锂二次电池的研究

本文报告了新型锂二次电池正极材料Li_(1+x)~-V_3O_8的合成方法、性质及Li/Li_(1+x)V_3O_8电池性能。 Li_(1+x)~-V_3O_8每摩尔可接受3摩尔Li~+,理论比容量为0.28Ah/g,在0.5mA—5mA/cm~2电流密度下充放电平均工作电压为2.5V,具有良好的循环性能。具有抗过充过放能力,某些性能超过TiS_2、MoS_2、V_6O_(13)。试狳得出Li_(1+x)V_3O_8作为锂二次电池正极材料是很有希望的。     

磁控溅射制备V2O5薄膜及全固态薄膜锂电池研究

V_2O_5具有容量高、循环稳定、易于制备成薄膜等特点,是全固态薄膜锂电池理想的正极材料。采用磁控溅射法,以V_2O_5为靶材制备了薄膜,研究了溅射气体Ar/O_2对薄膜结构、形貌及电化学性能的影响,优化了薄膜制备工艺。最终采用磁控溅射法依次沉积集流体薄膜、钒氧化物薄膜、固态电解质薄膜,真空热蒸发金属锂薄膜,成功制备了Al/V_2O_5/Li P ON/Li/Cu全固态薄膜锂电池。薄膜电池在1.7～3.4 V电压范围内,以10μA/cm~2恒电流充放电测试,电池比容量达到25μAh/cm~2,稳定循环超过500次。     

Al_2O_3掺杂对Co-Ni-Mn正极材料性能的影响

采用XRD分析和充放电测试,研究氧化铝(Al_2O_3)掺杂量x对锂离子正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3-x)Mn_(1/3)Al_xO_2(x=0、1/40、1/20和1/10)性能的影响。当Al_2O_3掺杂量为1/20时,所得LiNi_(1/3)Co_(1/3-1/20)Mn_(1/3)Al_(1/20)O_2材料的结晶度较好且完整,混排度较低。以0.1 C在2.0~4.8 V充放电,正极材料的首次放电比容量为264.47 mAh/g,第20次循环的容量保持率为93.01%,库仑效率为98.37%。     

镁电池正极材料V2O5微球的制备及电化学性能

利用水热法合成了具有多级结构的V_2O_5,通过调节溶液p H值,探究了材料微观形貌的变化,并将材料制成极片,以纯镁为负极,0.25 mol/L Mg(AlCl2EtBu)2为电解液组装成镁离子电池进行测试。在不加酸的情况下,生成的V_2O_5样品是由纳米棒自组装微球堆积而成的,但其电化学性能较差,在50 mA/g的电流密度下首圈放电比容量只有102.8mAh/g,经过30次循环后仅能保持在69.5 mAh/g。而在酸性条件下(pH=2或3),制得的V_2O_5样品均呈现薄纳米片自组装形成的花状微球。在pH=3时,制得的V_2O_5首圈放电比容量可提高到113.7 mAh/g,经过30次循环后仍保持在79.7mAh/g。这些电化学性能的提升,得益于在酸性条件下,生成的V_2O_5具备更高的比表面积和更为疏松多孔的结构。     

不同正极活性物质的钛酸锂负极锂离子电池

采用4种正极活性物质,设计32650型4.0 Ah钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极锂离子电池,评估充放电倍率性能、放电温升、低温放电性能、循环性能和安全性能。尖晶石镍锰酸锂(Li Ni0.5Mn1.5O4)正极电池的电压平台高(3.15 V),-20℃下的1 C放电(3.3~2.0 V)容量是常温时的83.16%,比能量为74.57 Wh/kg;磷酸铁锂(LiFePO_4)正极电池的电压平稳(1.70 V),适用于对电压要求严格的领域。三元材料正极电池中,镍钴锰酸锂(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)正极电池的各项性能较优,3 C循环3 486次的容量保持率为102.58%,可用于快充领域;镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2)正极电池更适合于储能领域。     

AlPO4包覆对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响

采用共沉淀法在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2表面包覆Al PO4。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和充放电测试技术研究Al P O4包覆对正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。电化学性能测试结果表明:不同Al PO4包覆量对正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2物理性质、结构及电化学性能有显著影响。当采用Al PO4包覆量为1%时,循环性能最好,50次循环后,放电比容量仅降到176 m Ah/g,容量衰减最小,只有1.7%。表现出良好的电化学稳定性,同时材料的倍率性能也明显提高。     

