锂离子电池正极材料硅酸锰锂的改性及容量衰减机理（英文）

以醋酸锂、醋酸锰、醋酸镁、正硅酸四乙酯为原料,采用溶胶–凝胶法制备Li2Mn1–x Mgx SiO4/C正极材料。用X射线衍射和扫描电子显微镜表征材料的晶体结构和形貌。结果表明,掺杂10%Mg的Li2MnSiO4材料仍具有正交斜方结构。电化学测试结果表明:Mg掺杂能够提高Li2MnSiO4材料的比容量,在16.65mA/g电流密度下,Li2Mn1–x Mgx SiO4/C(x=0.1)材料的首次放电比容量为212 mA h/g。用X射线衍射和X射线光电子能谱研究了硅酸锰锂正极材料的容量衰减机理,其主要是由硅酸锰锂晶体结构退化引起的。     

硅酸铁锂的合成及电化学性能

采用水热法合成正极材料Li2Fe SiO4,并用XRD、IR和电化学性能等方法对材料的进行了表征和测试。XRD显示正极材料Li2Fe SiO4结晶良好。红外测试表明主要官能团包含Li2Fe SiO4的特征吸收峰。电化学测试显示正极材料Li2Fe SiO4具有良好的电化学性能,尤其是60℃高温具有更好的循环性能,显示了它作为电池正极材料的巨大潜力。     

高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及电化学性能

以可溶性的金属离子盐为原料,以(NH4)2CO3为沉淀剂,采用沉淀法制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,讨论了煅烧制度对材料性能的影响.采用X射线衍射、扫描电子显微镜和室温条件下充放电测试,对最终产物的物相、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:在750、850、950℃均得到了纯相的LiNi0.5Mn1.5O4材料;在850℃制备的LiNi0.5Mn1.5O4具有最好的电化学性能,在0.1、0.5、1.0、5.0C充放电倍率下容量分别为126.1、125.0、120.0、105.0 mA.h/g,以0.5C的倍率循环100次后,容量仍有119.0 mA.h/g,与初始容量相比,保持率达到94％.     

LiNi0.5Mn1.5O4及其复合物的制备、表征及电化学性能

为了改善Li Ni0.5Mn1.5O4的电化学性能,采用喷雾干燥法和静电纺丝法合成了Li Ni0.5Mn1.5O4前驱体。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对Li Ni0.5Mn1.5O4进行了表征,采用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗对其电化学性能进行了测试。结果表明:静电纺丝法制备的Li Ni0.5Mn1.5O4呈多孔的管状结构,颗粒粒径约为80 nm,其循环性能有待进一步提高。而喷雾干燥法制备的前驱体在900℃烧结合成的Li Ni0.5Mn1.5O4具有明显的尖晶石结构,颗粒分布均匀,颗粒平均粒径在1~2?m。静电纺丝法和喷雾干燥法合成的纯相Li Ni0.5Mn1.5O4在0.1 C倍率下首次充放电效率分别为48.1%、50.3%。喷雾干燥法制备的Li Ni0.5Mn1.5O4前驱体经碳包覆后的材料首次充放电效率提高到53.4%,在1 C倍率下循环200次后,容量保持率高达93.3%。     

Fe/Ni比对Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2纳米颗粒电化学性能的影响

通过调整化学组成x(x为0、0.05、0.1),采用自蔓延燃烧合成了不同Fe/Ni比的前驱体,经700℃高温煅烧合成出纳米Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2材料。XRD分析表明随着Fe/Ni比增大,材料的晶体结构由α-Na Fe O2层状结构向单斜C2/m结构过渡,晶系对称性降低。x=0.05时(Fe/Ni比为1∶1),Li1.2Fe0.15Ni0.15Mn0.5O2纳米材料(LFNMO-1F1N)具有良好的α-Na Fe O2层状结构和更完整的层状程度,晶粒尺寸为10.96nm。SEM分析表明LFNMO-1F1N为分布均匀的纳米颗粒,粒径范围38～62 nm。恒电流测试结果表明,在0.1C倍率下,LFNMO-1F1N的首次可逆容量高达258.9 mAh·g-1,远高于LFNMO-2F1N(191.6 mAh·g-1)和LFNMO-1F2N的可逆容量(155 mAh·g-1),在2C倍率下的可逆容量仍有138.4 mAh·g-1。在1C倍率下充放电循环100次后,可逆容量仍有122.6 mAh·g-1,保持率为78.6%。研究结果表明,当Fe/Ni比为1∶1时,Li1.2Fe0.15Ni0.15Mn0.5O2纳米颗粒具有最大的可逆比容量、最佳倍率与循环性能。     

