自蔓延高温合成锂离子电池正极材料LiCoO2

以四氧化三钴、碳酸锂为原料,尿素为燃料,用自蔓延高温合成法制备层状正极材料LiCoO2,并考察了尿素与钴摩尔比、预制炉温、热处理温度、热处理时间及锂与钴摩尔比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,制备LiCoO2的工艺条件为:锂与钴摩尔比1.05:1.00,尿素与钴摩尔比1:1,预制炉温和热处理800℃、热处理时间2h.所得LiCoO2的放电比容量达155mAh/g,循环10次后容量保持率为95%.     

自蔓延高温合成—无机材料制造新技术

自蔓延高温合成是一种制造无机材料的新技术,由原苏联科学院化学物理所的米尔然诺夫(A..)首创,俄文名称为(CBC),英文名称为Self-propa-gating high temperature synthesis(SHS),也称燃烧合成,自维持高温合成,反应合成等。这是一种借助反应剂发生     

自蔓延高温合成的材料和工艺

本文综述了自蔓延高温合成的２５０多种材料和６类工艺，给出了工艺与材料之间的相互关系，并列举了６个工业化实例。     

材料合成新技术──自蔓延高温合成

自蔓延高温合成（ＳＨＳ）是目前被广泛开发用于工业陶瓷和其它先进材料制备的一种独特的先进工艺技术。本文对生产高科技材料的自蔓延高温合成技术方法进行了介绍，并分析了该工艺的特点及其理论基础，同时还讨论了影响材料合成的因素。     

(Ti-2B-60wt%Cu)/(3Ti-2BN-x·Cu)层状材料燃烧合成研究

研究了当燃烧波蔓延通过（Ｔｉ－２Ｂ－６０ｗｔ％Ｃｕ）／（３Ｔｉ－２ＢＮ－ｘ·Ｃｕ）（ｘ＝０、１０、２０、 ４０ｗｔ％）两层混合粉料时,稀释剂Ｃｕ含量和生坯压制压力ｐ的变化对燃烧波形态和传播速度的 影响．经实验测定,当ｐ＝６０ＭＰａ时;燃烧波在（３Ｔｉ－２ＢＮ）、（３Ｔｉ－２ＢＮ－１０ｗｔ％Ｃｕ）、（３Ｔｉ－２ＢＮ－ ２０ｗｔ％Ｃｕ）、（Ｔｉ－２Ｂ－６０ｗｔ％Ｃｕ）单层混合物中的传播速度分别为４．９６ｍｍ／ｓ、４．４３ｍｍ／ｓ、 ２．１７ｍｍ／ｓ、 １８．５２ｍｍ／ｓ,燃烧波不能蔓延通过（３Ｔｉ－２ＢＮ－４０ｗｔ％Ｃｕ）单层混合物。对于（Ｔｉ－ ２Ｂ－６０ｗｔ％Ｃｕ）／（３Ｔｉ－２ＢＮ－ｘ·Ｃｕ）层状混合物,从一端点火以后,燃烧波形态随（３Ｔｉ－２ＢＮ－ｘ·Ｃｕ） 层金属含量的增加由弯向（３Ｔｉ－２ＢＮ－Ｕ·Ｃｕ）层的弧形改变为切向该层的楔形．此外,还研究了 生坯压制压力ｐ＝１２、 ２４、 ８４、 １０８ＭＰａ时,不同生坯密度对燃烧波形态和传播速度的影响 规律．     

锂离子电池层状正极材料第一性原理计算新进展

对近几年来第一性原理计算在以LiCoO_2为代表的锂离子电池层状正极材料研究方面的应用进行了综述。主要包括LiCoO_2的结构与电化学性质研究、其他LiMO_2正极材料的研究、掺杂改性和多元材料的研究等方面。较详细地介绍了它们的研究过程,讨论了取得的成果,分析了研究特点。在对上述研究内容进行简要评述的基础上阐述了继续开展相关研究的领域。     

