锂离子电池LiMn_xFe_(1-x)PO_4正极材料的研究进展

综述了近几年LiMnxFe1-xPO4/C的研究现状,对其第一性原理和结构进行总结,重点介绍了合成LiMnxFe1-xPO4/C的原料和工艺,分析了材料在电化学方面存在的不足,并提出了一些新的思路和研究方向,同时展望了LiMnxFe1-xPO4/C的发展。     

LiMn_2O_4正极材料的制备及电化学性能研究

以氢氧化锂(LiOH·H_2O)和乙酸锰[Mn(CH_3COOH)_2·4H_2O]为锂源和锰源,柠檬酸(C_6H_8O_7·H_2O)为络合剂,用喷雾干燥法制得球形前驱体,经煅烧制得尖晶石型锰酸锂(LiMn_2O_4)。用XRD、SEM、恒流充放电和循环伏安对制得的材料进行表征。结果表明,在空气气氛下,经400℃煅烧,无定形的前驱体完全转化为LiMn_2O_4。当煅烧温度升至700℃时,样品的电化学性能最好,此时LiMn_2O_4呈多孔的微米球形,粒径分布为2.0~3.5μm,孔壁由25~52nm的晶粒组成。在0.2C下,电压范围在3.0~4.5V的首次放电比容量为116mAh/g,30次循环后的容量保持率为100%,具有很好的循环稳定性。     

溶胶-凝胶法制备尖晶石型LiMn_2O_4正极材料

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料锂锰氧化物。以Mn(NO3)2(50%)、LiOH·2H2O为原料,以柠檬酸为螯合剂制得前驱体,400℃预烧6h,再经750、850℃分别焙烧并保温6h得到粉体产物。XRD分析表明,所合成的产物为尖晶石型LiMn2O4;SEM观察结果表明,合成产物颗粒均匀,形貌规则。用其组装的电池经恒电流充放电测试,表明其初始比容量可达118.76mAh/g,具有良好的循环性能。     

LiFePO4正极材料的研究进展

橄榄石型LiFePO4正极材料具有原料来源丰富、无毒、环境友好、理论容量较高、热稳定性和循环性能好等特点,有望成为新一代锂离子电池正极材料.介绍了LiFePO4正极材料的结构、充放电机理、性能特点及存在的问题,综述了LiFePO4的合成工艺,添加导电材料和掺杂改性等方面的研究进展.     

不同方法制备的Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料的电化学性能

为了探索制备方法对锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料电化学性能的影响,以硝酸铝[Al(NO_3)_3·9H_2O]和锰酸锂为原料,分别通过溶胶-凝胶法、水热法和微乳液法制备了Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)对试样的表面形貌进行了表征,采用充放电和循环寿命测试等方法研究了试样的电化学性能。结果表明:少量的Al_2O_3包覆对LiMn_2O_4材料的晶体结构并没有影响;溶胶-凝胶法制备的Al_2O_3涂层为无序二维纳米状的网络结构,水热法为纳米片状,微乳液法为棉花絮状,且不能完全包覆;包覆后的试样首次放电比容量都有所下降,但其具有较好的循环性能,其中,以溶胶-凝胶法制备的试样在25℃、1 C条件下循环450周,容量保持率为86.53%;55℃,1 C循环200周的容量保持率为85.46%;而纯相LiMn_2O_4在25,55℃条件下的容量保持率仅分别为57.84%,52.88%。     

碳材料包覆LiFePO4正极材料研究进展

磷酸铁锂(LiFePO_4)因其优异的性能,是极有发展潜力的锂离子动力电池用正极材料,但材料本身较低的电导率制约了其大规模应用。采用高导电碳材料对LiFePO_4进行表面包覆可有效解决这一问题。综述了LiFePO_4表面碳材料包覆改性研究进展,对碳材料包覆提升LiFePO_4正极材料电化学性能的作用机制进行了阐述,并对LiFePO_4正极材料的研究方向进行了展望。     

石墨烯包覆掺杂Al~(3+)的LiMn_2O_4正极材料的研究

采用石墨烯包覆掺杂Al 3+的LiMn2O4正极材料,用XRD、SEM分析其晶体结构及微观形貌,EIS、CV及充放电测试分析其电化学特性。实验结果表明,掺杂Al 3+的LiMn2O4为尖晶石结构,表面微观形貌接近菱形,包覆石墨烯后正极材料的阻抗值减少,可逆容量增加,电池大电流充放电性能增强。电池充放电测试数据表明:石墨烯的包覆提高了电池的充放电性能和循环特性,包覆材料在0.5C首次放电容量为116mAh/g;在0.5C倍率充放电50次循环后,其比容量为106mAh/g,容量保持率为92.17%。     

