Microstructure and energy storage properties of Li1.2[Mn0.52-0.5xNi0.20-0.5xCo0.08+x]O2 cathode materials

以碳酸钠为沉淀剂,乳酸钠为络合剂合成碳酸盐前驱体,950℃烧结制备了Li_1.2[Mn_0.52-0.5xNi_0.20-0.5xCo_0.08+x]O₂（x=0, 0.02, 0.04, 0.06）系列材料,探讨元素含量变化对材料的结构、形貌、充放电性能的影响。研究结果表明：随着x的增大,材料的晶格常数c/a比值增加,层状结构更加完整。当x=0.02时,该材料的充放电性能最优,其首次放电容量为261.0 mA·h/g,0.5C下循环100次后的放电容量仍有189.9 mA·h/g,容量保持率高达98.85%,2C倍率下放电容量最高达到157.6 mA·h/g。进一步增大x值时,由于Co含量的上升,使得更多的Co^3+/4+ 2g轨道与O^2- 2p轨道发生带隙重叠,从而使得材料的比容量和循环性能下降。     

La掺杂对523型镍钴锰酸锂正极材料电化学性能的影响

文章研究了稀土元素La掺杂对镍钴锰酸锂Li Ni_(0.5-x)La_xCo_(0.2)Mn_(0.3)O_2(x=0,0.05,0.08,0.12)的物相和电化学性能的影响。利用液相共沉淀法+固相煅烧工艺制备了目标产物,并综合利用XRD、恒电流充放电技术及交流阻抗技术对材料物理和电化学性能进行了表征。La掺杂量x=0.05样品的首次放电比容量为152.6 mAh/g,库伦效率为93.6%,在1C电流密度下,经过30次电化学循环后的容量保持率为95.9%;在5C充放电电流密度下,掺杂样品的放电比容量为115.3 mAh/g,达到0.2C下放电比容量的76.4%。La掺杂增加了三元材料沿c轴方向的晶格常数,为锂离子在晶格内部的脱嵌提供了更大的空间,提高了锂离子在晶体中的扩散速度,从而显著增强了材料高倍率充放电性能。     

喷雾干燥法制备石墨烯包覆富锂锰基材料Li1.22Mn0.52Ni0.26O2及其电化学性质

本工作采用喷雾干燥法制备了小片径石墨烯包覆的Li1.22Mn0.52Ni0.26O2富锂锰基材料(G-LNMO),系统研究了包覆前后材料的晶体结构、微观形貌及电化学性质.扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)结果表明,该方法实现了石墨烯对富锂锰基材料(LNMO)的均匀包覆.充放电测试表明,石墨烯包覆后将LNMO材料在0.1 C和1 C倍率下的放电容量分别从199.8 mA·h/g和87.1 mA·h/g提升至220.2 mA·h/g和117.6 mA·h/g.在0.5 C倍率下经过100次循环后,G-LNMO材料的容量保持率为88％,相比于LNMO材料提升了17％.电池充放电曲线及电化学阻抗分析显示,石墨烯包覆能够显著提升电极动力学,降低电池在充放电过程中的极化,减缓电极/电解液界面副反应的发生,进而提升材料的循环稳定性和倍率性能.     

Ca/Cu共掺杂的O3-NaFe0.5Mn0.5O2钠离子电池正极材料的电化学性能研究

层状过渡金属氧化物由于其较高的理论比容量和较低的经济成本,被视为一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。采用溶胶-凝胶法和热处理的方式,制备Ca/Cu共掺杂的铁锰基层状氧化物(O3-Na_0.9Ca_0.05Fe_0.45Mn_0.45Cu_0.1O₂)。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对该O3型铁锰基层状氧化物正极材料进行表征分析。结果表明,在32 mA/g电流密度下该材料具有205.2 m A·h/g的高比容量,循环50圈之后仍具有67.64%的容量保持率,在160 m A/g下循环100圈后依然具有81.4 m A·h/g的放电比容量。由于Ca的掺入,引起Na⁺空位的增加,并且Cu的掺入提高了Mn的价态,从而提高了Na⁺的扩散速率,抑制了Mn³⁺的Jahn-Teller效应,缓解了晶格应力,有效提高了材料的结构稳...     