Ti-2B-60wt%Cu)/(3Ti-2BN-x·Cu)层状材料燃烧合成研究

研究了当燃烧波蔓延通过（Ｔｉ－２Ｂ－６０ｗｔ％Ｃｕ）／（３Ｔｉ－２ＢＮ－ｘ·Ｃｕ）（ｘ＝０、１０、２０、 ４０ｗｔ％）两层混合粉料时,稀释剂Ｃｕ含量和生坯压制压力ｐ的变化对燃烧波形态和传播速度的 影响．经实验测定,当ｐ＝６０ＭＰａ时;燃烧波在（３Ｔｉ－２ＢＮ）、（３Ｔｉ－２ＢＮ－１０ｗｔ％Ｃｕ）、（３Ｔｉ－２ＢＮ－ ２０ｗｔ％Ｃｕ）、（Ｔｉ－２Ｂ－６０ｗｔ％Ｃｕ）单层混合物中的传播速度分别为４．９６ｍｍ／ｓ、４．４３ｍｍ／ｓ、 ２．１７ｍｍ／ｓ、 １８．５２ｍｍ／ｓ,燃烧波不能蔓延通过（３Ｔｉ－２ＢＮ－４０ｗｔ％Ｃｕ）单层混合物。对于（Ｔｉ－ ２Ｂ－６０ｗｔ％Ｃｕ）／（３Ｔｉ－２ＢＮ－ｘ·Ｃｕ）层状混合物,从一端点火以后,燃烧波形态随（３Ｔｉ－２ＢＮ－ｘ·Ｃｕ） 层金属含量的增加由弯向（３Ｔｉ－２ＢＮ－Ｕ·Ｃｕ）层的弧形改变为切向该层的楔形．此外,还研究了 生坯压制压力ｐ＝１２、 ２４、 ８４、 １０８ＭＰａ时,不同生坯密度对燃烧波形态和传播速度的影响 规律．     

自蔓延高温合成技术研究动态

综述了俄、美、中、日等国自蔓延高温合成技术的最新研究动向。简要评述了其发展趋势和应用前景。     

自蔓延高温合成及其经济优势分析

自蔓延高温合成工艺（ＳＨＳ）是制备高技术材料的先进方法，在经济上极具优势。同时对某些材料而言，这种工艺又是最可行的制造方法。筒述了自蔓延合成的原理和特点，分析了Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ和ＳｉＣ的ＳＨＳ工艺生产成本及其影响因素，并与传统的合成法进行了比较。     

层状锰酸锂正极材料的掺杂改性及性能

采用溶胶-凝胶法制备层状LiMnO2的正极材料，并对其进行不同比例的过渡元素钴镍镧铈掺杂改性。用XRD以及SEM对其进行物相和表面形貌的分析，同时用锂离子电池模具装配电池以及进行恒电流充放电、循环伏安等电化学测试，分析了掺杂元素对其电化学性能的影响。XRD分析结果表明所合成的锰酸锂材料呈斜方晶系，SEM形貌显示产物为明显的层状结构，循环充放电测试结果表明掺杂2％Ni2％Co6％Ce的层状锰酸锂正极材料的初次放电比容量为161．8mAh／g，循环稳定性较好：而掺杂了6％Co4％La的层状锰酸锂正极材料的初次放电容量为111．5mAh／g，表现了很好的电化学性能。     

高容量层状锰基氧化物正极材料研究进展

层状锰基氧化物Li[Lix(MnM)1-x]O2(M=Ni,Co,Cr…)正极材料具有比容量高的优点,引起了研究者的广泛关注。结合课题组的研究工作,综述了这一领域的最新研究进展。重点对层状锰基氧化物正极材料的结构、电化学性能,特别是对其独特充放电机制和电化学性能的改善进行了总结和探讨。最后总结了高容量层状锰基氧化物正极材料目前存在的主要问题以及未来的研究重点。     

低热固相反应法制备锂离子电池正极材料LiCoO2

以氢氧化锂、醋酸钴和草酸为原料,采用低热固相反应法制备了锂离子正极材料LiCoO2的前驱体,并通过热重/差热分析对前驱体的合成和热分解过程进行了研究.将该前驱体在不同温度下焙烧6h制得LiCoO2粉体,通过XRD、TEM技术对样品的结构和形貌进行了表征.结果表明,样品的晶粒尺寸小于100nm.随着焙烧温度的提高,样品的晶化程度和晶粒尺寸增大,晶胞参数呈现a轴伸长,c轴缩短的趋势.充放电性能测试结果表明,700℃焙烧的样品具有很好的电化学性能,初始充放电容量为169.4/115.3mAh@g,循环30次放电容量还大于101mAh@g-1.但是样品的极化容量损失较大.     

