钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。     

TiO_2/C/BP复合负极材料的制备及其储锂性能研究

为了提高TiO_2负极材料的电化学性能,采用球磨-超声-水热法制备了TiO_2/C/BP复合负极材料,测定了材料的循环放电比容量、倍率性能、循环伏安曲线和交流阻抗。结果表明,二氧化钛掺杂石墨、黑磷后,二氧化钛晶型不受影响,TiO_2/C/BP复合材料颗粒分散性得到改善、交流阻抗减小、导电性明显增强,与纯TiO_2相比,电流密度为100 mA/g,首圈放电比容量由320 mA·h/g提高到502 mA·h/g,第3圈放电比容量由175 mA·h/g提高到335 mA·h/g,经过100次循环后,纯TiO_2的放电比容量降至98 mA·h/g,而TiO_2/C/BP的放电比容量仍维持在255 mA·h/g,放电比容量保持率明显提高,库伦效率的稳定性也得到显著提高。     

铌钨氧化物掺杂改性氧化亚硅提升首次充放电效率的研究

采用铌钨氧化物（NWO）对SiO进行掺杂改性,并与用五氧化二铌（NO）、钛酸锂（LTO）、钛铌氧化物（TNO）改性的材料进行对比研究,分别记为SiO@NWO、SiO@NO、SiO@LTO、SiO@TNO。利用X射线衍射仪对改性后的材料进行测试。结果表明,SiO的首次放电比容量为1 980.6 mA·h/g,充电比容量为891.2 mA·h/g,充放电效率为45.0%;SiO@NWO的首次放电比容量为464.0 mA·h/g,充电比容量为327.1 mA·h/g,充放电效率为70.5%,首次充放电效率显著提升。交流阻抗测试结果表明,SiO@NWO的电荷转移阻抗R_ct为113.5Ω,显著小于SiO的213.7Ω,表明材料的导电性能得到提高。     

高性能Li-Ni双掺杂尖晶石型Li1.05Ni0.02Mn1.93O4正极材料的制备

采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h、600℃二次焙烧不同时间制备锂、镍共掺杂尖晶石型Li_1.05Ni_0.02Mn_1.93O₄正极材料。焙烧不同时间制备的样品均呈现出LiMn₂O₄的尖晶石晶体结构且均为单相,没有任何杂质相出现。延长焙烧时间有利于晶粒发育,提高合成材料的结晶性。二次焙烧9 h合成的正极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在1 C倍率的首次放电容量为102.1 mA·h/g, 500次循环后具有69.15%的容量保持率;在5 C释放出91.9 mA·h/g容量;10 C循环1 000次的容量保持率为76.35%。具有较好的循环可逆性、较小的电荷转移阻抗和较低的表观活化能。适量的锂、镍共掺杂可有效提高LiMn₂O₄的结构稳定性、抑制Jahn-Teller效应和缓解锰的溶解,使其具有更高的电化学性能。     

硼高效掺杂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其性能提升机制

高键能异质原子的高效掺杂是稳定高电压LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）三元正极材料并提升其电化学性能的有效策略。借助含硼前体在二次颗粒表面富集及随后高温煅烧强化B³⁺体相扩散的策略,构建了硼离子高效掺杂NCM正极材料（NCM-B）。引入B—O键（键能：809 kJ·mol^-1）抑制了电化学反应过程中晶格氧析出,进而稳定材料的氧离子框架;此外,表面残余的高锂离子导体Li₂O-B₂O₃包覆层可以在一定程度上稳定电极-电解液界面。与改性前NCM相比,改性后的NCM-B正极材料在3.0~4.5 V电压区间的可逆比电容量可以达到193.7 mA·h·g^-1,在10 C大功率下,比电容量仍保持120 mA·h·g^-1（NCM仅为78.2 mA·h·g^-1）。1 C下连续循环100圈后,比电容量保持率从73%提升到90%。表面富集和扩散强化的思想也有望实现其他正极材料的高效掺杂。     

