPO4F/C在0.1 C下的首次放电比容量和50次循环后的容量保持率随着球磨时间的增加先增大后减少;球磨后预烧结和球磨前预烧结两种方式合成的Li VPO4F/C正极材料在0.1 C下的首次放电容量分别为133.2 m Ah/g和128.3 m Ah/g,库伦效率分别为97.5%、94.7%,50次循环后,容量衰减率分别为1.8%、4.6%。     

燃烧合成LiFe_(1-x)Mn_xPO_4正极材料的研究

以MnCO_3为Mn源,采用热爆工艺合成LiFePO_4,研究不同添加量的MnCO_3对LiFePO_4性能的影响。结果表明,掺杂量x=0.05时LiFe_(0.95)Mn_(0.05)PO_4衍射峰峰强和半高宽为最佳;SEM测试显示,掺杂产物的颗粒分散最好,颗粒均匀;掺杂产物在0.1 C倍率下的首次充放电比容量分别为154.9 mAh/g和138.5 mAh/g,较纯LiFePO_4的首次充放电比容量有较大提高;在经过50次循环后放电比容量保持率为86.45%,在0.2 C、0.5 C和1 C倍率下的首次放电比容量分别为129 mAh/g、109.4 m Ah/g和86.9 mAh/g。     

Li_(1.07)(Ni_(0.4)Mn_(0.53))_(1-x)Al_xO_2正极材料的合成与性能

采用共沉淀法结合高温固相法制备Li1.07(Ni0.4Mn0.53)1-xAlx O2正极材料,利用SEM,XRD对所得试样的形貌和晶体结构进行表征,并研究材料的电化学性能.结果表明,少量Al的掺入减小材料的颗粒尺寸,降低材料的放电比容量,但可以提高材料的循环稳定性和倍率性能.其中x=0.01时所得试样在25℃,2.75~4.2 V,0.5 C倍率下的首次放电比容量为125.1 m Ah/g,100次循环后的容量保持率达到99.5%.此外,掺入适量Al后可以降低Li+在材料中的电荷传递阻抗,改善材料的低温放电性能.     

烧结工艺对锂离子电池正极材料磷酸钒锂结构和电化学性能的影响

磷酸钒锂因其具有较高的能量密度、良好的结构稳定性、安全性能以及低温性能而成为潜在的、最具有前途的锂离子电池正极材料。以LiOH·H_2O作为Li源,以V_2O_5作为V源,以NH_4H_2PO_4提供磷酸根,以柠檬酸为还原剂进行配料并球磨后通过碳热还原法制备Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料。通过XRD、恒电流充放电等测试手段研究了烧结温度和烧结时间对Li_3V_2(PO_4)_3正极材料结构及电化学性能的影响,通过多次试验获得制备性能优良的单斜Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的最佳烧结工艺参数。结果表明850℃、10 h合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C样品的结晶度最好,晶型最完整,结构最稳定,极化最低,放电比容量最高,循环性能最好。在电压范围3.0～4.3 V和0.1 C倍率下,其首次放电比容量为119 mAh/g,经过15次循环后其放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为99.7%。     

固相合成锂离子电池正极材料LiMn_(1-x)Fe_xPO_4/C的结构与电化学性能

以葡萄糖为碳源,对LiH2PO4、MnCO3、FeC2O4与葡萄糖等反应物进行湿法球磨,随后在750℃温度下煅烧,通过固相反应实现对LiMnPO4的铁离子掺杂和碳包覆改性,得到锂离子电池正极材料LiMn1-xFexPO4/C(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及电化学测试等手段研究铁离子掺杂量对磷酸锰锂的晶体结构、微观形貌与电性能的影响。结果表明,LiMn0.9Fe0.1PO4/C结晶度良好,颗粒较均匀细小,具有较好的电化学性能,0.05C倍率下的首次放电比容量达到110(mA·h)/g,经过30次循环后,放电比容量约80(mA·h)/g。     

固相法合成锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)/C

以Li2CO3、TiO2和硬脂酸为原料,采用高温固相法制备出Li4Ti5O12/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电测试等测试方法对Li4Ti5O12的结构、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明:硬脂酸的添加使合成的Li4Ti5O12/C复合材料具有良好的高倍率电化学性能,其0.1C倍率下首次放电比容量达到153.6mAh/g,在2C倍率下首次放电比容量可达到134.4mAh/g。     

粉末冶金法制备La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.5-x)Mn_x(x=0-0.4)合金及其电化学贮氢性能研究

为了改善稀土系A_2B_7型贮氢合金的电化学贮氢性能,采用粉末冶金方法制备的La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.5-x)Mn_x(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)贮氢合金,研究少量Mn替代Ni对合金相结构和电化学性能的影响。结果表明:合金由La Ni5、La2Ni7两相组成,随着Mn含量的增加,两相晶胞逐渐膨胀。Mn的加入能显著改善合金的电化学性能,然而过高的Mn含量会对合金的放电性能带来不利影响。其中La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.2)Mn_(0.3)合金电极的最大放电容量为362.3m Ah/g,经过100次循环后容量保持率为69.5%。此外,合金电极的高倍率放电性能、线性极化曲线以及电化学交流阻抗谱的测试均表明合金的电化学动力学性能随着Mn含量的增加先增大而后减小。     