Ni_xCo_(1–x)(OH)_2干凝胶电性能及其循环稳定性

研究了NixCo1–x(OH)2干凝胶中钴含量对其电性能及循环稳定性的影响。用溶胶-凝胶法制备了NixCo1–x(OH)2干凝胶材料,用液氮吸附、XPS和XRD研究了含钴Ni(OH)2干凝胶的组成和结构,用恒电流技术研究了它们的电容性能。结果表明,NixCo1–x(OH)2干凝胶具有较高的比表面积和丰富的中孔;添加钴改善了NixCo1–x(OH)2干凝胶的倍率性能,当钴含量达到24%时效果最佳;充放电后CoxNi1–x(OH)2干凝胶的晶态结构仍是β-Ni(OH)2晶相结构,钴含量20%以上的CoxNi1–x(OH)2干凝胶充放电后微晶尺寸变化不明显;组成的活性炭/Ni0.76Co0.24(OH)2干凝胶电容器20 m A/cm2充放电循环时,库仑效率达到95%以上,循环100000次以上,电容器的比容量仍保持在90%以上。在长循环过程中,Ni0.76Co0.24(OH)2干凝胶的微晶尺寸变化不大,微晶晶胞a轴逐渐变大、c轴逐渐缩小,晶胞参数趋向理想的β-Ni(OH)2晶体。     

高功率锂离子电池软/硬复合碳负极材料CSCD

为了满足储能市场对高功率电池的需求,开发具有高功率性能的锂离子电池负极材料成为必然发展趋势。本文通过湿式合成法将软碳和硬碳的前驱体进行复合,开发了一种新型的复合碳锂离子电池负极材料。考察了其克比容量、库仑效率、倍率性能以及循环稳定性。用X射线粉末衍射(XRD)、拉曼、扫描电镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对所制备的复合碳材料的结构和表面形貌进行表征。结果表明,该复合碳材料同时具有软碳和硬碳的优点,且性能优于机械混合碳,在保持高比容量和高效率的前提下,倍率性能尤为突出,其2C容量可达154 m A·h/g,且2C/0.2C的容量保持率为64.2%;同时0.2C克比容量为240 m A·h/g,库仑效率为82%。经过5C充放电后,恢复0.2C小电流充放电后,容量保持率达99.8%,循环稳定性很好。XRD、拉曼以及透射电子显微镜的表征结果均表明软、硬碳在复合过程中不只是简单机械共混而是具有协同效应。     

一种新型水系锌离子电池正极材料NiCo_(2)O_(4)的制备和电化学性能北大核心CSCD

水系锌离子电池的能量密度高、稳定性好、安全系数高。NiCo_(2)O_(4)材料作为双过渡金属氧化物,其导电性能和电化学活性都很出色,本工作首次采用NiCo_(2)O_(4)材料作为水系锌离子电池的正极。采取了溶胶-凝胶法加煅烧热方法制备出立体尖晶石状的NiCo_(2)O_(4)材料,借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析技术(EDS)和电化学技术等表征测试手段,分析这种新型水系锌离子电池正极材料的形貌和电化学性能。结果表明,立体尖晶石状的NiCo_(2)O_(4)材料有着优良的纯度和结晶性,颗粒分散均匀,没有团聚,无杂质且具有良好稳定的充放电性能。电极在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量为92 mA·h/g,100圈充放电测试后放电比容量为60 mA·h/g,200圈后,放电比容量保持在44 mA·h/g。但在循环倍率测试中发现,当电流密度较大时,NiCo_(2)O_(4)电极产生了27 mA·h/g的衰减,在一定程度上有着不可逆的冲击破坏。本研究有助于推动水性锌离子电池电极的应用,为高性能水性锌离子电池电极材料的研发提供实验依据。     