掺杂Fe对正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响

通过共沉淀法合成了掺杂Fe元素的锂离子电池正极材料Li[Ni_(1/3)Co_((1-x)/3)Mn_(1/3)Fe_(x/3)]O_2(x=0、0.1、0.3、0.5、0.7和0.9)。用循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等方法,研究铁、钴元素含量对材料电化学性能的影响。与三元材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2相比,少量Fe掺杂(x=0.1)的Li[Ni_(1/3)Co_(0.9/3)Mn_(1/3)Fe_(0.1/3)]O_2比容量更高,循环性能更好。以0.1 C在2.4~4.5 V恒流充放电,首次、第30次循环的放电比容量分别为168.2 mAh/g、139.1 mAh/g,容量保持率为86.02%。     

V_2O_5—MnO_2电极材料的研究

用偏钒酸铵和二氧化锰为原料,合成了V_2O_5—MnO_2作为二次电池阴极材料。实验电池用饱和的LiOH水溶液为电解质,在电流密度为2mA/cm~2下充放电,结果表明,电池的比容量与V_2O_5—MnO_2的合成条件密切相关。当V/Mn摩尔比为1时,在空气中350℃下,灼烧8h,所得样品的比容量最高,第一次放电时可达133mAh/g阴极活性物质。而在同样条件下,在400℃时所得样品的循环性能最好,在第10次放电后,其比容量为初始容量的90％。XRD和电镜的研究显示样品的主要组成为V_2O_5和β—MnO_2,另外还有Mn_2O_3和Mn_2V_2O_7,随着体系中Mn_2O_3和MnV_2O_7含量的增加,电池的比容量降低。     

多离子共掺杂对三元正极材料性能的影响

三元正极材料有望成为新能源汽车动力电池首选材料,为改善三元材料性能,采用氢氧化物共沉淀-固相合成工艺制备出一系列正极材料Li [(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(1-x-y-z)M1_xM2_yM3_z]O_2(0≤x≤0.05、0≤y≤0.05、0≤z≤0.05;M1=Al、M2=Mg、M3=Cu)并与市售三元材料进行对比。XRD、SEM以及电化学测试结果表明:制得的材料均为α-NaFe0_2层状结构,其中三元材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2为类球状形貌,比市售三元颗粒细小,在1 C、2.7～4.3 V下循环50周,保持率为91.56%,在0.1 C、2.7～4.3 V下循环100周,保持率高达92.46%,和商用材料相比,容量值和循环性能相当,倍率性能不佳。此外,本研究还分析了两种及三种掺杂元素同时存在对正极材料的影响:掺杂后材料粒度变小,当掺杂含量为0.05时,高含量的掺杂离子损害了电池性能;当掺杂含量为0.01时,材料Li[(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(0.97)Al_(0.01)Mg_(0.01)Cu_(0.01)]O_2的倍率性能明显提高,2 C和5 C倍率下的放电比容量分别为112和98.6 mAh/g。     

铌、钒掺杂对正极材料LiFePO_4/C电化学性能的影响

以FeC_2O_4·2 H_2O、NH_4H_2PO_4为原料,聚乙二醇为有机碳源,通过V~(5+)和Nb~(5+)掺杂高温固相法制备Li_(1-y)Nb_yFe_(1-x)V_xPO_4/C(x=0,y=0;x=0.03,y=0;x=0,y=0.03;x=0.03,y=0.03)正极材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行表征。结果表明:V~(5+)和Nb~(5+)均匀地掺入了LiFePO_4晶格中,材料的晶体结构及形貌没有发生改变,仍为橄榄石型结构。在充放电电压为2.4~4.2 V时对所合成的样品进行电化学性能测试,其中Li_(0.97)Nb_(0.03)Fe_(0.97)V_(0.03)PO_4/C正极材料在不同倍率下具有最佳充放电比容量,在0.1 C、0.2 C、0.5 C和1 C下的首次放电比容量分别为162.3、160.8、160.1和155.3 m Ah/g,经过100次循环后,1 C下的容量保持率为93.72%,具有良好的倍率性能和循环性能。     

助熔剂法低温制备高压实密度LiMn2O4

将16~18μm和3~5μm两种粒度分布的二氧化锰(MnO2)前驱体按5∶1搭配,加入0.3%的复合助熔剂B2O3-Nb2O5,在低温770℃下制备锰酸锂(LiMn2O4)正极材料。对材料进行XRD、SEM、比表面积、压实密度及电化学性能分析。材料的压实密度为3.12 g/cm^3,以1 C在3.0~4.3 V充放电,首次放电比容量为123.4 m Ah/g;循环100次的容量保持率为96.5%。     

锂离子电池正极材料Fe2（SO4）3研究综述

最近,铁基硫酸盐锂离子电池正极材料开始吸引研究者的注意.这类材料的优点是合成工艺十分简单,只要加热水合硫酸铁即可;原材料成本低;污染小;毒性小.缺点是容易潮解,制备小颗粒材料比较难,导电率低.理论上每个Fe2 （SO4）3单元可以嵌入2个Li＋;理论比容量为134mAh/g,工作电压为3.6V.不过只有一个锂离子的嵌入是可逆的,循环数次后比容量稳定在67mAh/g左右.为进一步改进其性能,一些研究者提出了阴离子取代等方法.未来的研究主要集中在改进另一个锂离子嵌入反应的可逆性方面以及如何降低材料的颗粒尺寸.本文简单综述了该材料的研究现状.     

