TiO2包覆对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料电化学性能的影响

采用TiO_2对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 (LNMO)正极材料进行表面包覆,以达到改善LNMO电化学性能的目的。利用X射线衍射(XRD)、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)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试手段对制备的材料进行结构表征和电化学性能评价。结果表明,TiO_2能够在LNMO表面形成包覆层,且LNMO-T-2样品(TiO_2包覆量为w=1.0%)表现出最为优异的倍率性能及循环稳定性。LNMO-T-2样品在5和7 C (1 C=140 mAh·g~(-1))倍率下的放电比容量为102.3和72.1 mAh·g~(-1),比未包覆改性的LNMO分别提高14.3%和33.5%。另外,LNMO-T-2样品在2 C倍率下进行200次循环后放电比容量保持率达到87.9%,高于未包覆改性的LNMO的放电比容量保持率(82.7%)。LNMO-T-2样品电化学性能的改善归因于TiO_2表面包覆可以有效减小电极极化,同时降低电荷转移阻抗(R_(ct))。     

Eu0.5Ca0.5Mn1-xAlxO3制备、结构及其表征

本文通过高温固相法制备了 Eu_(0.5)Ca_(0.5)Mn_(1-x)Al_xO_3(x=0,0.1,0.2)钙钛矿稀土锰氧化物样品。对样品进行XRD测试,IR吸收光谱测试。XRD测试结果表明:样品随Al~(3+)掺杂量的增加,主峰的位置向大角度方向偏移,样品表现为单相正交结构,晶胞体积无明显改变。IR吸收光谱表明:随着Al~(3+)掺杂量增加,吸收峰大体呈现左移(短波方向)趋势,MnO_6八面体J-T畸变程度减小。     

不同Ti~(4+)含量掺杂Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备和电化学性能

采用钛酸四丁酯[Ti(OC_4H_9)_4]水解和900℃高温烧结工艺制得不同Ti~(4+)含量掺杂下的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(1-x)Ti_xO_2正极材料。采用XRD、SEM等表征方法对Ti~(4+)掺杂前后的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构、表面形貌进行分析研究,发现掺杂前后材料的结构并未明显变化。电化学测试结果表明,虽然Ti~(4+)表现为非电化学活性,使得掺杂有Ti~(4+)的正极材料其首次充放电比容量有所降低,但是在高倍率性能及循环性能测试中,Ti~(4+)掺杂改性效果表现明显。其中当Ti~(4+)掺杂量为x=0.02时,其倍率性能及循环性能最佳。在5C高倍率下放电,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量要比未掺杂样品高出约20 m A·h/g。而且经过100次循环后,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量仍有187.9 m A·h/g,容量保持率高达96.8%。而未掺杂样品的100次循环后容量保持率仅有91.2%。     

离子掺杂对Nasicon型化合物电化学性能的影响

Nasicon化合物的优点是变换其中的过渡金属不会改变其结构,由此衍生的化合物既可作为电池的电极材料,也可是固体电解质。综述了阴阳离子掺杂对材料电化学性能的影响,发现阳离子掺杂对改善Nasicon固体电解质的离子导电性能比较有效,其中LiGe_2(PO_4)_3基化合物的离子电导率最高(如:Al~(3+)浓度为0.5时产物的σ_(298)=5.1×10~(–3) S/cm,电化学势能窗为6 V);阴离子掺杂虽也能显著改善其离子电导率,但绝对值不如前者高,约为10~(–4) S/cm。阳离子掺杂能显著改善Li3V2(PO_4)_3正极材料的电化学性能,其中Nb~(3+)的掺杂效果最好,0.5 C倍率下的放电性能高达162.4 mA·h/g;而阴离子掺杂则能显著提高Li_3Fe_2(PO_4)_3的放电性能,VO_4~(3–)掺杂浓度为0.45时,所得化合物在2C倍率下的放电容量高达96.6 mA·h/g,并且循环60次的容量保持率为96%。     