Al掺杂锰酸锂材料在水系锂离子电池中的循环稳定性

水系锂离子电池具有优良的安全性能和高离子导电性等优点,得到了广泛研究.LiMn2O4材料在水系锂离子电池中较差的循环稳定性使其应用受到限制.为了改善这一缺陷,以乙炔黑为模板,采用简单的高温固相法合成了Al掺杂的LiMn2O4材料(LiMn1.9Al0.1O4),并应用于水系锂离子全电池中.实验结果表明,在0.1 A/g的电流密度下,LiMn2O4材料放电比容量高达125.5 mA·h/g,略高于LiMn1.9Al0.1O4材料的比容量(121.6 mA·h/g).在0.1 A/g电流密度下,经200次循环LiMn1.9Al0.1O4材料的容量保持率(90％)高于LiMn2O4材料(78％).将电流密度提升到1 A/g经500次循环后LiMn1.9Al0.1O4和LiMn2O4材料的容量保持率分别为88％和57％.上述结果表明Al掺杂的锰酸锂材料在水系锂离子电池中的循环稳定性以及倍率性能均有明显提高,说明Al的掺杂能显著提升锰酸锂正极材料的结构稳定性,并且能够缓解Mn的溶解和抑制Jahn-Teller效应,改善循环性能.     

Nb掺杂Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F空心微球钠离子电池正极材料的制备与性能北大核心CSCD

Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量,是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚,且本征电导率低,导致材料的实际比容量较小,倍率性能和循环性能有待提高。通过离子掺杂以及合成具有微纳结构的材料可以有效提高这类材料的结构稳定性和电导率。本工作首次报道了多元醇辅助水热法合成具有空心微球结构的Nb5+掺杂NVOPF[NVNOPF,Na_(3)V_(2-x)NbxO_(2)(PO_(4))2F(0≤x≤0.15)]材料。所制备的NVOPF和NVNOPF是尺寸为0.7~1.0μm的具有中空结构的微球。可以发现微球由尺寸小于100 nm的纳米颗粒组成。纳米颗粒缩短钠离子的扩散距离,并且缓冲了由于钠离子的嵌入/脱出所导致的体积变化,提高了材料的循环稳定性。同时,掺杂Nb5+增大了NVOPF的晶格参数,增大了Na+扩散通道,将Na+在NVOPF中的固相扩散系数由Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F的6.46×10^(-16)cm^(2)/s提高至Na3V1.90Nb0.10O2(PO_(4))_(2)F的3.52×10^(-15)cm^(2)/s。Na_(3)V_(1.90)Nb_(0.10)O_(2)(PO_(4))_(2)F材料以0.1 C倍率放电,首次放电比容量达126.4 mAh/g;以10 C倍率放电,初始比容量为98.1 mAh/g,500周循环后的容量保持率为95.2%,明显优于未掺杂材料的66.8%。研究结果显示掺杂Nb5+的空心球形微纳结构有效提高了NVOPF材料的电化学性能和循环稳定性。     

超临界水热结合固相煅烧法制备LiMn_2O_4正极材料

利用超临界水热结合后续煅烧处理的方法制备了锂离子电池正极材料LiMn2O4,并详细讨论了超临界水热反应过程中反应压力、反应温度和后续处理煅烧温度对LiMn2O4材料晶型、颗粒形貌和电化学性能的影响。实验结果表明,LiMn2O4材料在400℃、30 MPa下反应15 min,后续经过700℃煅烧3 h得到的样品具有结晶度良好、颗粒分布均匀等优点。LiMn2O4材料制备的扣式电池表现出优异的电化学性能,0.1 C倍率下初始放电比容量为125 m A·h/g;1 C下循环50周同样表现出良好的电化学性能。     

