不同碳源掺杂磷酸亚铁锂正极材料电化学性能研究

采用液相共沉淀-固相焙烧合成了橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)正极材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试等方法对产物物相结构、表观形貌和电化学性能进行了表征和分析.纯相材料首次放电比容量达到90.6 mA·h/g,循环5次后,放电比容量为75.94 mA·h/g.为解决首次放电比容量低下以及材料循环性能差的问题,采取不同碳源掺杂对材料进行改进,最后得到LiFePO4/C复合正极材料,0.05 C首次放电比容量达到158.8 mA·h/g.     

LiNO3-TiO2-尿素体系燃烧合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12及电化学性能

以纳米TiO2和LiNO3为原料,尿素为燃料,燃烧法合成了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12. 利用XRD、SEM和恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对其进行表征. 结果表明,预设炉温850℃,尿素与锂摩尔比1,焙烧8 h,制备得到平均粒径小于500 nm、粒度分布均匀的纯相尖晶石型结构Li4Ti5O12,并具有良好的电化学性能,具有1.5 V充放电平台,在0.1 C倍率下(1 C=170 mA·h/g),其首次充放电容量达到168 mA·h/g,经过100次循环后放电比容量仍有162 mA·h/g,容量保持率96.4%.     

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）。     

对甲基苯磺酸钠掺杂聚吡咯/二氧化钛纳米管阵列全电池的电化学储锂性能

采用电化学方法制备了对甲基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯(TsONa/PPy)锂离子电池正极材料和二氧化钛纳米管阵列(TiO_2NT)负极材料。利用扫描电子显微镜和X射线能量色散光谱仪研究了样品的微观结构及形貌,并进一步组装成全电池,利用恒流充–放电和循环伏安(CV)技术测试了其电化学性能。结果表明:对甲基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯正极材料是由直径为3μm左右的微球组成,二氧化钛负极材料则呈现三维有序纳米管阵列形貌,两种电极材料的表面皆凸凹不平;由二者组成的全电池首次放电比容量约为105 mA·h/g,经过50次循环后,可逆放电比容量仍保持在65 mA·h/g,表现了良好的循环稳定性,此外还表现了良好的倍率性能。     

钛酸锂/石墨烯复合材料及电化学性能

通过固相法制备出钛酸锂(LTO)样品,再将LTO和氧化石墨烯通过水热法制得钛酸锂/还原石墨烯复合材料(LTO-RGO)。通过XRD、SEM、TEM对材料的结构、形貌进行表征,并进行充放电性能测试、交流阻抗测试来检测其电化学性能。结果表明,石墨烯对钛酸锂进行包覆处理不影响钛酸锂材料的晶型结构、无杂相出现。钛酸锂/石墨烯复合材料表现出了比钛酸锂材料更为优异的电化学性能,0.2C倍率下的放电比容量为208.7mA·h/g,50次循环后容量保持率为98.10%;20C倍率下的放电比容量为136.1mA·h/g。     

锂离子电池正极材料Li3V2[(PO4)1-xFx]3/C的合成及性能表征

以LiH2PO4、LiF和V2O5为原料,蔗糖为还原剂,用碳热还原法合成了Li3V2[(PO4)1-xFx]3/C(x=0、0.02、0.05、0.08、0.10和0.15),并用X射线衍射、Fourier变换红外光谱、循环伏安、交流阻抗谱和恒流充放电技术研究了F-掺杂对材料结构和电化学性能的影响.结果表明:F-掺杂Li3V2(PO4)3/C与纯Li3V2(PO4)3/C均为单斜结构,但少量的F-掺杂可提高电极反应可逆程度和电导率,降低电荷传递阻抗;在所得的F-掺杂材料中,Li3V2[(PO4)0.95F0.05]3/C具有较好的电化学性能.在3.0～4.2V (vs.Li/Li+)循环时,电极的0.5C放电容量为124.4 mA·h/g,50次循环后容量保持率为98.5％,15C下的放电容量为84.7mA·h/g,50次循环后容量保持率为97.4％,而Li3V2(PO4)3/C的仅为59.2 mA·h/g和89.0％.     

