Na_3CrV(PO_4)_3@C钠离子电池正极材料的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了NASICON结构Na_3CrV(PO_4)_3@C钠离子电池正极材料,所包覆的碳源为聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)和柠檬酸。通过XRD、Raman、XPS、TGA、SEM等对材料的结构组成和形貌进行表征,同时组装成扣式电池进行电化学性能测试,观察碳包覆对Na_3CrV(PO_4)_3正极材料电化学性能的改善情况。结果表明,碳包覆之后材料的比容量显著提高,当电压范围为1.3～4.3 V时,材料在1 C的倍率下循环100圈后拥有167 m A·h/g的放电比容量,在20 C大倍率下循环500圈后拥有90 m A·h/g的放电比容量。     

碳纳米管增强三元材料的电化学性能

以碳纳米管(MWCNTs)代替导电碳黑(SP)添加到镍钴锰(LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2)三元材料,制成正极浆料涂覆于铝箔上并组装成扣式电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行结构和性能表征,通过恒流放电和电化学阻抗(EIS)检测电池的电化学性能。分别对掺杂了0.5%、1.%、2%、5%、10%MWCNTs的三元材料进行电化学性能检测,结果显示,5%MWCNTs的三元材料在0.1C放电时,首次和第30次循环的放电比容量分别达到179m A·h/g和167m A·h/g;对比含5%SP的三元材料,放电比容量分别提升了9.9%和8.4%,循环稳定性和倍率性能大幅度提高。以20MPa压力对极片进行密实处理,电极的电化学性能进一步改善,首次和30次循环放电容量分别达到204m A·h/g和187m A·h/g。     

Al_2O_3包覆对三元正极材料结构和性能的影响

为考察Al2O3包覆改性对三元正极材料结构及电性能的影响,在三元正极材料表面沉积了Al(OH)3胶体,制得了系列Al2O3包覆的三元正极材料。对所得产品进行XRD、SEM、TEM表征和电性能测试,并探讨了不同Al2O3包覆量对产物的影响。结果表明,少量的包覆不会影响材料的层状结构,包覆量为0.5%时,正极材料最高放电比容量达到182.0 m Ah·g-1,且循环稳定性佳,重复30次充电、放电,放电比容量仍稳定在175.0 m Ah·g-1左右。     

MgF2包覆对正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响

通过浸渍法在正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面包覆MgF2,通过XRD、SEM、交流阻抗（EIS）分析、充放电测试研究了不同量MgF2包覆对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的结构与电化学性能的影响。结果表明,MgF2以非晶态形式包覆于LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料颗粒的表面,当包覆量为3%（物质的量分数,下同）时,三元正极材料具有优良的电化学性能,在3.0~4.6 V充放电范围内0.1C充放电倍率下,首次放电比容量为196.3 mA·h/g,1C循环50次后容量保持率为95.7%,55 ℃高温下1C循环50次后容量保持率为93.3%。     

不同镍钴锰比对xLi_2MnO_3-(1-x)LiMO_2正极材料的结构和电化学性能的影响

以Na OH和NH3·H2O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 m A·h·g-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 m A·h·g-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 m A·h·g-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

MnO_2改性Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料的电化学性能

通过改良的溶胶–凝胶法(pH=4)制备Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料,然后通过聚乙烯醇(PVA)辅助的悬浮液包覆法利用不同含量的无定形MnO_2对其进行包覆改性,MnO_2的包覆量分别为0%、2%、3%和4%(质量分数)。扫描电子显微镜显示添加适量MnO_2,样品的晶粒尺寸变小且形成片层状形貌。电化学测试表明,包覆MnO_2后的电极材料性能明显好于未包覆样品,且倍率越高,改善性能越明显,当引入3%的MnO_2,正极材料具有最佳的电化学性能。该样品在0.5C倍率下室温首次放电比容量为144.4 mA·h/g,在0.1~5.0 C倍率下进行60个循环后的放电比容量为94.7 mA·h/g(容量保留率56.7%),电荷转移电阻仅为18.9?。     