高倍率双层碳包覆硅基复合材料的制备研究CSCD

硅材料作为锂离子电池负极材料具有4200 mA·h/g的超高理论比容量,也因此成为了科研机构和高校的研究热点。但是硅基材料在脱嵌锂的过程中有着巨大的体积变化,膨胀收缩率达300%,这造成了电池在充放电过程中电极材料迅速坍塌,导致了电池的循环寿命大大缩短。为了解决这一问题,本文研究了一种通过水热方法,使石墨烯和碳、硅形成一个双层包覆的三维导电网络结构。实验证明,这种Si/C/G(Si/carbon/graphene)三层结构作为锂离子电池负极材料,表现出了优越的电化学性能,比如超长循环寿命、超大充放电倍率等。这种结构的电极片以0.2 A/g的电流密度充放循环50次,比容量在2469 mA·h/g以上;2 A/g的电流密度充放循环300次,比容量保持在1500 mA·h/g以上;此外在超大电流密度32 A/g的情况下测试,比容量保持在471 mA·h/g,并且具有超强的恢复能力,表现出了卓越的倍率性能,说明这种三维导电网络结构复合材料增加了原始材料的强度韧性及导电性。可见,本工作采用的方法、设计的复合材料结构在很大程度上抑制了硅材料作为负极材料的体积效应,在锂离子电池电极材料的研究发展上具有一定的借鉴意义。     

Lix(Mg,Ni,Zn,Cu,Co)1-xO高熵氧化物负极材料电化学储锂特性

高熵氧化物是一种新型单相固溶体材料,作为转换反应类型的锂离子电池负极材料近年来受到了广泛关注。本工作通过氧化物与LiH固相加热反应合成了预锂化的单相Lix(Mg,Ni,Zn,Cu,Co)1-xO(x=0,0.08,0.16,0.2)高熵氧化物负极材料,并研究了其电化学储锂特性。结果表明,低价态Li+在晶格中引入以及电荷补偿作用使得高熵氧化物中形成Co³⁺、Ni³⁺和氧空位,高价态Co³⁺和Ni³⁺的存在提高了转换反应的电子转移数;氧空位的形成提升了高熵氧化物的导电能力,有利于提高转换反应动力学;同时,非活性Mg2+充当缓冲基质保证了电化学过程中的结构稳定性。因此,预锂化的Li0.16(Mg,Ni,Zn,Cu,Co)0.84O高熵氧化物负极材料在100 mA/g的电流密度下表现出679 mAh/g的高可逆比容量,63.7%的首次库仑效率,较小的电极极化(充放电平台电压差为-0.9 V),并且在1000 mA/g的高电流密度下,800次循环后可逆比容量仍保持在651 mAh/g,显示出优异的循环稳定性和...     

冷冻干燥辅助合成MnO/还原氧化石墨烯复合物及其电化学性能CSCD

锰氧化物具有理论比容量高、资源丰富、绿色环保等优势,可替代锂离子电池传统负极材料--石墨作为下一代锂离子电池负极材料。但是锰氧化物体积效应严重,在充放电循环过程中会出现严重的粉化和团聚现象。综合氧化锰的高比容量和石墨烯的高导电率优势,本工作采用冷冻干燥辅助水热合成的方法制备了氧化锰/还原氧化石墨烯复合物(MnO/rGO)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征方法和电化学测试,表征了MnO/rGO复合物的结构、形貌和电化学性能。结果表明,冷冻干燥辅助水热合成制备的MnO/rGO复合物,MnO纳米颗粒均匀地分布于石墨烯片层。两者均匀的复合结构有利于抑制充放电过程中MnO粉化现象,同时为锂离子的传递提供通道。MnO/rGO复合物在0.1 A/g的电流密度下循环179圈后,放电比容量依然高达1066.2 m A·h/g,在5 A/g的电流密度下循环120圈后放电比容量为504.3 mA·h/g。rGO不仅提高了复合材料的导电性,同时抑制了MnO的体积效应。采用鼓风干燥辅助法、水热合成的对比样品则出现了明显的团聚现象,比容量低、倍率性能较差。冷冻干燥辅助法能够制备过渡金属氧化物纳米颗粒充分分散于还原石墨烯结构的复合材料,两者复合结构能够提供优良的电化学性能。     