Cu2+掺杂MnO2作为水系锌离子电池正极材料的合成与电化学性能

采用简单的一步电沉积方法制备了Cu²⁺掺杂的MnO₂材料。通过XRD、SEM、TEM等方法对材料进行了表征,结果表明其具有蓬松多孔的纳米结构,作为电池正极材料时有利于Zn²⁺的存储,具有较高的电池容量。与未掺杂样品相比Cu²⁺掺杂的MnO₂材料有更好的电化学性能,在电流密度为200 mA/g时,比容量达到235 mAh/g,增加了47.8%,阻抗也由997.3 Ω降到了564.3 Ω。     

Mn3O4微观结构对固相合成类单晶锰酸锂的影响

探究了Mn₃O₄的微观结构对高温固相法制备类单晶锰酸锂(LiMn₂O₄)的影响。结果表明,前驱体对LiMn₂O₄的结构和形貌有决定性的影响。粒度小、比表面积大的类球形Mn₃O₄更易制得类单晶锰酸锂,其颗粒团聚致密、表面光滑,且晶胞参数小、能量密度大、Li⁺浓度高。类单晶锰酸锂的综合电化学性能和热稳定性远高于非类单晶材料,在0.2 C倍率下首次放电比容量和库仑效率分别高达112.50 mA·h/g、96.5%,8 C倍率下放电比容量仍有102.11 mA·h/g,200次循环后容量保持率为90.1%。类单晶锰酸锂优异的性能归因于其具有稳定的晶体结构和外露表面、较高的Li⁺浓度,在电化学反应中结构稳定、锂离子迁移速率快、电极极化和电荷转移阻抗小。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂（x=0,0.04,0.08,0.12）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱（EIS）对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明：制备出的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%（即x=0.08）时,得到的正极材料Li_1.2Ni_0.16Mn_0.56Cr_0.08O₂具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^-1增加到246.6 mA·h·g^-1,在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^-1增加到104.2 mA·h·g^-1。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

聚吡咯修饰氧化铁纳米片改善锂硫电池性能

采用酸刻蚀诱导的原位生长法在α-Fe₂O₃纳米片表面修饰聚吡咯,其中对甲苯磺酸起到刻蚀与掺杂的作用,Fe₂O₃纳米片表面被刻蚀出的Fe³⁺作为氧化剂,使得吡咯在Fe₂O₃纳米片表面聚合生长,对甲苯磺酸根作为对阴离子掺杂于聚吡咯分子结构中,得到Fe₂O₃@PPy复合纳米片。通过调节刻蚀环境与Fe₂O₃纳米片的投料量控制聚吡咯的修饰量,制得系列Fe₂O₃@PPy复合纳米片。当对甲苯磺酸和Fe₂O₃摩尔比为12:1时,Fe₂O₃@PPy复合纳米片获得优异的电化学性能。1 C下的初始容量为468.7 mA·h·g^-1,循环500次后仍保持414.5 mA·h·g^-1的容量,容量保持率...     

Mo2N量子点@N-掺杂石墨烯复合材料的制备及储锂性能

为改善钼氮化物的电化学储锂性能，以钼酸铵、六次甲基四胺及氧化石墨烯（GO）为原料，通过水热、冷冻干燥及在H₂/N₂混合气中热处理，制备了Mo₂N量子点@氮掺杂石墨烯复合材料（Mo₂N-QDs@Ngs），并探究了GO复合量对电化学储锂性能的影响。透射电子显微镜（TEM）测试结果表明：制备的Mo₂N量子点尺寸约为2~5 nm，Mo₂N量子点均匀地分布在氮掺杂石墨烯的表面。电化学测试结果表明：当GO复合量为30%时（Mo₂N-QDs@Ngs-30），制备的复合材料具有最佳的电化学储锂性能，其在0.1 A·g^-1的电流密度下具有699 mA·h·g^-1的比容量，在2 A·g^-1下仍具有286 mA·h·g^-1的比容量。     