Li~+、Co~(3+)和F~-共掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的结构与性能

用均匀设计法优化了Co~(3+)、Li~+、F~-共掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的组成和性能,并用XRD、SEM和恒电流充放电技术研究掺杂对材料结构、形貌和充放电性能的影响。结果表明,共掺杂和未掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4均具有Fd3m尖晶石结构,掺杂离子以固溶体形式存在,Co~(3+)、Li~+和F~-共掺杂能同时提高材料的放电比容量和循环性能,其中Li_(1.02)Co_(0.07)Ni_(0.41)Mn_(1.5)O_(3.955)F_(0.045)的放电容量为145.4 m A·h/g,50个循环后容量保持率为97.1%。     

Co掺杂对Na3V2(PO4)2F3材料结构和电化学性能的影响

首次采用溶胶-凝胶法制备Co掺杂Na_3V_(2-x)Co_x(PO_4)_2F_3(x=0.00,0.05,0.1,0.2)钠离子电池正极材料。使用XRD、FE-SEM、恒流充放电和交流阻抗测试分析了Co掺杂对Na_3V_2(PO_4)_2F_3材料的结构和电化学性能的影响。结果表明,Co~(2+)取代V~(3+)可在Na_3V_2(PO_4)_2F_3晶格内产生V~(3+/4+)混合电价从而提高Na_3V_2(PO_4)_2F_3材料的电子电导率,具有更大离子半径的Co~(2+)替换V~(3+)可增大Na_3V_2(PO_4)_2F_3晶胞体积,扩宽钠离子传输通道,从而提高其离子电导率。此外,Co掺杂可有效减小Na_3V_2(PO_4)_2F_3电极的电荷转移阻抗。电化学测试结果表明,x=0.1时的Na_3V_(1.9)Co_(0.1)(PO_4)_2F_3电极展现出了最优异的电化学性能,0.1C时的首次放电比容量为111.3mAh·g~(-1),5C时首周可逆容量为91.9mAh·g~(-1),循环80次的容量保持率为70%。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2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_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2(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_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2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_(1.2)Ni_(0.16)Mn_(0.56)Cr_(0.08)O_2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。     

Ti掺杂改性LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料及其电化学性能研究

高镍LiNi_(0.6)Co_(0.)2Mn_(0.2)O_2正极材料已商业应用于锂离子动力电池。进一步提升结构稳定性和电化学性能是高镍材料大规模应用的关键。采用Ti~(4+)掺杂来调变材料结构,研究Ti4+掺杂对材料的晶体结构、形貌和电化学性能的影响及作用机制。实验结果表明Ti4+掺杂对颗粒形貌无明显影响,但可有效抑制Li~+/Ni~(2+)离子混排,拓宽过渡金属层间距,提高锂离子扩散速率,从而改善材料循环和高倍率性能。由于Ti~(4+)为电化学惰性离子,低倍率下材料的放电比容量略有下降,1%Ti4+掺杂的样品电化学性能最优。在3.0～4.3 V、5.0 C下的放电比容量为126.6 mA×h·g~(-1),较原材料的91.0 mA×h·g~(-1)提升明显;1.0 C下放电比容量为144.2 mA×h×g~(-1),循环100周后容量保持率高达95.0%。在3.0～4.6 V的电压区间内,1.0 C下循环100周的容量保持率仍有84.1%。     

熔盐燃烧合成LiNi_(0.01)Cr_xMn_(1.99-x)O_4(x≤0.07)正极材料及电化学性能

采用熔盐燃烧法制备Ni和Cr共掺杂尖晶石LiNi_(0.01)Cr_xMn_(1.99-x)O_4(掺杂Cr的量x≤0.07)正极材料,以改善锂离子电池正极材料的电化学性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其晶体结构、微观形貌和物相组成进行表征,并利用恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对电化学性能进行研究。结果表明,样品均为单相尖晶石LiMn_2O_4结构,颗粒尺寸在50～100 nm。x=0.05样品具有高的Li~+扩散系数和低的电荷转移电阻,表现出优良的动力学性能和电化学性能。在1 C,x=0.05样品首次放电比容量为114.3m A×h×g~(-1),循环500次后的容量保持率为74.8%,即使在20和30 C的较高倍率,经过1 000次长循环后,仍分别保持51.9%和43.1%的容量保持率。适量的Ni-Cr共掺杂提高了LiMn2O4的晶体结构稳定性,改善了电化学性能。     