NaHCO_3对水热合成磷酸铁锂的组织结构与性能的影响

以Li2CO3、NaHCO3、FeC2O4·2H2O和NH4H2PO4为原料,采用水热法制备LiFePO4,溶液中几种离子的物质的量比n(Li1+):n(Na+):n(Fe2+):n(PO43+)为1:x:1:1(x=0、0.1、0.2、0.3和0.5)。采用聚乙烯醇为碳源,对LiFePO4粉末进行高温碳化包覆处理,得到LiFePO4/C复合正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱、激光粒度仪和恒流充放电技术研究水热溶液中NaHCO3的浓度x对LiFePO4的形貌和电性能的影响。结果表明:LiFePO4的粒度随NaHCO3浓度增加而减小,x从0增加到0.5时LiFePO4的粒度从8.08μm降低至3.06μm;当x=0和0.1时水热反应后存在未反应完的草酸亚铁杂质,当x=0.2、0.3和0.5时,LiFePO4粉末为纯相;当x=0.5时粉末表现出良好的电化学性能,其振实密度达到1.15 g/cm3,室温下0.1C倍率下放电的放电比容量达到144.1(mA·h)/g,1C倍率下放电的放电比容量保持在118.2(mA·h)/g。     

冷冻干燥法制备高性能电池级正极材料磷酸铁锂

以LiOH·H_2O为Li源,FeNO_3·9H_2O为Fe源,NH_4H_2PO_4提供磷酸根,柠檬酸作为碳源和螯合剂进行配料,采用简单的制备工艺冷冻干燥法合成了电池级正极材料磷酸铁锂粉末。通过XRD物相表征、电池充放电和循环伏安等测试手段探究了烧结工艺对碳包覆磷酸铁锂(LiFePO_4/C)正极材料的结晶性及电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度为750℃时获得的正极材料LiFePO_4/C电化学性能表现最好,在不同电流密度下0.1C、0.2C、1C、2C和5C的放电比容量分别为150.5、142.2、128.1、117.8和105.4 mAh/g。     

层状锰酸锂材料制备及性能研究

目前国内外锂离子电池正极材料规模化的有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂,锰系材料资源丰富、价格低廉、对环境无污染,锰酸锂具有尖晶石和层状两种结构,而层状LiMnO2具有无毒、安全、理论容量高等优点,已成为目前研究的热点。以专用的MnO2与电池级Li2CO3为原料,采用高温固相法,对材料进行合成,得到了合成层状锰酸锂的最佳条件为:原料中锂锰摩尔比为1.03∶1,氩气保护气氛下,合成温度为800℃,合成反应的恒温时间为10 h。材料在0.1C的初始充电比容量为235.6 m Ah/g,放电比容量可达148.4 m Ah/g,0.1C下放电时,材料循环20次时,材料的放电比容量约为160 m Ah/g;当材料在0.2C放电时,放电比容量120 m Ah/g以上。但纯相的LiMnO2材料高倍率充放电性能较差,目前距离商业化还有一定的距离。     

高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

将Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原,制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析,对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征,并测试其电化学性能。结果表明,通过高温氢还原,氧化石墨烯全部还原为石墨烯,无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面,形成层状复合结构;与纯纳米硅粉相比,Si/G复合材料的电化学性能明显提高,在300 m A/g电流密度下,首次放电比容量为2 915.0(m A·h)/g,首次充电比容量为1 080.5(m A·h)/g,20次循环后比容量稳定在969.6(m A·h)/g,库伦效率为99.8%;而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4(m A·h)/g,20次循环后比容量仅为6.4(m A·h)/g。     

无定形Li-Mn-Al-Co-O前驱体制备改性尖晶石锰酸锂

采用水热法合成了无定形Li-Mn-Al-Co-O前驱体,经过后续热处理制备了Al-Co复合掺杂LiMn_2O_4正极材料Li_(1.035)Co_(0.02)Al_(0.025)Mn_(1.92)0O_4,并对其物理及电化学性能进行了测试。SEM、XRD结果表明:Al-Co的掺入对尖晶石锰酸锂的形貌和晶体结构会有微弱影响。电化学测试结果表明:Al-Co掺杂后,材料的循环性能和倍率性能都获得了显著的改善,其在0.5 C下的首次放电容量为113.9 m A.h/g,经过100次循环后比容量保持率仍然有92.4%,8 C下容量依然高达85.5 m A·h/g。     