Co0.1Fe0.9S2@Li7P3S11正极材料的制备及其在全固态锂电池中的性能

全固态锂电池采用金属硫化物FeS2作为正极材料能实现较高的可逆比容量,但是循环过程中较大的应力/应变和不良的固固接触引起的界面失效,严重影响了其在全固态锂电池中的电化学性能.本工作采用溶剂热法制备了 Co掺杂FeS2的纳米颗粒,随后在Co0.1Fe0.9S2纳米颗粒表面原位沉积离子电导率较高的Li7P3S11固体电解质,获得Co0.1Fe0.9S2@Li7P3S11纳米复合材料,并将其应用于全固态锂电池中,过渡金属Co的掺杂能提高FeS2的电化学反应动力学性能,而Li7P3S11固体电解质原位包覆能进一步改善固固接触,提高界面锂离子传输特性,继而提高全固态锂电池电化学性能.进一步通过透射电子显微镜(TEM)表征,证实了 Li7P3S1固体电解质包覆在Co0.1Fe0.9S2纳米颗粒表面.电化学测试表明,Li7P3S11固体电解质颗粒的包覆能有效提高以FeS2为活性物质的全固态锂电池的充放电比容量和循环稳定性.Co0.1Fe0.9S2@Li7P3S11复合材料在200 mA/g的电流密度下,首次放电比容量达到882.1 mA-h/g,循环100圈后放电比容量仍保持在670.9 mA·h/g.本研究有助于推动金属硫化物正极材料在全固态锂电池中的应用,从而为实现更高能量密度的全固态锂电池提供实验依据.     

Synthesis of LiNi0.8Co0.2O2 cathode material through sintering in an air environment and electrochemical properties characterization

制备锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.2O₂通常需要在纯氧气气氛下进行烧结.本工作以硫酸镍,硫酸钴和氢氧化钠为原料,采用并流共沉淀法制备了高密度Ni_0.8Co_0.2(OH)₂前驱体,再采用高温固相反应法在空气中烧结制备了锂离子电池LiNi_0.8Co_0.2O₂正极材料.采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒流充放电测试(ECT),循环伏安(CV)与比表面积(BET)测试等方法对目标样品进行了表征,详细考察了烧结条件对材料结构,微观形貌及电化学性能的影响.结果表明,锂/(钴+镍)摩尔比为1.13∶1时,在管式炉中和空气气氛下于第一段烧结温度700 ℃保温9 h,于第二段烧结温度750 ℃保温12 h,合成的材料比表面积适中(0.78 m²/g),具有规则的六边形α-NaFeO₂层状结构,晶粒分布均匀,电化学性能最优.在0.5 C充放电倍率下和2.7~4.3 V电压范围内,其首次放电比容量达到153.0 mA·h/g,循环20次后放电比容量仍为150.7 mA·h/g,容量保持率达到98.5%,显示了优异的循环稳定性能,可用做高能量密度动力电池正极材料.     

铝二次电池离子液体电解液添加剂研究

在合成三氯化铝/三乙胺盐酸盐(A1Cl3/Et3NHCl)室温熔盐的基础上,添加不同的有机溶剂,并对其电化学性能进行测试,以其为电解质制备铝二次电池,进行充放电测试.结果表明,在A1C13/Et3NHCl离子液体中添加7%DCE+3%EC可以很好的提高其电化学性能,制备的铝二次电池在充放电流为0.2 mA/cm2条件下,具有良好的工作特性,初始放电容量为85 mAh/g,最高可达113.2 mAh/g,充放电循环效率达79%,30次变化不明显.     