尖晶石型Li_(1.02)Ni_(0.05)Mn_(1.93)O_(4)正极材料的合成及电化学性能EI北大核心CSCD

采用无焰燃烧法在500℃燃烧反应3 h并在700℃二次焙烧3、6、9 h和12 h合成了尖晶石型Li_(1.02)Ni_(0.05)Mn_(1.93)O_(4)(LNMO)正极材料,研究了焙烧时间对LNMO正极材料结构、形貌、电化学性能以及动力学性能的影响。制备的所有样品均具有LiMn2O4的尖晶石型结构,并且随着焙烧时间的延长,样品的颗粒尺寸逐渐增大,结晶性逐渐增强。焙烧时间为6 h样品(LNMO-6)展现出较为优异的电化学性能,在1 C,该样品的首次放电比容量为118.7 m A·h/g,经200次充放电循环后其容量保持率为87.0%,甚至在5 C和10 C高倍率下循环1000次后仍具有76.3%和75.5%容量保持率。循环伏安和电化学阻抗测试结果表明:样品LNMO-6具有最大的Li+扩散系数(3.74×10^(-15) cm^(2)/s)以及最低的表观活化能(22.72 k J/mol)。     

退火工艺对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料 电化学性能的影响

采用共沉淀法合成LiNi0.5Mn1.5O4正极材料并对其进行退火处理,研究退火温度对材料电化学性能的影响。结果表明,退火温度会导致LiNi0.5Mn1.5O4正极材料中Mn3+含量的变化,进而影响材料的倍率性能和循环性能。其中,625 ℃退火8 h所制备的样品表现出最好的电化学性能,其0.2 C倍率首次放电容量为130.8 mA·h/g;1 C倍率首次放电容量为126.5 mA·h/g,50次循环后,容量保持率高达100.8%。     

铝掺杂富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的研究

针对无钴锰基富锂材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂固有的循环稳定性差、循环电压衰减严重等问题,研究了铝掺杂结合固相煅烧法对该材料在微观形貌及结构、电化学性能等方面的影响。研究结果显示,铝掺杂不仅能促使该材料的表层形貌更加致密,而且可以为该材料带来更稳定的晶体结构,这有利于该材料在长充放电循环中抵抗因结构降级带来的一系列不利因素,最终致使其电化学性能更加优异。此外,当铝掺杂量为1%（物质的量分数）时该材料在高倍率下的放电比容量、循环稳定性、电压保持率等均达到最优效果,在2.0~4.8 V电压区间内0.1C倍率下首圈放电比容量高达248.8 mA·h/g,200圈循环充放电后其放电比容量保持率由未掺杂时的57.9%提升至77.6%,循环电压保持率也由84.2%提升至85.6%。以上结果充分显示了1%铝掺杂对锰基富锂材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂具有优异的改良效果。     

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%。     

硒掺杂改性新能源汽车锂电池正极材料的结构与电化学性能

为了开发出具有能量密度大、循环性能优越等特性的高能量密度电池材料,研究了硒掺杂量对富锂锰基正极材料显微组织和电化学性能的影响。结果表明,硒掺杂量增加有助于减小正极材料中颗粒粒径,但是硒掺杂量过高（x=0.21）会出现严重颗粒团聚现象,锂电池正极材料中适宜的硒掺杂量为x=0.14,此时正极材料可以获得粒径细小、均匀的颗粒;x=0.14的正极材料由于具有最佳的抑制氧损失的作用而具有最高的库伦效率（77.1%）;当倍率为0.1C~10C时,正极材料的放电比容量会随着硒含量升高而先增大后减小,在x=0.14时取得最大值,即x=0.14的正极材料的倍率性能最优;x=0.14的正极材料的循环性能明显高于x=0的正极材料。     

Effects of Al2O3 and LiAlO2 Co-coating on electrochemical properties of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode materials