硅酸盐系锂离子电池正极材料的合成及性能研究

在Li2O-MnO2-SiO2三元系统中通过高温固相法合成具有不同配比Li2MSiO4(M=Fe、Mn等)的锂离子电池正极材料,采用X射线衍射光谱法(XRD),扫描电子显微镜法(SEM)和电化学性能测试表征不同配比条件下Li2MSiO4(M=Fe、Mn等)正极材料的微观结构,颗粒形貌及电化学性能。结果表明:烧结温度600℃,保温时间30 h下,Li∶Mn∶Si比例为4.04∶13.76∶1时的样品充放电比容量最高。     

Li_(1.02)Mn_(1.92)Al_(0.02)Cr_(0.02)Mg_(0.02)O_(4-x)F_x尖晶石正极材料的研究

采用溶胶-凝胶法合成了复合离子掺杂的尖晶石型锰酸锂Li1.02Mn1.92Al0.02Cr0.02Mg0.02O4-xFx(x=0,0.06)正极材料,并用XRD、CV、EIS和充放电测试等研究了其结构和电化学性能。结果表明,F与金属离子(Li、Al、Cr、Mg)的复合掺杂不仅提高了材料的比容量,还增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的循环性能和可逆性能;充放电测试结果表明,Li1.02Mn1.92Al0.02Cr0.02Mg0.02O3.94F0.06具有优越的循环性能,常温下,以1/3C充放电的首次放电容量及50个循环后的容量保持率分别为117.9 mAh/g,96.9%。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料制备及其电化学性能研究

以二氧化锰、氧化镍和碳酸锂为原料,采用二次焙烧工艺制备了尖晶石型镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗测试(EIS)和充放电测试对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料进行了表征。结果表明,合成的材料晶体结构完整,形貌规则,并且表现出优异的电化学性能,其0.2 C首次放电容量为134.6 mA·h/g,5 C首次放电容量为112.9 mA·h/g,5 C循环34次后容量保持率为103.3%。     

锂离子电池正极材料Li2Mn0.95Mg0.05SiO4的合成和电化学性能

以Li2SiO3、Mn(CH3COO)2·4H2O和Mg(CH3COO)2·4H2O为原料,采用高温固相反应法成功合成出Li2Mn0.95Mg0.05SiO4锂离子电池正极材料.采用XRD、扫描电镜等技术分析了合成粉末的相组成、结构和微观形貌,利用电池测试仪测试了正极材料的电化学性能.研究结果表明,固相合成的粉末主相为Li2Mn0.95Mg0.05SiO4,同时存在少量的杂质,产物表面形貌、粒度均与未掺杂样品类似,二者均为非球形颗粒,颗粒尺寸约为100～500 nm.电化学测试结果表明,Mg掺杂后,正极材料的可逆容量和循环寿命都得到提高.正极材料电化学性能提高的机理在于Mg掺杂稳定了Li2MnSiO4正极材料的结构.     

共沉淀法制备锂离子电池0.5Li_2MnO_3·0.5LiCo_(0.5)Mn_(0.5)O_2富锂锰基正极材料

采用简易的草酸盐共沉淀方法,结合后续混锂焙烧制备了锂离子电池0.5Li_2Mn O_3·0.5Li Co_(0.5)Mn_(0.5)O_2富锂锰基正极材料。利用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱仪、激光粒度分析仪和振实密度仪等测试表征了所制备材料的物相、形貌、元素价态和粒度分布。利用充放电测试仪对材料的电化学性能进行了测试。结果表明:在低搅拌转速条件下共沉淀法制备的样品呈规则球状形貌,球体是由许多棒状一次粒子聚集而成;在高搅拌转速条件下,所制备出的样品呈现较为分散的棒状形貌。低搅拌转速下所制备的球状颗粒样品展现出了更高的振实密度(1.7 g/cm~3)和更优异的电化学性能:0.2 C倍率条件下首次放电比容量为233.8 m A·h/g,2 C/0.2 C放电比容量比值为62.2%,0.5 C循环100次容量保持率为90.8%,倍率性能和循环稳定性能优异。     