B_(2)O_(3)包覆NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料制备及其电化学性能北大核心CSCD

O3型层状氧化物正极材料NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)具有高比容量、低成本和环境友好性等优点,被认为是最有前途的钠离子电池正极材料之一,但在充放电过程中会发生一系列复杂的相变,导致电化学性能较差。本研究报道了一种协同改性方法,以同时提高NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)正极材料的循环稳定性和倍率性能。通过将硼酸粉末和正极材料固相球磨混匀后低温煅烧,在NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)正极材料表面包覆纳米非金属氧化物B_(2)O_(3)。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学技术等测试手段,对比分析不同包覆量和原材料的形貌和电化学性能,筛选得到最优包覆量为2%(质量分数,余同)。该方法实现了B_(2)O_(3)的均匀包覆,并且没有改变NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)正极材料的晶体结构。通过电化学性能测试表明2%B_(2)O_(3)包覆材料在1 C倍率下循环200圈容量保持率从78%提升至87%。同时,2%B_(2)O_(3)包覆材料的高倍率性能也得到了改善,10 C高倍率下放电比容量从75 mAh/g提升至99 mAh/g。结果表明,这是一种有效且可靠的表面改性策略,可以增强钠离子电池层状氧化物正极材料的电化学性能。     

Novel ionic plastic crystal-polymeric ionic liquid all-solid-state electrolytes for lithium ion batteries

离子塑性晶体作为一类新型的固态电解质材料,近年来受到研究人员的极大关注。本文合成了一种新型离子塑性晶体：N,N-二甲基吡咯双氟磺酰亚胺（P₁₁FSI）,并将其与吡咯阳离子离子液体聚合物-聚二甲基二烯丙基铵双氟磺酰亚胺（PILFSI）和锂盐（LiFSI）复合制备了P₁₁FSI-PILFSI-LiFSI全固态电解质。采用差示扫描量热法、热重分析、阻抗测试、线性扫描伏安法及对称锂电池测试等一系列表征技术对全固态电解质的热性能和电化学性能进行了系统研究。所制备的电解质膜具有好的柔韧性和热稳定性,高的离子电导率和电化学稳定性,以及与金属锂良好的界面相容性。将全固态电解质应用于Li/LiFePO₄电池中,在50℃、0.2 C充放电倍率时,电池放电比容量在60次循环后仍可达151.1 mA·h/g,容量保持率为96.8%;且在0.5 C、1.0 C倍率下放电比容量仍然高达138.1 mA·h/g和128.1 mA·h/g,展现出高的放电比容量,好的循环性能和倍率性能,有望应用于全固态锂离子电池中。     

石墨烯包封Na3V2(PO4)3用作钠离子电池负极材料的电化学性能探究

具有三维网络结构的NASICON型Na₃V₂(PO₄)₃材料,由于其稳定的电压平台,较高的理论容量（117 mA∙h/g),被视为一种具有良好应用前景的钠离子电池负极材料。采用溶剂热和进一步热处理的方式,获得石墨烯包封Na₃V₂(PO₄)₃的复合材料[Na₃V₂(PO₄)₃/G],有效提高了Na₃V₂(PO₄)₃的电子导电性。在0.01 ~ 3.00 V电压区间,0.2 C倍率进行测试时,Na₃V₂(PO₄)₃/G复合材料在230圈循环后,其放电比容量保持在100.9 mA∙h/g,容量保持率高达68.4%,即使在5 C倍率,其放电比容量仍可达65.2 mA∙h/g。然而,纯相Na₃V₂(PO₄)₃的放电比容量仅为47.4 mA∙h/g,容量保持率仅为44.7%,在5 C倍率时,其放电比容量仅为25.1 mA∙h/g,证实石墨烯包封结构能显著提升Na₃V₂(PO₄)₃的循环稳定性和倍率性能。     

Electrochemical properties of novel O3-NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2 as cathode material for sodium-ion batteries

由于钠具有资源丰富和成本低廉的优势,钠离子电池再次受到科学界和工业界的广泛关注。发展低成本、性能优异的正极材料对于钠离子电池至关重要。本文通过向O3-Na0.90[Cu0.22Fe0.30Mn0.48]O2材料中引入容易变价的Ni2+得到一种不含Mn3+的钠离子电池新型正极材料O3-NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2,该材料具有127 mA•h/g可逆比容量和3.1 V平均放电电压。由该正极与硬碳球负极组装成全电池具有248 W•h/kg的理论能量密度,高达93%的能量转化效率和优异的循环性能。