原料浓度比对T型微反应器共沉淀制备多孔一氧化锰/碳的影响

以一水合硫酸锰、碳酸氢铵为原料,采用T型微反应器共沉淀法制备了球形碳酸锰,以该碳酸锰为前驱体,蔗糖为碳源煅烧后得到球形多孔一氧化锰/碳锂离子电池负极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附-脱附曲线、恒电流充放电测试、交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV)等方法研究了原料浓度比对一氧化锰/碳电极材料的结构、形态和电化学性能的影响。结果表明,首次放电比容量可以达到1 129.69 m A·h/g,第二圈的放电比容量为707.03 m A·h/g,接近于理论比容量,循环50圈以后,容量仍可以保持在576.93 m A·h/g,显示出较好的电化学性能。     

一步合成ZrO_2表面包覆F、Al共掺尖晶石锰酸锂及其性能研究

采用喷雾干燥法制备了形貌规整、粒径分布均匀的球型前驱体,再通过煅烧制备了包覆改性复合掺杂尖晶石锰酸锂材料,利用X射线衍射(XRD)、激光粒度、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、CV测试、EIS分析、充放电测试对其结构和电化学性能进行表征,并探究了不同二氧化锆包覆质量分数对氟铝共掺杂材料性能的影响。结果表明,当二氧化锆包覆质量分数为3%时,0.1 C倍率首次放电比容量为118.5 m A·h/g,1 C倍率循环260次后放电比容量为98.2 m A·h/g,容量保持率为83.2%,相比未包覆样品的循环性能有较大提升。     

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(1.95)Y_(0.05)(Y=O,F,Cl,Br)正极材料的合成及高温电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O1.95Y0.05(Y=O,F,Cl,Br)正极材料,在850℃空气氛围下煅烧20h得到晶型较好的正极材料。以XRD、SEM和充放电测试等手段对材料的晶体结构、表观形貌和电化学性能进行表征。XRD显示F-和Cl-掺杂材料具有高度有序的二维层状结构;充放电测试表明,掺杂F-和Cl-的材料放电比容量、循环性能和倍率性能均优于未掺杂材料,特别是掺杂F-材料在55℃,电压范围为2.0～4.6V,0.15mA电流下首次放电比容量高达207.5mAh/g,且0.9mA电流下第60次循环的容量仍达到165.1mAh/g。掺杂Br-的材料结构稳定性、循环性能和放电比容量均比未掺杂材料差。     

锂离子电池负极材料石墨烯复合氧化铋的电化学性能研究

通过水热法制备Bi_2O_3-rGO复合物作为高性能锂离子电池负极材料。Bi_2O_3颗粒均匀分布在石墨烯片层中,形成网络结构。Bi_2O_3-rGO复合物负极材料表现出了优异的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下,首次放电比容量为1 438.6 m A·h/g,循环100次后容量为312.1 m A·h/g,高于未包覆的Bi_2O_3粉末(首次放电比容量为1 709.6 m A·h/g,循环100次后容量为47 m A·h/g),且在800 m A/g的电流密度下,容量仍有239.1 m A·h/g。Bi_2O_3-rGO复合物优异的电化学性能主要归因于高的电子导电率、大的比表面积及低程度的结构坍塌。     

高功率型异质结构尖晶石/层状正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2制备及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法制备了一系列(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)异质结构的尖晶石/层状复合正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了系统研究。结果表明,x=0.2的材料具有最佳的高倍率性能和长循环稳定性。在2.7~4.5 V,1C下循环100次后(1 C=180 m A?g~(-1)),放电比容量为144 m Ah?g-1,容量保持率为92%;在10 C时的放电比容量仍能达到126 m Ah?g~(-1),相比于原始LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的放电比容量(73 m Ah?g~(-1))有较大提高。此外,该材料的储能能力也非常突出,在0.1和10 C时的比能量密度分别为733.44和437.21 W×h?kg~(-1)。     

高取向富锂正极材料的合成及电化学性能

以六亚甲基四胺(HMT)为导向剂,通过水热法,在不同温度下合成了六边形薄片状的高取向三元前驱体NixCoyMn1-x-y(OH)2,采用氯化钾与氯化钠的混合熔盐法对前驱体进行煅烧后得到高取向富锂正极材料。经X射线衍射、扫描电镜等表征,材料具有良好的层状结构,在(003)晶面具有很高的择优取向。电化学测试结果表明,在0.1 C倍率下(20 m A/g),材料的首次放电容量为282.5 m A·h/g;1 C倍率下经30次循环放电容量从195.7 m A·h/g降至178.8 m A·h/g,容量保持率为91.4%;当倍率分别为2 C和5 C时,材料的放电容量分别为150.6 m A·h/g和110.0 m A·h/g。材料具有良好的循环稳定性和倍率性能。     