多组分氯盐体系镁锂分离规律初探

以Na₂CO₃为沉淀剂,初步研究了多组分氯盐混合体系（0.6 mol MgCl₂+1.1 mol LiCl+3.2 mol NaCl）中选择性沉镁的工艺规律。结果表明：在25~80 ℃,总C与总Mg物质的量比[n（C_T）/n（Mg_T）]为 0.8~1.1时,25 ℃形成针状MgCO₃·3H₂O,40 ℃以上形成Mg₅（CO₃）₄（OH）₂·4H₂O不规则片状团聚微球,其中40~50 ℃形成的片状物较为分散且粒径较小,导致固液分离困难。40 ℃时沉镁率最低。温度越高,Li₂CO₃越易形成,沉锂率越大。n（C_T）/n（Mg_T）越大沉镁率和沉锂率越高。室温（25 ℃）、n（C_T）/n（Mg_T）=1.0时,沉镁率达98%以上,且沉锂率<0.1%,镁锂分离效果最好。     

涂碳铝箔对LiFePO4动力电池性能影响

分别以普通铝箔和涂碳铝箔为正极集流体制备磷酸铁锂（LiFePO₄）扣式电池（OB-1、OB-2）和全电池（FB-1、FB-2,批量生产）。采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和电化学工作站对正极箔材和所组装的电池进行表征,并对其电化学性能进行研究,根据所组装电池在不同条件下的充放电性能判断涂碳铝箔对磷酸铁锂动力电池充放电性能的影响。结果表明,涂碳铝箔有利于提高Li⁺扩散速率和充放电性能。然而,涂碳铝箔对电池在低温环境中的充放电性能影响更大。以涂碳铝箔为集流体可以降低电池内阻,提高电池低温充放电性能。温度为-20℃时,OB-2中Li⁺扩散速率可达1.1×10^-12m²/s,放电容量为92.7mA·h/g,全电池FB-2循环充放电100次,容量保持率可达72.2%。     

富锂锰基正极材料反应机理研究进展

富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·（1-x）LiMO₂（M=Ni,Co或Mn）具有比容量高（≥250 mA·h/g）和成本低的显著优势,近年来受到学术界和工业界的广泛关注。但是,关于材料的结构和反应机理等问题一直存在着一些争议。对富锂锰基材料的结构和反应机理进行了总结和评述。对材料的结构总结了单相固溶体、两相混和物、局部阳离子有序排列3种观点,通过分析发现富锂锰基材料的结构与元素的比例、制备条件等密切相关。反应机理重点阐述了材料的Li⁺/H⁺交换理论、阴离子氧氧化还原机理（阴离子电荷补偿理论）和Mn⁴⁺/Mn⁷⁺反应机理假说,并对阴离子氧氧化还原反应过程的中间产物是否存在O—O二聚体或者氧空穴进行了讨论分析。最后,对这类材料未来的产品化应用方向提出了展望,混掺使用可能是富锂锰基材料产业化的切入点,高性价比的富锂锰基材料的产业化应用将再一次推动锂离子电池发展迈向一个新台阶。     

CuGeO3/泡沫镍负极材料的制备及其电化学性能

采用原位生长法,在泡沫镍（nickel foam,NF）基底上制备具有三维互连结构的CuGeO₃纳米片,直接将CuGeO₃/NF电极材料用作锂离子电池电极,省去了涂覆法制备粉末电极所需的高分子黏结剂。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜分析了电极材料的结构和形貌,测试了CuGeO₃/NF和CuGeO₃两种负极材料的电化学性能。结果表明,与传统涂覆法制备的CuGeO₃粉末电极相比,CuGeO₃/NF无黏结剂型电极具有更好的循环性能和倍率性能。在0.2A/g电流密度下500次循环后,可逆比容量为972mA·h/g,容量保持率94.1%;在电流密度为1A/g时,可逆比容量为578mA·h/g,电流密度恢复至0.1A/g时,可逆比容量升高至936mA·h/g。CuGeO₃/NF电极材料良好的电化学性能归因于泡沫镍的三维导电网络结构。此外,泡沫镍负载CuGeO₃纳米片加快了嵌锂/脱锂过程中电子和离子的传输,缓解了活性物质的体积膨胀。     