米粉作为碳源包覆改性氧化亚硅材料的研究

针对氧化亚硅（SiO）负极材料充放电过程中体积膨胀较大、容量衰减较快的问题,采用米粉作为碳源对SiO进行包覆改性。XRD测试结果表明,SiO和糯米粉包覆改性材料SiO-NM均没有显著的特征峰,为非晶体结构。SiO的首次放电比容量为1 980.6 mA·h/g,首次充电比容量为891.2 mA·h/g,首次充放电效率为45.0%;糯米粉包覆改性材料SiO-NM的首次放电比容量为942.9 mA·h/g,首次充电比容量为490.4 mA·h/g,首次充放电效率为52.0%,首次充放电效率显著提升。交流阻抗测试结果表明,SiO-NM的电荷转移阻抗R_ct为213.7Ω,显著小于Si的465.4Ω,表明材料的导电性能得到提高。     

磷化钴/氮磷共掺杂碳复合材料的制备及其储锂性能

金属磷化物在储能方面具有优异的电化学性能。然而磷化物电导率低,体积膨胀严重,易导致材料粉化、脱落,影响电池的电化学性能。因此采用盐模板法制备了三维蜂窝状的磷化钴/氮磷共掺杂碳纳米材料(CoP₂/NPC)。三维多孔的纳米结构有利于离子/电子传输,当电流密度为100 mA/g时,循环100圈后,CoP₂/NPC具有560.1 mA·h/g的比容量,当增大电流密度到5 000 mA/g时,其放电比容量仍具有355.3 mA·h/g的稳定容量。     

Li_4Ti_5O_(12)-C复合材料的制备及性能

以葡萄糖为碳源,以Li_2CO_3、TiO_2为原料,采用原位复合法制得不同碳质量分数的锂离子电池复合负极材料Li_4Ti_5O_(12)-C。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对复合材料的结构及表面形貌进行了表征,采用恒流充放电和电化学阻抗等技术对复合材料进行电化学性能测试。结果表明:Li_4Ti_5O_(12)-C没有杂相,颗粒均匀。其中,碳质量分数为3%的复合材料在0.5 C下的首次放电比容量最高,为185.9 mA·h/g,循环50次后,其放电比容量仍为161.5 mA·h/g,容量保持率为86.9%;在4.0 C下,其首次放电比容量为106.9mA·h/g。与其他样品相比,碳质量分数为3%的复合材料循环伏安氧化还原峰电位相差为278.6 mV,溶液阻抗为6.198?,电荷转移电阻为187.2?,电化学性能最好。     

基于β-FeOOH纳米棒制备LiFePO_4/C和Fe_2O_3纳米电极材料及其电池性能

自制直径为90nm、长为500nm的β-FeOOH纳米棒为前驱物,通过碳热还原法和热分解法分别制备出形貌均匀、粒径为300nm的LiFePO4/C正极材料和粒径为100nm的Fe2O3负极材料,并研究它们对金属锂组成半电池和构造LiFePO4/C vs.Fe2O3全电池的电化学性能。结果表明：LiFePO4/C半电池在0.1C、0.5C、1.0C、5.0C、10.0C和15.0C（1C=170 mA g–1）倍率下放电比容量分别为158.8、153.2、144.3、126.8、111.0 mA h g–1和92.9mA h g–1。经过不同倍率循环后,返回0.1 C放电比容量为157.5mA h g–1,为初始0.1 C放电比容量的99.2%。Fe2O3半电池在50mA g–1电流密度下首次放电比容量为1655.5mA h g–1,循环50次后,仍保持460mA h g–1的放电比容量。LiFePO4/C vs.Fe2O3全电池在0.1 C倍率下,相对于LiFePO4活性物质,首次放电比容量为148.7mA h g–1;相对于Fe2O3活性物质,首次放电比容量为441.7mA h g–1。由LiFePO4/C纳米粒子作为正极材料、Fe2O3纳米粒子作为负极材料组成的全电池在0.1 C到2.0 C不同倍率下均表现出了良好的循环性能,且返回0.1 C后其放电比容量相对于初始0.1 C放电比容量无衰减。可见,以β-FeOOH纳米棒为前驱物控制制备的LiFePO4/C正极纳米材料和Fe2O3负极纳米材料可以有效地提升电池的性能。     