锂离子电池正极材料LiMn_(0.5)Ni_(0.5-x)Co_xO_2的制备及电化学性能

以氢氧化物共沉淀法合成前驱体,氢氧化锂为锂源,通过高温煅烧合成了锂离子电池正极材料LiMn_(0.5)Ni_(0.5-x)Co_xO_2(x=0、0.1、0.2)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电测试、循环伏安法(CV)及电化学交流阻抗谱(EIS)技术对制备条件和钴掺杂量进行了研究。结果表明,所制材料均具有良好的α-NaFeO_2层状结构;当pH=10.5,煅烧温度为850℃,x=0.1时,所制备LiMn_(0.5)Ni_(0.4)Co_(0.1)O_2材料0.2C放电容量达155mAh/g,5C放电容量仍达110mAh/g,0.2C倍率下循环50次后的容量保持率达98%。     

LiFe_(1-x)Ni_xPO_4复合正极材料的制备及性能研究

采用两步固相原位烧结掺杂法制备了一系列镍掺杂的锂离子电池正极材料LiFe1-xNixPO4(x=0、0.03、0.05、0.07、0.10、0.15).Ni替代部分Fe,改变了LiFePO4的晶胞参教,细化了晶粒.充放电实验研究表明,低放电倍率(0.1C)时,LiFe0.095Ni0.05PO4的首次放电容量最大,为155mAh/g,较LiFePO4增加了22.8%;0.5C时,其容量为132mAh/g,较LiFePO4增加了14.7%;放电倍率增加为1C时,其容量也能达到122mAh/g,较LiFePO4增加了16.1%.适量掺杂Ni可提高LiFePO4的充放电比容量,改善其高倍率充放电性能.     

热电池CoS2正极材料制备研究进展

论述了热电池正极材料CoS₂的制备方法研究进展。常用的合成方法有高温固相法、水热合成法和溶剂热合成法,对比了几种常用合成方法的优缺点,并比较全面地总结了各反应体系的相关化学反应机理。对大功率、长寿命热电池较为理想正极材料CoS₂的制备发展方向进行了展望。     

高嵌锂电位正极材料LiMn_(1-x)Mg_xPO_4/C结构与电化学性能研究

采用高温固相法制备了LiMn1-xMgxPO4/C(x=0.01、,0.02、,0.03、,0.04、,0.05)系列材料,通过XRD,SEM,恒流充放电和交流阻抗等测试方法,研究了镁掺杂量对材料的结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:不同镁掺杂量的LiMn1-xMgxPO4/C材料的结构和形貌未发生明显的变化,Mg2+完全进入材料的晶格,占据Mn位。随着镁掺杂量的增加,材料的放电比容量呈先增加后下降的趋势,则循环稳定性的变化没有明显的规律性。LiMn0.98Mg0.02PO4/C材料0.05C放电比容量为100mAh/g,30次循环后,容量保持率为73%,而0.2C的容量保持率仅为52.43%。     

层状LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料的制备及改性研究进展

综述了近年来有关于层状LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料的研究进展,重点介绍了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构及4种主要合成方法--高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法和喷雾干燥法,比较了不同合成方法及组成对材料性能的影响.层状LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料具有价格低廉,热稳定性好,容量高等优点,但由于其制备比较困难,振实密度低,高倍率放电性能不好,影响了其商业化的进程.因此,探索新的制备方法,对材料进行掺杂和包覆改性,进一步提高正极材料的振实密度和电化学性能仍是今后的研究热点.     

GaN和Al_xGa_(1-x)N薄膜材料研究进展

ＧａＮ及ＡｌｘＧａ１－ｘＮ是发兰光的关键材料，是目前光电子材料中最引人注目、必须攻克的课题。本文综述了ＧａＮ及ＡｌｘＧａ１－ｘＮ材料的研究现状，重点介绍了ＧａＮ及ＡｌｘＧａ１－ｘＮ材料近年来在性能评价、生长技术和应用开发方面的进展     

锂离子电池正极材料LiMn_(0.8-x)Fe_(0.15+x)Mg_(0.05)PO_4的制备、表征及电化学过程研究

采用溶剂热法制备了Mg掺杂的磷酸铁锰锂(LiMn_(0.8-x)Fe_(0.15+x)Mg_(0.05)PO_4)正极材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电等手段对合成样品的结构、形貌及电化学性能进行了测试与表征。结果表明,所制样品为具有良好橄榄石型结构的纳米颗粒。Mg的掺入提升了材料中Mn和Fe的容量发挥率,0.1C倍率下材料的容量提升率达23.2%,1C倍率时循环100周后材料比容量为110.1mAh/g,容量保持率高于94%。     