Li2MnO3·LiMO2(M=Co,Ni)的电子结构与性能

将富锂锰基正极材料Li₂MnO₃·LiMO₂(M=Co,Ni)分为LiMO₂和Li₂MnO₃两部分，基于密度泛函理论第一性原理方法对其分别进行了研究，分析和计算了LiMO₂(M=Co,Ni)的结构和性能及Li₂MnO₃的脱锂过程。结果表明：在LiMO₂(M=Co,Ni)和Li₂MnO₃中锂以离子形式存在，LiNiO₂体系的导电性优于LiCoO₂体系，Li₂MnO₃在脱锂过程中锂离子首先从锂层中脱出，之后从过渡金属层进一步脱锂，其中锂脱出造成的电荷变化主要由O的氧化来补偿。     

铝基锂吸附剂制备及其吸附性能研究

以氯化锂、无水氯化铝为原料,通过正交实验优化反应合成条件,采用“一步法”制备LiCl·2Al（OH）₃·nH₂O型铝基锂吸附剂。分别探究了吸附时间、吸附温度、溶液初始pH、溶液初始Li⁺浓度对吸附性能的影响,对吸附前后的无机铝吸附材料做了表征,并考察了吸附剂的离子选择吸附性及稳定性能。结果表明：最佳吸附条件为在45 ℃下pH=7的锂溶液中吸附2 h,吸附容量高达到8.66 mg/g。XRD、FT-IR表征结果表明：所制吸附材料有良好的稳定性。且该吸附剂对Li⁺分配系数（K=10.06）远高于其他金属阳离子,吸附材料经5次循环使用后,吸附容量仍能保持原来的91.5%。在西藏龙木错盐湖卤水中,对锂的吸附量达到5.24 mg/g。吸附平衡数据拟合结果表明：铝基锂吸附剂符合Langmuir等温吸附模型,吸附是发生在吸附剂表面的单层吸附;吸附过程符合伪二级动力学,是典型的化学吸附过程。     

镁离子掺杂磷酸铁锂的制备及其电化学性能

通过简单水热反应制备磷酸铁锂前驱体,并结合后期热处理过程制备了镁离子掺杂碳包覆的磷酸铁锂正极材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征了镁离子掺杂磷酸铁锂的成分、形貌和结构。元素分布结果证明镁离子均匀掺杂在磷酸铁锂材料中。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,镁离子掺杂后的磷酸铁锂材料具有较高的放电比容量（0.1C放电比容量为 160.1 mA·h/g）和优越的倍率性能（20C放电比容量为77.2 mA·h/g）,同时减小了极化和电荷迁移电阻。这条合成路线是提高水热法制备磷酸铁锂正极材料电化学性能的有效方法。     

喷雾干燥法制备球形Li3V2(PO4)3/C正极材料及其电化学性能

从控制Li₃V₂(PO₄)/C的形貌入手,旨在提高其作为锂离子电池正极材料的电化学性能。以葡萄糖为碳源,CTAB为表面活性剂,利用喷雾干燥法制备了粒径约为1μm的正球形Li₃V₂(PO₄)/C活性材料,颗粒尺寸均匀,振实密度较高。葡萄糖热解碳所形成的包覆层有效提高了材料的导电性,对材料的形貌控制则改善了锂离子扩散能力,因此本文所合成的Li₃V₂(PO₄)/C具良好的电化学性能,材料的锂离子扩散系数相对纯相提升约2个数量级,低于1C倍率下放电比容量均大于115mA?h/g,10C和15C大倍率下放电比容量为85mA?h/g和75mA?h/g左右,5C下循环50次,其库仑效率为96.2%。充放电平台的电位平稳,电位差较小,电化学反应阻抗值小,说明极化现象得到了有效控制。     

Li2MnO3复合LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料制备及电化学性能研究

通过采用共沉淀法制备了Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,利用固相法研磨混合碳酸锰和碳酸锂,在氧气氛围下煅烧制备得到了Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料,通过利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）表征了所制备材料的结构、成分和形貌等。通过恒流充放电、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与未改性材料进行对比,3%（质量分数）Li₂MnO₃复合改性材料0.5C下首次放电容量为183 mA·h/g,经过120次充放电循环,容量保持率为93.9%;同时,在高倍率下复合改性材料放电容量也得到提高。因此,采用固相法煅烧复合Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,可以制备出电化学性能优异的正极材料。