铝掺杂磷酸钒锂的制备及电化学性能研究

针对磷酸钒锂电导率低的问题,以硝酸锂、偏钒酸铵、磷酸二氢铵为原料,甘氨酸为络合剂和燃料,葡萄糖为碳源,硝酸铝为铝源,采用溶液燃烧合成法制备铝掺杂的Li_3V_2(PO_4)_3/C粉末,以改善其电化学性能。将制备得到的铝掺杂的Li_3V_2(PO_4)_3/C粉末作为锂离子电池正极材组装成电池进行了恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等电化学性能测试。结果表明:铝掺杂能有效提高磷酸钒锂电导率,不同的铝掺杂比例的磷酸钒锂具有不同的的电子电导率和锂离子扩散速率,从而具有不同的放电比容量、循环性能和倍率性能;当铝掺杂含量为1%时,磷酸钒锂具有最优的电化学性能,在充放电速度为10C循环500次后放电容量为104.6 mAh/g。     

燃烧合成LiFe1-xMnxPO4正极材料的研究北大核心

以MnCO3为Mn源,采用热爆工艺合成LiFePO4,研究不同添加量的MnCO3对LiFePO4性能的影响。结果表明,掺杂量x=0.05时LiFe0.95Mn0.05PO4衍射峰峰强和半高宽为最佳;SEM测试显示,掺杂产物的颗粒分散最好,颗粒均匀;掺杂产物在0.1 C倍率下的首次充放电比容量分别为154.9 mAh/g和138.5 mAh/g,较纯LiFePO4的首次充放电比容量有较大提高;在经过50次循环后放电比容量保持率为86.45%,在0.2 C、0.5 C和1 C倍率下的首次放电比容量分别为129 mAh/g、109.4 m Ah/g和86.9 mAh/g。     

不同水性粘结剂在LiFePO_4电极中的应用

采用常见商业水性粘结剂CMC(羧甲基纤维素钠)、SBR(丁苯橡胶)、LA133、Alg(海藻酸钠)和自主研发的磷酸铁锂材料制备了电极,并采用扫描电镜(SEM)、恒流充放电、X射线衍射(XRD)等测试方法考察了不同水性粘结剂制备的磷酸铁锂电极的微观形貌、电化学性能及循环前后电极材料的结构变化。实验结果表明,粘结剂溶液的粘度、粘结剂的柔韧性及粘结剂在锂离子电池中的电化学稳定性等均对所制备电极的电化学性能影响较大。相比而言,在2.0~4.2 V的电压范围内,由CMC/SBR(4∶6)复合粘结剂制备的磷酸铁锂电极具有最优的电化学性能。在34 m A·g~(-1)(0.2C)的电流密度下,该电极的首周放电比容量为~163.8 m Ah·g~(-1),首次库伦效率为96.8%;在85 m A·g~(-1)(0.5C)的电流密度下该电极的放电比容量约为156 m Ah·g~(-1)且恒流充放150周后电极的容量保持率为97%;当电流密度高达850 m A·g~(-1)(5.0C)时,电极仍可发挥出~115 m Ah·g~(-1)的放电比容量,表现出较好的应用前景。     

溶胶—凝胶法制备钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3

为了探究制备优异性能的钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3(NVP),利用溶胶—凝胶法合成了一种新型改性的碳包覆的磷酸钒钠复合材料。利用X射线衍射(XRD)对样品进行了晶体结构和物相分析;使用傅里叶红外光谱(FTIR)对样品的谱学性质和基团成分进行了分析;采用扫描电镜(SEM)对样品的表观形貌和粒度进行了表征;利用热重分析仪(TGA)对样品的含碳量进行了检测;采用充放电测试系统对材料电化学性能进行了评价。结果显示,样品NVP颗粒大小在1~3μm且表面被无定形碳包覆(NVP/C);在2.5~3.8 V电压范围内1 C倍率下的首次放电容量为110 m Ah/g,为理论容量的93.5%。此外,样品NVP/C在50 C倍率下释放的容量为54m Ah/g,表现出优异的倍率性能。     

Si4+掺杂对富锂Li[Li0.15Mn0.575Ni0.275]1-xSixO2材料性能的影响

利用共沉淀合成的锰镍氢氧化物前躯体,采用Si掺杂合成Li[Li0.15Mn0.575Ni0.275]1-xSixO2(0≤x≤4%)正极材料.用X射线衍射和扫描电镜对合成的粉末样品进行了表征,研究了材料的电化学性能.通过掺杂样品的晶胞参数及电化学性能研究发现:少量的Si4+掺杂可有效提高材料的循环性能;随掺杂量的增大,晶格畸变增大,半高宽变大;其中掺量x=1%的材料电化学性能最佳,4.2 V首次放电容量为146.7 mAh/g,经200次循环放电容量仍保持在135.7 mAh/g,容量保持率为92%.     

LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的合成与性能

采用共沉淀-高温固相法制备LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2锂离子正极材料,并使用X 射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）技术分别表征其结构和形貌.然后将所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料组装成扣式电池,并表征其电化学性能,探讨烧结温度和锂配量对其电化学性能的影响.结果表明：所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的放电比容量随烧结温度的升高而增大,且在900℃时表现出最佳的电化学性能.室温下,1C倍率下,锂配量(n(Li)/n(Ni+ Co+ Mn)=1.09)时,正极材料的首次放电容量为143.7 mAh/g,50次循环后,正极材料的放电比容量仍有141.3 mAh/g,容量保持率为98.3%.