Cu_(0.5)Zn_(0.5)Cr_(0.5)Al_(1.5)O_4尖晶石的制备及其催化性能

以硝酸铜、硝酸锌、硝酸铬、硝酸铝和氢氧化钠为原料,利用化学共沉淀法制得铜锌铬铝尖晶石Cu_xZn_(1-x)Cr_(0.5)Al_(1.5)O_4(x=0,0.25,0.50,0.75和1.00)(依次记为C1~C5),采用XRD、ICP、SEM和BET对其结构和物理、化学性质进行了表征。将不同组成的铜锌铬铝尖晶石作为催化剂在固定床反应器上催化合成N-甲基-4-氨基苯甲醚(NMA)。考察了尖晶石组成、反应温度、质量空速(WHSV)和反应原料配比对催化剂催化性能的影响。结果表明:反应温度为265℃,WSHV为0.15 h-1、n(甲醇)∶n(对氨基苯甲醚)=3.0∶1.0时,Cu_(0.5)Zn_(0.5)Cr_(0.5)Al_(1.5)O_4(C3)具有最佳的催化性能。对氨基苯甲醚转化率可达90.95%,NMA的选择性可达94.93%。     

Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3掺杂对0.945K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-0.045LiSbO_3无铅压电陶瓷结构性能的影响

采用传统固相合成法合成(1-x)(0.945K0.5Na0.5NbO3-0.045LiSbO3)-x(Bi0.5K0.5TiO3)(简记为(KNN-LS)(1-x)-BKTx))无铅压电陶瓷,研究不同BKT掺入量(x=0.000,0.005,0.010,0.015,0.020,0.025,0.030)对该体系陶瓷的微观结构和压电介电性能。结果表明:x≤0.025时,均可形成单一钙钛矿结构;与KNN-LS相比,体积密度(ρ)、机械耦合系数kp、kt显著提高;d33、介电损耗tanδ、机械品质因数Qm和次级相变温度降低;当x=0.020时,样品的整体性能达到最佳值:ρ=4.239g/cm3,d33=94pC/N,kp=30.9%,kt=20.7%,tanδ=0.024,相对介电常数εT33/ε0=2468,Qm=53.95,次级相变温度降至室温以下,温度稳定性好。     

La掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.82)(K_(0.5)Bi_(0.5))_(0.18)TiO_3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺,研究了制备[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0.00,0.01,0.03,0.05,0.10)无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明,合成温度的提高有利于主晶相的形成,且此系统烧成温度范围较窄,故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时,研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响,结果表明,提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

Sr_(0.5)Sm_(0.5)CoO_3超细陶瓷粉体的制备与性能

采用低温燃烧法和共沉淀法制备了Sr0.5Sm0.5CoO3(SSC)超细陶瓷粉体。应用综合热分析、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和元素分析仪等对陶瓷粉体的组成、结构和形貌进行了表征。结果表明:采用低温燃烧法制备的SSC为近似球形、粒径小于200nm的超细钙钛矿结构的粉体;用共沉淀法制备了粒径约为500nm,具有钙钛矿结构的SSC超细粉体。低温燃烧法制备的SSC粉体在1150℃烧结致密,共沉淀法制备的SSC粉体在1200℃烧结致密。低温燃烧法和共沉淀法制备的SSC陶瓷膜在空气流速为1.12×10-4mol/s,氦气流速为6.70×10-5mol/s,900℃的条件下,透氧速率分别为4.61×10-7mol/(s·cm2)和4.46×10-7mol/(s·cm2)。     

Enhanced photodielectric effect in (0.88–x)Bi0.5Na0.5TiO3–0.12BaTiO3 –xBa(Ti0.5Ni0.5)O3–δ (BNBTNO) ceramics

In this work, solid solutions of (0.88–x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃–0.12BaTiO₃– xBa(Ti_0.5Ni_0.5)O_3–δ were designed and prepared. These compositions exhibit ferroelectricity at room temperature, with the tetragonal symmetry. The c/a values are varied from ～1.0067 (x?=?0.1) to ～1.0208 (x?=?0.04). A transition from the high–temperature relaxor state to the low–temperature ferroelectric state is demonstrated by the temperature dependence of dielectric data and Raman spectrum. The direct bandgap decreases from 3.40?eV for x?=?0 to 3.16?eV for x?=?0.1. The Ba(Ti_0.5Ni_0.5)O_3–δ addition leads an additional optical absorption peak in the visible range. The obvious photodielectric effect was discovered. In particular, the relative permittivity of the x?=?0.1 composition rises from ～756 to ～807 under light illumination.     