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。     

液相法合成高容量LiFePO4/C复合正极材料

采用液相共沉淀法合成了纯相橄榄石型LiFePO4和LiFePO4/C复合正极材料。利用原子吸收(AAS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、振实密度测定等方法对其进行表征,并组装成电池研究其电化学性能。结果表明:LiFePO4和LiFePO4/C都具有单一的橄榄石型晶体结构,且前者的振实密度可达1.67 g/cm2,掺碳后制成的LiFePO4/C振实密度有所降低,但充放电平台非常平稳。与纯相LiFePO4相比,LiFePO4/C具有更高的放电比容量和循环性能,室温下以0.2 mA/cm2和0.4 mA/cm2电流密度充放电,首次放电比容量分别达到158.1 mA.h/g、150.0 mA.h/g。充放电循环20次后放电比容量仍分别保持在154.2 mA.h/g,137.2 mA.h/g。     

焙烧时间对喷雾干燥制备LiMnPO_4/C多孔微球的影响

以微波辅助氯化胆碱-乙二醇合成的纺锤体LiMnPO_4纳米颗粒为原料,采用喷雾干燥法制备LiMnPO_4/C多孔微球,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、拉曼光谱(Raman)、比表面积(BET)及孔径分析(BJH)、恒流充放电技术、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等研究了焙烧时间对LiMnPO_4/C多孔微球的结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:在焙烧时间为5 h时,合成材料的电化学性能最好,1C倍率下首次放电比容量为140 mA·h/g,100次循环后容量保有率为95%,5C下放电比容量为119 mA·h/g,表现出了良好的循环性能和倍率性能。     

溶剂热反应矿化剂和表面活性剂对LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4性能的影响

采用溶剂热法制备LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4正极材料,研究了矿化剂KOH及阳离子表面活性剂双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)对产物形貌以及性能的影响。利用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗对其电化学性能进行测试。结果表明:矿化剂KOH和表面活性剂DDAB均有利于减小颗粒粒径,从而使材料电化学性能得到提高。其中加入矿化剂KOH效果明显,所得LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4材料粒径最小,分散性能最好,有效碳包覆率最高,0.2C倍率下100次循环后容量保持率为94.3%;0.1C倍率下的放电比容量为157.4mA·h/g,5C下仍可以达到99.2mA·h/g,相比于基础材料LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4的152.3和82.3mA·h/g分别提高了3.3%和20.5%,具有很好的倍率性能和循环稳定性能。     

水热法制备Al/Co共掺杂VO2(B)正极材料及其电化学性能

采用水热法,以V_2O_5、C_(12)H_(22)O_(11)、Co(NO_3)_2·6H_2O、Al(NO_3)_3·9H_2O为原料,分别合成了纯相VO_2(B)和Al/Co共掺杂VO_2(B)。X射线衍射分析结果显示,掺杂后样品的衍射峰强度变低、峰形变宽、结晶性下降。扫描电子显微镜照片显示,掺杂后样品的形貌发生明显变化,由长棒状(纯相)变为短棒状与片状均匀混合的形貌。电化学性能测试结果显示首次放电比容量和循环性能都大幅度提高。样品A1(摩尔比n(Al):n(Co):n(V)=12:6:100)首次放电比容量为301 mA·h/g,比未掺杂样品(216 mA·h/g)高85 mA·h/g;样品A2(摩尔比n(Al):n(Co):n(V)=12:12:100)首次放电比容量为285 mA·h/g,比未掺杂样品高69 mA·h/g,并且掺杂样品经过100次充放电循环后容量保持率都比未掺杂样品高。     