氧化铟包覆镍锰酸锂正极材料的电化学性能研究

为改善镍锰酸锂的电化学性能,以硝酸铟(In(NO₃)₃·H₂O)为原料,通过高温固相法在镍锰酸锂电极材料表面包覆一层惰性氧化铟(In₂O₃),并研究不同In₂O₃包覆量对镍锰酸锂复合材料的电化学性能的影响。XRD测试结果显示,包覆氧化铟并不会改变正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄自身结构。当包覆量为7%时,在0.1 mA的测试电流下首次放电比容量为134.21 mAh/g,明显高于未涂覆材料(115.65 mAh/g),100次循环后容量为128.4 mAh/g,容量保持率为95.67%;在0.5 mA的测试电流条件下,首次放电比容量为78.13 mAh/g, 100次循环后比容量为56.25 mAh/g,容量保持率为64.44%。In₂O₃包覆起到保护材料和促进离子传导的作用,可有效提高正极材料的电化学性能。     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料不同温度下电化学性能研究

利用溶胶-凝胶高温法制得三元正极材料Li LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，在不同的温度条件下，系统的研究了材料的电化学性能。研究发现，该材料在环境温度为25、45、75℃条件下，首次放电容量分别为139.5、129.7、97.8mAh·g，第20周放电容量分别为133.2、120.9、87.8mAh·g^-1,20周循环容量保持率分别为95.5%、93.2%、89.8%。表明该材料具有优越的循环性能和高温稳定性能。     

LiAlO_2包覆尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

采用超声辅助溶液法在尖晶石Li Mn_2O_4表面包覆LiAlO_2。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电及交流阻抗技术分析合成材料的结构、粒径、形貌及电化学性能。XRD测试结果表明:LiAlO_2包覆Li Mn_2O_4与Li Mn_2O_4的X射线衍射结果相差不大,包覆后的样品仍为尖晶石结构,没有出现杂质相。室温下0.2 C充放电时,包覆0.5%、1%、3%LiAlO_2的LiMn_2O_4首次放电比容量分别为123.3、120.2 m A·h/g和118.7 m A·h/g,低于未包覆Li Mn_2O_4的125.4 m A·h/g,但在1C和5C高倍率下,包覆3%LiAl O_2的Li Mn_2O_4放电比容量分别为107.8 m A·h/g和85.6 m A·h/g,高于未包覆的104.2 m A·h/g和64.1 m A·h/g。室温下以1 C倍率循环50次后,表面包覆3%LiAlO_2的Li Mn_2O_4的容量保持率比未包覆高出2.9%。     

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。     

球形MnO/GO复合材料制备及锂离子电池性能研究

利用简单的溶剂热法,以四水合乙酸锰为锰源、尿素为沉淀剂,在氧化石墨烯(GO)存在条件下,一步制得了球形碳酸锰与GO组成的前驱物。该前驱物在氮气氛围中于500℃煅烧4 h,成功转化为由一氧化锰(Mn O)微球与GO组成的复合材料Mn O/GO。利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)分别对材料的物相和形貌进行了表征,并对材料的锂电性能进行了研究。结果表明:复合材料首次放电比容量为1 326.8 m A·h/g(0.1 A/g,0.01~3.00 V);在电流密度为0.2 A/g条件下,循环100次后材料的放电比容量仍能保持在626.5 m A·h/g。复合材料的电化学性能较单一Mn O微球有显著提高。     

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%。     

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。     

不同铝源对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的包覆改性研究

分别以纳米氧化铝、氢氧化铝及异丙醇铝为原料,采用液相浸渍法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料进行氧化铝包覆,考察不同包覆源在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料表面进行氧化铝包覆后对材料电化学性能的影响。SEM及XRD结果显示,产物为层状α-NaFeO2结构,氧化铝均匀包覆在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料表面。充放电性能测试结果表明,在3种铝源中,以异丙醇铝为包覆源的材料性能最佳：在3.0~4.6 V的电压下,0.1 C倍率下首次放电比容量为196.1 mA·h/g, 1 C下循环50周后容量保持率为95.6%。