Tuning of electrical properties of xBi(Zn0.5Ti0.5)O3-(1-x) (Ba0.5Sr0.5)TiO3 ceramics by composition design and bandgap engineering

Herein, the xBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-(1-x) (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ (x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) novel negative temperature coefficient (NTC) ceramic materials were fabricated by solid-state method. X-ray diffraction revealed that xBi(Zn_0·5Ti_0.5)O₃-(1-x) (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ successfully formed solid solution. The UV–vis diffuse spectra of the samples indicate that the band gap increases with the increasing Bi(Zn_0·5Ti_0.5)O₃ content. The resistance temperature curve showed that with the increase of Bi(Zn_0·5Ti_0.5)O₃ content, the resistivity ρ of the ceramics at 400 °C increased from 5.96 × 10⁶ to 2.67 × 10⁷ Ω cm, as well as an increase in the B_400/800 from 12374.6 to 13469.1 K. The enhanced resistivity is attributed to the increased band gap and reduced carrier pairs caused by the Bi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃ modification. The impedance data indicates that the conduction process is activated by thermal. The ceramic samples exhibit the excellent NTC characteristics over a range of 400 °C–1000 °C. Hence, the xBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-(1-x) (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ ceramics have the potential to become high temperature NTC ceramics that can operate in a wide temperature range.     

Cu掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-LiSbO_3-NaTaO_3系压电陶瓷结构及性能的影响

采用传统的陶瓷工艺制备了0.94[0.9405(K0.5Na0.5)NbO3-0.0095(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05LiSbO3]-0.06NaTaO3(简称KNN-BNT-LS-NT)+xmol%CuO(0≤x≤2.0)陶瓷,研究了其晶体结构、压电、介电以及铁电性质,并对Cu2+在A、B位取代做了详细的分析讨论。结果表明,Cu2+的加入能显著提高陶瓷的机械品质因数Qm和降低其介电损耗tanδ,当加入1.5mol%的Cu2+在时,取得较佳的性能,即d33=183pC/N、Qm=166、tanδ=0.0135。     

BiFeO_3-K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的烧结工艺

采用传统固相烧结法制备性能良好的铁酸铋(BiFeO3,BF)掺杂的铌酸钾钠(K0.5Na0.5NbO3,KNN)压电陶瓷(BF-KNN),着重研究BF摩尔(下同)掺量对KNN结构与压电性能的影响规律以及BF-KNN陶瓷的烧结工艺。结果表明:适量BF有利于提高BF-KNN的压电性能,当BF掺量≥1%后,压电性能急剧降低。与仅烧结一次的样品相比,二次烧结BF-KNN陶瓷形成更加稳定的正交晶系钙钛矿结构,陶瓷组织致密,压电性能大幅度提高,压电常数(d33)、平面机电耦合系数(kp)与机械品质因数(Qm)分别达134pC/N、46%和364,但介电性能明显降低,相对介电常数(εr)从退火前的554降至388。一次、二次烧结样品的体积密度分别为4.12g/cm3和4.36g/cm3,相对密度分别为91.35%和96.67%。在温度低于490℃、频率为100kHz时,二次烧结样品的介电损耗tanδ5%,其Curie温度高达420℃。     

Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷具有优异的压电性能,是最有希望取代含铅PZT系压电陶瓷的体系之一,但烧结特性差,难以获得高致密度的陶瓷体是制约其研究发展的关键问题。基于近年来有关Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷的报道,重点从热压烧结法、放电等离子烧结法、添加烧结助剂法以及添加第二组元促进烧结法四个方面,综述了其在烧结制备技术上取得的研究新进展,并对Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结制备技术今后的发展方向提出了一些建议。     

钙钛矿化合物Sr（Fe0.5Nb0.5）O3的缺陷化学

对Sf(Fe_(0.5)Nb_(0.3))O_3的高温平衡电导率随氧分压(10~(-16)-0.1MPa)和温度(1150-1350℃)的变化关系进行了测量。在仅考虑氧空位V(?)、本征受主杂质A′,电子有e′和空穴h′后建立的点缺陷模型可对实测结果进行拟合,拟合函数为一简单的二次曲线。X射线衍射和透射电镜观察发现在高氧分压的p型区域,样品因氧原子的有序化出现某种超晶格,并导致按照单相模型得到的计算结果与实测值之间出现偏离。