锂离子蓄电池负极材料Li4Ti5O12的研究进展

对Li4Ti5O12 的结构与电化学性能的关系、制备方法、掺杂改性研究现状等进行了介绍。锂离子蓄电池负极材料锂钛复合氧化物———Li4Ti5O12 相对于锂电极的电位为 1.5 5V ,理论容量为 175mAh/ g ,实验容量为 15 0～ 160mAh/ g。在Li 嵌入和脱出的过程中 ,其晶型不发生改变 ,有很小的收缩和膨胀 ,体积变化小于 1% ,被称为“零应变”材料。以该材料为负极的锂离子蓄电池具有很好的循环性能 ,同时相对于石墨等碳负极 ,安全性和可靠性也得以大大改善 ,具有应用在电动汽车、储能电池等方面的优良前景 ,在全固态锂离子蓄电池的研究中也大多采用该活性材料作为负极     

LiMn2O4在锂离子蓄电池中的电化学性能

论述了LiMn2O4材料的合成工艺对电化学性能的影响,最佳合成条件下的初放电容量可达到120mAh/g。将尖晶石型LiMn2O4材料作为正极活性材料制成18650型锂离子蓄电池,电化学测试表明电池的初放容量达到1.2Ah。对正极组分(活性物质,导电剂,粘结剂)的不同配比及电极制备工艺进行优化设计,电池在常温下以0.5A电流充放电可达500次循环,荷电态月平均自放率为9.2%。     

锂离子蓄电池钒系正极材料的研究进展

综述了锂离子蓄电池中钒系正极材料的研究和发展。对钒的氧化物V2 O5和V6O13 以及钒酸锂系化合物Li1 x V3 O8、LiNiVO4、Li6V5O15和LixV2 O5等电极材料的特点、合成方法、放电容量和循环性能等作了总结。比较详细地介绍了钒的氧化物V2 O5在充放电过程中结构变化的情况、钒酸锂系化合物Li1 xV3 O8的结构特点、在充放电过程中物相的变化情况和容量衰减的原因 ,以及最近几年提出的旨在提高其容量的几种新的合成方法。对最近研究热点之一的V2 O5凝胶和其衍生物质Cu0 .1V2 O5干凝胶的研究情况也作了介绍。     

LiMn2O4在水系电液中嵌脱锂的EIS研究

运用电化学阻抗谱（EIS）研究尖晶石LiMn2O4电极在1mol／L的LiNO3水溶液中的贮存和首次脱锂过程。实验结果表明：尖晶石LiMn2O4电极在上述水溶液电解液中,无论是在贮存还是在充放电过程中,均会受到不同程度的腐蚀,致使锂离子在尖晶石LiMn2O4中的嵌脱过程变得困难。     

三元材料在锂离子动力电池上的应用

锂离子电池被认为是电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的主要发展方向之一.选用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料制成了12 Ah能量型及8 Ah功率型动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试.结果表明由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料制备的大容量动力电池比能量高,在循环性能、倍率放电性能、低温放电性能、荷电保持能力以及安全性能方面均表现优异,能够满足EV及HEV动力电源的要求.     

锂离子电池正极材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的Ag表面修饰

采用银镜反应法对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2材料进行了Ag表面修饰.表面元素分布测试表明,Ag均匀分布在Li-(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2颗粒表面.未经表面修饰的材料在C/5、C/2和1 C倍率下放电容量分别为168、160、146 mAh/g,经过Ag表面修饰的材料在C/5、C/2和1 C倍率...     

AIPO4包覆对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响

采用共沉淀法在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2表面包覆AIPO4.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和充放电测试技术研究AIPO4包覆对正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响.电化学性能测试结果表明:不同AIPO4包覆量对正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2物理性质、结构及电化学性能有显著影响.当采用AIPO4包覆量为1％时,循环性能最好,50次循环后,放电比容量仅降到176 mAh/g,容量衰减最小,只有1.7％.表现出良好的电化学稳定性,同时材料的倍率性能也明显提高.     

Mn_3O_4合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

以Mn3O4为原料,在氧气气氛中用固相反应法制备尖晶石结构正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,并用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试考察了反应温度、反应时间和锂用量等工艺条件对合成产物的结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明通过控制工艺条件可以优化材料的电化学性能,其中锂用量为1.02,在900℃反应2h所合成LiNi0.5Mn1.5O4具有Fd3m尖晶石结构,放电比容量为140mAh/g、40次循环后容量保持率为94.8%。