球磨法制备锂金属氮化物及电化学性能研究

采用高能球磨法制备了锂离子电池负极材料锂金属氮化物Li_3-xM_xN(M=Co,Cu等)。制备的锂金属氮化物具有较高的电化学活性和充放电可逆性,可以用作锂离子电池的高容量负极材料。所制备的Li_2.6Co_0.4N前10次循环的脱嵌锂容量高达880mAh·g^-1。Li_2.6Co_0.2Cu_0.2N最初几个循环的脱嵌锂容量为750mAh·g^-1,45次充放电循环后的容量保持率为80％。Li_2.6Co_0.2Fe_0.2N是含有Li_2.6Co_0.4N的两相或多相混合物,40次充放电循环后脱锂容量为560mAh·g^-1,相对第二次脱锂容量的保持率为82％。     

尖晶石LiMn2-x-yCoxLayO4-zClz/C复合电极的性能研究

采用高温固相法合成了掺杂改性的锂离子电池用尖晶石型LiMn_2-x-yCo_xLa_yO_4-zCl_z和复合型LiMn_2-x-yCo_xLa_yO_4-zCl_z/C正极材料. 通过X射线衍射和环境扫描电镜对材料的晶体结构和表观形貌进行了分析, 通过恒电流充放电测试和交流阻抗技术对材料的电化学性能进行了测试. 实验结果表明, 所制备的材料LiMn_2-x-yCo_xLa_yO_4-zCl_z和LiMn_2-x-yCo_xLa_yO_4-zCl_z/C均为单一的尖晶石结构, 其中以葡萄糖作为碳添加剂所得的复合材料的电性能最佳. 该材料具有良好的充放电循环可逆性能, 以0.2C倍率充放电, 首次放电比容量可达126.5mAh·g^-1, 充放电循环50次后平均放电比容量仍保持在123.5mAh·g^-1以上, 衰减不超过2.4%.     

LiNi0.9Co0.1O2正极材料的EDTA络合法合成及其性能研究

采用络合法制备了锂离子电池的活性正极材料LiNi_0.9Co_0.1O2粉体,实验表明合成的LiNi_0.9Co_0.1O₂粉体结晶良好,层状结构发育完善。电池充放电测试结果表明,其容量及循环性能与LiNi_0.9Co_0.1O₂粉体的合成温度有关,其中900℃合成得到的LiNi_0.9Co_0.1O₂材料具有最好的电化学性能,首次放电比容量高达120.5mAh/g,循环30次后可逆放电比容量仍高达118.8mAh/g,容量损失仅为1.4％。文中对容量退化的原因进行了分析。     

柠檬酸凝胶燃烧法合成新型LiCoVO4锂离子电池阴极材料

研究了一种制备锂离子电池阴极材料的新方法,通过柠檬酸凝胶燃烧法制备出高电压阴极材料LiCoVO₄,并采用DSC、TG、XRD、IR、Raman、SEM、EDAX和模拟电池组装等测试方法对合成材料进行了表征和测试.结果表明高结晶单相LiCoVO₄在450℃形成. LiCoVO₄位于820cm^-1处的红外吸收带和拉曼吸收带分别归属于VO₄四面体具有A₁对称的伸缩振动和VO₄四面体中V-O键振动的内模振动峰,而335cm^-1处的红外和拉曼吸收带则对应于VO₄四面体具有E对称的变角振动.产物一次粒子平均粒径为300nm,粒径分布和元素分布基本均匀.产物的首次充电容量为160mAh·g^-1,充电平台电压为4.8V,放电容量为152mAh·g^-1,具有较好的电化学性能.     