Lithium-ion batteries are widely used in aerospace, power vehicles, portable electronic devices and other fields because of their environmental friendliness, rechargeable cycle and high energy density. The nickel-cobalt-manganese ternary materials with high nickel has high specific discharge capacity and is regarded as one of the most promising cathode materials. However, with the increase of the number of cycles, the cycle performance becomes worse and the specific capacity decays sharply. In this work, Al₂O₃ and LiAlO₂ were coated on the surface of NCM811 by combining ball milling mixing and solid-phase synthesis to prepare the AL-NCM811 cathode material. The coating thickness formed by Al₂O₃ and LiAlO₂ was 10–70 nm, which effectively improves the cycle stability and rate performance of NCM811 material. When charged and discharged at 0.1C, the first discharge specific capacity and capacity retention rate after 100 cycles of 0.5AL-NCM811 were 196.26 mAh/g and 96.47%, respectively, while those of NCM811 were only 193.78 mAh/g and 72.18%, respectively. When the current density was 5.0C, the discharge specific capacity of 0.5AL-NCM811(139.16 mAh/g) was 55.368 mAh/g higher than that of NCM811(83.80 mAh/g).     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。     

K+掺杂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的制备及电化学性能研究

锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂具有放电比容量大、热稳定性好、成本低、安全性能好等优点,但其倍率性能有待进一步提升。本文采用水热法制备了K⁺掺杂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料LNCM-xK。通过X射线衍射谱、场发射扫描电镜和X射线光电子能谱表征LNCM-xK的形貌和结构,通过电化学工作站和蓝电测试系统测试其电化学性能。结果表明:K⁺掺杂能有效降低阳离子混排程度,改善LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的电化学性能,其中当x=0.125时K⁺掺杂LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂样品(LNCM-0.125K)阳离子混排程度最低;LNCM-0.125K样品电化学性能最佳,0.2 C下50次循环后容量保持率为96.15%;在不同电流密度(0.2 C,0.5 C,1 C,2 C,5 C)下进行倍率性能测试,连续充放电30次后LNCM-0.125K样品容量保持率为97.00%。     

AgO有序阵列结构电极材料的制备与表征

在浓氢氧化钠溶液中,通过电化学方法氧化银纳米颗粒制备得到AgO有序阵列结构电极材料。性能表征表明,所制备的AgO材料具有独特的直通孔阵列结构,有利于电解质溶液在孔隙中的扩散,可直接用作Al/AgO电池阴极,无需黏结剂等。与常规AgO阴极材料相比,同等条件下,以AgO有序阵列结构材料为阴极所组成电池的放电性能大幅提高,3 C倍率下质量比容量可达422.6 mA·h·g^-1,电极活性材料的利用率为97.8%,7 C倍率下质量比容量依然有387.8 mA·h·g^-1,活性物质利用率89.7%。同时,循环性能相比传统电极也得到大幅提升,在第10个循环时依然保持着405.2 mA·h·g^-1的质量比容量。制备方法易于操作且高效环保,有利于工业化生产;所得材料具有独特结构和性能优势。     

无人机用锂离子电池正极材料Li1.20Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的Mo6+掺杂改性研究

采用碳酸盐共沉淀法和高温烧结工艺将一定量的Mo⁶⁺掺杂到Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料中。利用XRD、SEM、EDS和恒流测试仪研究Mo⁶⁺掺杂对Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果显示,Li_1.20Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Mo_0.02O₂表现出更低的阳离子混排和优异的电化学性能。经过Mo⁶⁺掺杂后的正极,由于Li⁺高速的迁移速率,使得首次不可逆容量损失降低,并展现出更好的高倍率性能和优异的循环稳定性。在0.5C倍率下循环100周后,Li_1.20Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Mo_0.02O₂的容量保持率达到92.2%,远远大于Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的87.5%。另外,当放电倍率增大到5C时,Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的放电比容量要比Li_1.20Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Mo_0.02O₂低21.0 mA·h/g。因此,采用Mo⁶⁺掺杂改性Li_1.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料,可以有效提高锂电池的循环保持率和高倍率放电性能。     

镁离子掺杂锂离子电池硅酸锰锂正极材料

以MgAC2为掺杂剂,葡萄糖碳化为碳包覆源,通过溶胶凝胶法制备了含有镁离子的硅酸锰锂正极材料前驱体,在惰性气保护下经高温焙烧得到碳包覆的硅酸锰锂正极材料.对镁离子掺杂对硅酸锰锂物理和电化学性能的影响进行了探讨.交流阻抗和循环伏安测试表明,碳包覆和低含量镁离子掺杂不会破坏硅酸锰锂的材料,并且显著提高了电子传导过程的电导率...