氮离子掺杂对二氧化钛纳米片负极材料电化学性能的影响

通过水热法结合碳包覆的途径,制备出碳包覆的二氧化钛样品,并对样品进行氮掺杂后作为钠离子电池负极材料。通过XRD、SEM、XPS、充放电测试对其进行结构、形貌分析和电化学性能研究。结果发现,氮离子掺杂对二氧化钛的晶型没有影响,且氮离子成功地掺入晶体内部。氮离子掺杂后,样品N-TiO_2的倍率性能有了明显的提高。在5 A/g电流密度下,样品二氧化钛和N-TiO_2的放电比容量分别为120.5、141.9 m A·h/g。在1 A/g的电流密度下,样品二氧化钛和N-TiO_2的放电比容量分别为115、170.8 m A·h/g,循环1 000圈后,放电比容量依然高达111.2、168 m A·h/g,样品N-TiO_2和二氧化钛均具有优异的循环稳定性,但氮离子掺杂后,比容量有了显著的提高。实验表明,氮离子掺杂后,材料中产生的Ti3+和氧空位有效地提高了材料的导电性,使得其电化学性能有了明显的改善。     

微波水热法合成Li4Ti5O12及其性能

采用微波水热法和水热法制备锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,比较了合成方法对Li4Ti5O12电化学性能的影响,考察了其结构和形貌及电化学性能.结果表明,两种方法均合成了尖晶石结构的Li4Ti5O12,微波水热法合成的样品电化学性能较好,颗粒尺寸为200~300 nm,分布均匀,比表面积较大,在1 C的放电条件下,首次放电比容量为151.33 mA·h/g,97次循环后放电比容量为140.94 mA·h/g,保持率为93.14%,且电化学阻抗较小.     

以竹叶为碳源制备Li4Ti5O12/C复合材料

以钛酸四丁酯、醋酸锂、柠檬酸和竹炭为原料,采用两步煅烧和溶胶-凝胶法制备了锂离子电池Li4Ti5O12/C负极材料.采用XRD、SEM表征了材料的微观结构和形貌.采用恒流充放电、交流阻抗法和循环伏安法测试了材料的电化学性能.结果显示,Li4Ti5O12/C具有良好的结晶度,颗粒表面光滑,分散均匀,粒径为200～300 nm.10 C倍率下,Li4Ti5O12/C的首次放电比容量为180.4 mA·h/g,循环300圈后为167.5 mA·h/g,容量保持率为92.8％,远高于Li4Ti5O12的46.9％.在20 C大倍率下,Li4Ti5O12/C和Li4Ti5O12的容量保持率分别为68.9％和41.3％.     

锂离子电池负极材料Li4Ti4.9Ni0.1O12的制备及其电化学性能

以Li_2CO_3、TiO_2、Ni(CH_3COO)_2×4H_2O为原料,采用固相法制备尖晶石型Li_4Ti_(4.9)Ni_(0.1)O_(12)锂离子负极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试以及交流阻抗等技术对材料进行了结构、形貌表征及电化学性能测试。结果表明,制备的Li_4Ti_(4.9)Ni_(0.1)O_(12)材料无杂相,颗粒大小均匀,在0.5 C下首次放电比容量为173.3 mA×h/g,库伦效率为97.4%,50次循环后,材料的放电比容量为163.4 mA×h/g,容量保持率为94.3%。     

掺杂与表面包覆对尖晶石型LiMn2O4电化学性能的影响

用固相法制备了Cr3 和F-同时掺杂的尖晶石型LiMn2O4正极材料,并对掺杂材料进行氧化铝表面包覆改性,用扫描电子显微镜和X射线衍射研究了材料的表面形貌和晶体结构,用充放电实验和交流阻抗技术测试了材料的电化学性能。结果表明:LiMn2O4在掺杂Cr3 和F-及表面包覆氧化铝后仍为尖晶石型结构,随掺杂和包覆量的增加,材料首次放电容量降低,但循环性能明显改善,其中未掺杂、掺杂量为0.10和表面包覆0.3%的氧化铝的材料室温首次放电容量分别为125.3 mA·h/g、117.5 mA·h/g和113.7 mA·h/g,循环25次后容量保持率分别为82.7%、91.5%和93.6%,而55℃下25次循环后放电容量及其保持率以表面包覆氧化铝的最佳,分别达到104.2 mA·h/g和92.1%。