金属元素掺杂Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的研究进展

金属元素掺杂能从本质上改善Li3V2(PO4)3的电子电导率和锂离子扩散速率,从而提高材料的电化学性能。概述了近年来金属元素掺杂Li3V2(PO4)3的研究进展,分别从掺杂元素和表征技术两方面进行综述,介绍了Mg2+、Ni 2+、Cr3+、Co2+等金属离子掺杂对Li3V2(PO4)3的结构以及电化学性能的影响,并对进一步的研究方向和发展趋势提出了见解。     

尖晶石型Li1-xMgxMn2O4正极材料的制备和性质

采用高温固相分段反应法制备了尖晶石LiMn2O4和Mg2 掺杂的Li1-xMgxMn2O4(x=0.05、0.1)材料,对材料进行了XRD结构分析和电化学性能等测试,结果表明:Mg2 掺杂样品Li1-xMgxMn2O4(x=0.05、0.1)仍保持尖晶石相Fd3m结构;循环性能明显改善,室温条件下50次循环后,样品Li0.9Mg0.1Mn2O4的放电容量为100mAh/g,容量保持率为9.9%,而LiMn204容量衰减率仅为18.1%.     

新型固相法制备高性能LiFePO4正极材料

以FeC2O4·2H2O和LiH2PO4为原料,经过两步机械活化后在惰性气氛中经高温烧结,合成出LiFePO4正极材料.研究了合成温度与反应时间对材料性能的影响.采用X射线衍射仪和扫描电镜分析样品的晶体结构和表面形貌,结果表明,600℃下烧结18h合成的样品具有规则的橄榄石型结构.样品的电化学性能良好,在室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量可达到155.6mAh/g,为其理论容量的91.53%,且循环50次后比容量仅衰减4.11%,采用1C倍率放电时,首次放电比容量达到149.3mAh/g.     

快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆LiMn_2O_4正极材料的结构和电化学性能

为进一步提高动力电池正极材料锰酸锂(LiMn_2O_4)的循环稳定性,通过溶胶-凝胶法用快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3作为包覆材料对LiMn_2O_4进行表面修饰,探讨了不同包覆量对复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的微观结构以及形貌进行表征。结果表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的包覆并没有改变LiMn_2O_4晶体结构及空间构型;相比纯的LiMn_2O_4样品,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品颗粒表面较为粗糙;涂层为薄膜状结构,均匀且完全包覆在LiMn_2O_4颗粒的表面。利用电化学测试方法测试其电化学性能,测试结果表明,当La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆量为5%时,具有较好的电化学性能,首次放电比容量为127.4 m A·h/g(0.1 C),25℃循环400次后容量保持率为91.2%,55℃循环100次后容量保持率为91.1%;与未经表面修饰的样品相比,其首次放电比容量为119.1 m A·h/g(0.1 C),400次的容量保持率为61.9%,100次容量保持率为77.9%,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品的电化学性能尤其是循环性能得到明显的提高。     

LiFe_(1-x)Ni_xPO_4/C材料的Sol-gel法制备及其电化学性能

本研究以三价铁盐作为铁源,以柠檬酸作为还原剂和络合剂,运用Sol-gel法合成了锂离子电池正极材料LiFe1-xNixPO4/C(x=0,0.025,0.050,0.075,0.100),采用流延法制备了正极片,并组装了扣式电池。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微观察(SEM)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)等手段对粉末进行了表征,并研究了不同煅烧温度、Ni 2+的掺量对材料充放电性能、循环性能和循环伏安特性的影响。     

Mn掺杂Li3Fe2(PO4)3正极材料的制备与表征

通过固相反应法合成出Li3+xFe2-xMnxn(Po4)3(x-0～O.1)、Li3Fel.ω5Mn0.05(PO4)3和Li2.95Fe1.ωMnoN.05(PO4)3正极材料.采用行星式球磨方法,均匀混合正极材料和导电乙炔黑以提高活性材料的电子导电率和降低颗粒尺寸.Mn掺杂的Li3Fe2(PO4)3样品的恒电流充放电测试和伏安循环测试(2～4V)发现,所有样品中Fe3+/Fe2+氧化还原电对均有两个稳定的充放电平台(2.8、2.7V)、Li3+,Fe2-xMnxII(PO4)3和Li3Fe1.95Mn0.05(PO4)3中Mn3+/Mn2+电对的充放平台位于3.5V左右.不同价态Mn的掺杂均可明显提高正极材料的电化学性能,其中Mn掺杂样品的电化学性能最好,其中Li3.05Fel.95MnⅡ0.05(PO4)3/C的C/20和C/2恒流放电比容量分别可达11O和66mAh/g.