水合氧化钛制备Li4Ti5O12及在电化学混合电容器中的应用

以水合氧化钛溶胶为起始反应物,在其中加入活性炭、柠檬酸和锂盐,干燥后在800℃热处理12h,制得具有尖晶石结构的新型准纳米晶Li₄Ti₅O₁₂. 电化学测试表明,该材料的首次嵌脱锂效率可达99.3%,85mA/g电流条件下的可逆嵌锂容量为152.3mAh/g,嵌脱锂平台稳定. 将其制成嵌锂电极后与活性炭电极构成Li₄Ti₅O₁₂/AC电化学混合电容器. 充放电测试表明,在该混合电容器中,Li₄Ti₅O₁₂电极在85mA/g电流条件的比电容量为96.4mAh/g,电容器充放电效率达96.5%.     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究进展

具有尖晶石相的LiMn₂O₄因价格低、无毒、无环境污染、制备简单、研究较成熟,因此有着很好的应用前景,被看作最有可能成为新一代商用锂离子二次电池正极材料.由于LiMn₂O₄电化学循环稳定性能不好,表现在可逆容量衰减较大,尤其在高温下(>55℃)使用衰减更严重,从而限制了它的商业化应用.经过近十几年的研究,人们对其衰减机理有了比较清晰的了解,提出了造成容量衰减的几种可能原因如Jahn-Teller畸变效应、Mn²⁺在电解质中的溶解、出现稳定性较差的四方相以及电解质的分解等.通过掺杂、表面包覆、制备工艺的改进,人们已能制得循环稳定性能较好的尖晶相材料.本文结合我们研究小组的最新研究成果对锂离子二次电池正极材料LiMn₂O₄的最新研究进展进行综述和评论.     

控制结晶法制备球形锂离子电池正极材料的研究进展

球形材料具有堆积密度大、体积比容量高、加工性能好等突出优点. 球形化是锂离子电池正极材料的重要发展方向. 控制结晶法是制备球形材料的理想方法. 本文介绍了控制结晶法的原理, 综述了采用控制结晶法制备球形锂离子电池正极材料---LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiFePO₄的研究和发展, 并对球形材料在锂离子电池中的应用前景进行了分析.     

电沉积制备的锂离子电池Sn-Cu合金负极及性能研究

采用电沉积方法直接在铜集流体上沉积一层可与锂反应的活性金属锡,在氩气气氛中烧结处理后作为锂离子电池的负极.扫描电镜和X射线衍射分析及模拟电池的电化学性能测试结果表明:电沉积工艺制备的锡电极与传统的涂浆法制备的锡电极相比,其首次循环的放电比容量有很大提高,即由442mAh·g^-1提高到747mAh·g^-1;烧结处理前后电极表面结构、组成和粒度大小不同,锡晶粒粒度分别为102.4、121.0nm;烧结处理后,虽然首次循环的比容量下降为409mAh·g^-4,但库仑效率有很大提高,达到92％,30次循环的容量保持率达到58％.     

B位异价离子(Al,Cr)置换对Li3xLa2/3-xTiO3离子电导率的影响

研究了B位Al,Cr异价离子置换对Li_3xLa_2/3-xTiO₃(x=0.13)离子电导率的影响。结果表明:用适量离子半径较小的Al³⁺(0.535A)置换Ti⁴⁺(0.605A)可有效地提高其离子电导率,当B位铝离子的置换量为y=0.02时,组分为(Li_0.39La_0.54)_1+y/2Al_yTi_1-yO₃的材料其室温下的体离子电导率σ_b=(1.58±0.01)×10^-3S·cm^-1,这一结果是迄今为止钙钛矿锂离子导体材料文献报道的最好水平。然而,分析结果表明,离子电导率的提高难以用锂离子迁移“瓶颈”尺寸的变化,TiO₆八面体张缩能力及A位阳离子和空位的有序性来解释,因B位异价离子置换而引发的Li⁺离子键强度的变化被认为是导致锂离子电导率提高的原因。     

二价铁过量M型钡铁氧体的放电等离子体烧结合成

在氩气保护下用化学共沉淀工艺制备了名义组成为BaFe³⁺_11.8Fe²⁺_0.3O₁₉的Fe²⁺过量M型钡铁氧体（BaM）前驱体,采用XRD、SEM和Archimedes法研究了前驱体在放电等离子体烧结（SPS）条件下的物相组成、显微结构和致密度. 结果表明,合成高致密度的单相Fe²⁺过量BaM材料的优化SPS工艺为850℃、保温30min和压力10MPa,其结晶机制为低温下前驱体分解形成α-Fe₂O₃和Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃,高温下Fe²⁺过量BaM结晶,整个结晶过程中没有BaFe₂O₄中间相形成. 单相Fe²⁺过量BaM材料的饱和磁化强度为58.2A·m²·kg^-1,矫顽力为255kA·m^-1, 说明Fe²⁺占据自旋向上的2a磁晶位.     