Rational design of thermally stable polymorphic layered cathode materials for next generation lithium rechargeable batteries

Classical layered transition metal oxides have remained the preferred cathode materials for commercial lithium-ion batteries. Variation in the transition metal composition and local ordering can greatly affect the structure stability. In classical layered cathodes, high concentrations of electrochemically inert Mn elements usually act as a pillar to stabilize the structure. When excess amount of Li and Mn are present in the layered structure, the capacity of the Li-rich layered oxide (molar ratio of lithium over transition metal is larger than one by design) can exceed that expected from transition metal redox. However, the over lithiation in the classical layered structure results in safety issues, which remains challenging for the commercialization of Li-rich layered oxides. To characterize the safety performance of a series of Li-rich layered cathodes, we utilize differential scanning calorimeter and thermal gravimetric analysis; this is coupled with local structural changes using in situ temperature dependent synchrotron X-ray diffraction and X-ray adsorption spectroscopy. These methods demonstrate that the gradual decrease of the Mn–M (M = Ni, Co, Mn and Li) coordination number directly reduces structural stability and accelerates oxygen release. For safety characterization tests in practice, we evaluate the thermal runaway process through accelerating rate calorimeter in 1.0 Ah pouch cells to confirm this trend. Using the insights obtained in this work, we design a polymorphic composition to improve the thermal stability of Li-rich layered cathode material, which outperforms Ni-rich layered oxides in terms of both electrochemical and safety performances.     

新型层状Li-Ni-Mn-O锂离子电池正极材料的研究

对近几年有关层状Li-Ni-Mn-O作为锂离子电池新型正极材料的研究进行了系统分析.比较了不同的合成方法及组成对材料性能的影响.对层状Li-Ni-Mn-O的结构研究及LixMnyNi1-yO2中Ni和Mn的价态研究做了系统分析与比较.其中LiNi1/2Mn1/2O2和LiNi0.2Li0.2Mn0.6O2是比较好的;超额Li对材料性能有利.对层状Li-Ni-Mn-O性能的改进提出了进一步改进的措施;认为应该发展低温合成方法及步骤尽量少的共沉淀法和简单燃烧法,优化和降低Ni的含量,掺杂一种或多种高价金属元素是很有前途的方法.     

新型锂电池正极材料——蒽醌/介孔炭寄生型复合物

将9,10-蒽醌（AQ）通过升华法填充在介孔炭（MC）的孔中,制备出蒽醌/介孔炭寄生型复合物。用TG/DSC、SEM、氮吸附等方法对介孔炭及复合材料进行了表征,应用恒流充放电、循环伏安法、交流阻抗等测试手段对复合材料的电化学性能进行了测试。结果表明炭/醌复合电极的比容量和循环性能较蒽醌电极有了很大程度的提高。其中蒽醌填充量为75%的复合材料首次放电比容量达到216mAh/g,50次循环之后,比容量仍有76mAh/g,是蒽醌电极比容量的2倍。     

熔融盐法合成锂离子电池正极材料LiNiO2的研究

在空气气氛中,采用熔融盐法制备出了锂离子电池正极材料LiNiO2.差热-热重曲线分析表明:629℃就已经反应完全.XRD分析表明:700℃反应26h制得的LiNiO2具有最完整的层状结构.电性能测试表明所得正极材料放电比容量较好.     

一种新型活性阴极材料的制备和性能

用电沉积法制备了以Ni为主的多元合金活性阴极涂层，其表面形貌为球状堆积，有利于气体溢出，减少气泡帘电阻，降低气体析出电位．该合金涂层由于本身对气体析出具有催化活性，析氢电位低、与基体结合力强、抗停断电能力强并且使用寿命长．     

锂离子电池斜方锰酸锂阴极材料的合成与表征

用一步固相法合成了斜方锰酸锂,对其进行了表征并确定了前驱体化合物烧结中的转变过程,以及相互化合间的烧结机制．结果表明,随着煅烧温度的升高,杂相减少,生长出主体相斜方锰酸锂．在700℃以上可以生成均一相的层状斜方类球状和棒状锰酸锂颗粒．两种颗粒的粒度分别为1～5μm和5～15μm．在充放电循环中,斜方锰酸锂结构易于向尖晶石结构转变．在2．5～4．5V范围内以20mA／g电流进行充放电循环,斜方锰酸锂的初始充电容量达到247mAh／g,放电容量为133mAh／g,50次循环后,容量保持率为92％．     

不同锂源对LiFePO4正极材料性能的影响

分别以Li2CO3,LiCl为锂源与FeC2O4·2H2O和NH4H2PO4混合,常温机械活化后在惰性气氛中经高温烧结,合成出纯相LiFePO4正极材料.采用X射线衍射仪,扫描电镜和电化学测试等对样品进行了表征,考察了不同锂源及合成温度对LiFePO4的物理特性和电化学性能的影响.结果表明,以Li2CO3、LiCl为锂源均能合成出橄榄石型LiFePO4正极材料,但以LiCl为锂源合成的样品中含有Fe2P2O4、LiFe5O8等微量杂质;其中以Li2CO3为锂源在650℃下烧结12h合成的样品具有优良的电化学性能,室温下以0.1和1C倍率放电,首次放电比容量分别为153.9和126.5mAh/g,循环性能较好.