锂离子电池正极材料LiV3O8的低温合成研究

以ＬｉＮＯ_３和ＮＨ_４ＶＯ_３为原料,通过溶胶－凝胶法制备了层状锂钒氧化物ＬｉＶ_３Ｏ_８锂离子电池正极材料,通过ＴＧ－ＤＴＧ、ＸＲＤ等考察了合成条件对产物首次放电比容量的影响．实验结果表明,在４５０℃左右热分解２０ｈ可得到单一相产物ＬｉＶ_３Ｏ_８,其层状结构较为完整,电化学性能好,首次放电比容量可达３５０ｍＡｈ·ｇ－１,作为高能锂离子电池正极材料较为理想．     

钡过量非化学计量M型铁氧体的合成与表征

采用并加共沉淀工艺在900℃热处理2h的条件下合成了单相钡过量非化学计量M型铁氧体Ba_1+xCoTiFe₁₀O_19+x(x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20), 并用XRD、SEM、TEM和VSM表征了这种新的非化学计量M型铁氧体的结构和磁学特性. 结果表明: 当0c和剩余磁化强度σ_r均随x增大而显著增大(Δσ_r=5.36A·m^2·kg^-1, ΔH_c=16.99 kA·m^-1, 但比饱和磁化强度σ_s基本不变; 0.053+离子被稀释导致σ_s、H_c和σ_r均随x增大而持续降低. 同时证实钡过量并不会导致晶体对称性破坏, 02+离子分布于平行于a轴方向的大孔隙位?置, 不仅具有助熔剂作用, 而且对磁畴壁产生了钉扎效应.     

纳米Ni(OH)2的控制结晶法制备

纳米Ni(OH)₂可以有效地提升镍氢电池的性能. 本文以NiSO₄和NaOH为原料, 聚乙二醇为分散剂, 采用控制结晶法制备了纳米Ni(OH)₂的胶体溶液, 控制结晶的pH值和温度分别为11.0 和45℃. 然后用正丁醇进行共沸蒸馏处理. 制备了分散性良好的纳米Ni(OH)₂粉体, 粉体颗粒粒径20nm左右, 团聚体系数为1.07. 并用TEM和XRD对粉体进行了表征. 所制备的样品在 1C倍率放电时电容量达到258mAh·g^-1.     

介孔氧化铁的制备与表征

以氢氧化钠和三氯化铁为原料,通过控制碱和铁盐的比例来制备铁的聚合物溶液,然后以十二烷基硫酸钠（SDS）为模板剂制备了介孔氧化铁. 通过X射线粉末衍射、热重分析、红外光谱、氮气吸附脱附方法对不同焙烧温度下样品的晶体结构和表面结构进行表征. 结果显示,OH^-/Fe³⁺摩尔比为2.0,焙烧温度为450℃时,样品完全转化为α-Fe₂O₃. 制备的介孔氧化铁有较大的表面积（146.5m²·g^-1）,BJH平均孔径为6.9nm,孔体积为0.27cm³·g^-1. 所制备的介孔氧化铁有较好的热稳定性,经550℃高温焙烧表面积仍有110.2 m²·g^-1.     

纳米ZnO的沉淀法制备、表征及影响因素分析

用Zn(NO₃)₂·6H₂O对作原料、Na₂CO₃作沉淀剂,制得了纳米ZnO粉体.用TG-DSC、XRD和TEM分别对前驱体和纳米ZnO粉体进行了表征.结果表明:所得前驱体在253℃左右分解为六方纤锌矿型纳米ZnO,颗粒大小约为15～20nm,粒径分布窄,基本无团聚,粉体的比表面积为64.12m²·g^-1实验发现,当反应物浓度从2.0mol·L^-1减小至1.0、0.5mol·L^-1时,纳米ZnO粉体的粒径基本无变化,但颗粒间的团聚状态减轻;在用无水乙醇洗涤沉淀前,先用蒸馏水或稀氨水清洗对得到的纳米ZnO粉体的团聚状态没有明显的区别.