不同锰源制备尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

分别用化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3和Mn_3O_4为锰源,通过高温固相法合成尖晶石LiMn_2O_4。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、恒电流充放电技术、交流阻抗及电位阶跃法,对合成的尖晶石LiMn_2O_4物相、形貌以及电化学性能进行检测分析。结果表明,由Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4的X射线衍射峰强度最大且粒度较为均匀。在室温条件下,以0.2C倍率充放电循环20次,Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4首次充放电比容量为128.3 mA·h/g,容量保持率为97.1%,优于另外三种锰源作为原料合成的尖晶石LiMn_2O_4。化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3、Mn_3O_4合成尖晶石LiMn_2O_4电极材料的扩散系数DLi+分别为2.26×10~(-11),4.54×10~(-11),0.83×10~(-11),8.25×10~(-11)cm~2/s。     

不同锰源制备尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

分别用化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3和Mn_3O_4为锰源,通过高温固相法合成尖晶石LiMn_2O_4。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、恒电流充放电技术、交流阻抗及电位阶跃法,对合成的尖晶石LiMn_2O_4物相、形貌以及电化学性能进行检测分析。结果表明,由Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4的X射线衍射峰强度最大且粒度较为均匀。在室温条件下,以0.2C倍率充放电循环20次,Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4首次充放电比容量为128.3 mA·h/g,容量保持率为97.1%,优于另外三种锰源作为原料合成的尖晶石LiMn_2O_4。化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3、Mn_3O_4合成尖晶石LiMn_2O_4电极材料的扩散系数DLi+分别为2.26×10^(-11),4.54×10(-11),4.54×10^(-11),0.83×10(-11),0.83×10^(-11),8.25×10(-11),8.25×10^(-11)cm(-11)cm²/s。     

固体电解质包覆LiMn2O4正极材料的合成及表征

采用湿化学法制备Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3包覆LiMn2O4。采用X射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电等技术对合成产物进行物相、形貌和电化学分析。结果表明:Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3包覆LiMn2O4与LiMn2O4有相似的X射线衍射结果,且包覆后的LiMn2O4循环伏安峰电流和电荷转移阻抗变化不大。室温及55℃,以0.2 C充放电倍率循环40次时,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3包覆LiMn2O4的容量保持率分别为98.2%和93.7%,未包覆的LiMn2O4的容量保持率分别为85.4%和79.1%。当以2 C倍率室温充放电循环时,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3包覆LiMn2O4的容量保持率比未包覆的LiMn2O4高8%;55℃充放电循环时,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3包覆LiMn2O4的容量保持率比未包覆的LiMn2O4高11.1%。     

Ni-Cu双掺LiMn_2O_4正极材料的制备及电化学性能研究

通过简易的无焰燃烧法合成了LiMn_2O_4、LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4和LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_43种正极材料。利用XRD、SEM、恒电流充放电测试等手段对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,所制备的3种正极材料均为立方尖晶石结构; Ni-Cu共掺杂提高了LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_4材料的晶体结构稳定性,表现出比LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4和LiMn_2O_4材料较好的倍率性能和循环寿命。在室温和1 C倍率下,LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_4样品的首次比容量为104.7 m A·h/g,循环200次后的容量保持率为81.38%;在较高的倍率5 C循环1 000次后,容量保持率为68.23%;即使在高温55℃和1 C倍率下,仍可获得较高的首次放电比容量,为110.8 m A·h/g,200次循环后的容量保持率为56.23%。CV和EIS测试结果表明,LiNi_(0.08)Cu_(0.05)Mn_(1.87)O_4具有较好的循环可逆性和较小的电荷转移阻抗。     

Li_2FeSiO_4/C复合材料的制备及电化学性能

以CH3COOLi、FeC2O4、纳米SiO2为原料,葡萄糖为碳源,超导碳为微波耦合剂,采用微波加热法合成了Li2FeSiO4/C材料。考察了不同微波时间对材料室温下电化学性能的影响,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线能谱对样品的晶型结构、表面形貌和组成进行表征分析。结果表明,微波合成法可以快速制备Li2FeSiO4/C材料,微波时间16min所得样品具有最好的电化学性能。室温下以C/16倍率进行充放电测试,放电容量为111.5mA·h/g;以0.2C进行充放电循环,首次放电容量为96.7mA·h/g,19次循环后容量仍有95.2mA·h/g。     

一步合成ZrO_2表面包覆F、Al共掺尖晶石锰酸锂及其性能研究

采用喷雾干燥法制备了形貌规整、粒径分布均匀的球型前驱体,再通过煅烧制备了包覆改性复合掺杂尖晶石锰酸锂材料,利用X射线衍射(XRD)、激光粒度、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、CV测试、EIS分析、充放电测试对其结构和电化学性能进行表征,并探究了不同二氧化锆包覆质量分数对氟铝共掺杂材料性能的影响。结果表明,当二氧化锆包覆质量分数为3%时,0.1 C倍率首次放电比容量为118.5 m A·h/g,1 C倍率循环260次后放电比容量为98.2 m A·h/g,容量保持率为83.2%,相比未包覆样品的循环性能有较大提升。     

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%。     

ZnF_2包覆对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,并利用Zn F2对其表面进行包覆改性。XRD、SEM和TEM测试表明,包覆处理不影响材料的晶体结构,2%(质量分数,以LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4质量计,下同)的Zn F2在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4表面形成了约7 nm厚均匀包覆层。对未包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4和1%、2%、3%的Zn F2包覆后的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的电化学性能进行了考察,发现Zn F2包覆能够减弱电解液与LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料之间的相互作用,稳定电极表面,提高材料的电化学性能。其中,2%Zn F2包覆样品表现出最佳的循环性能和倍率性能,0.2C电流倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109.0 m A·h/g,保持率为79.7%;5 C电流倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 m A·h/g,保持率为85.6%。     

共沉淀法制备锂离子电池0.5Li_2MnO_3·0.5LiCo_(0.5)Mn_(0.5)O_2富锂锰基正极材料

采用简易的草酸盐共沉淀方法,结合后续混锂焙烧制备了锂离子电池0.5Li_2Mn O_3·0.5Li Co_(0.5)Mn_(0.5)O_2富锂锰基正极材料。利用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱仪、激光粒度分析仪和振实密度仪等测试表征了所制备材料的物相、形貌、元素价态和粒度分布。利用充放电测试仪对材料的电化学性能进行了测试。结果表明:在低搅拌转速条件下共沉淀法制备的样品呈规则球状形貌,球体是由许多棒状一次粒子聚集而成;在高搅拌转速条件下,所制备出的样品呈现较为分散的棒状形貌。低搅拌转速下所制备的球状颗粒样品展现出了更高的振实密度(1.7 g/cm~3)和更优异的电化学性能:0.2 C倍率条件下首次放电比容量为233.8 m A·h/g,2 C/0.2 C放电比容量比值为62.2%,0.5 C循环100次容量保持率为90.8%,倍率性能和循环稳定性能优异。     

纤维状锂离子电池负极材料TiO_2的静电纺丝制备及性能研究

以钛酸四丁酯((C_4H_9O)_4Ti)为原料,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为粘结剂,采用静电纺丝技术制备了锂离子电池负极材料Ti O_2,研究了不同保温时间对材料性能的影响。采用X射线衍射及扫描电子显微镜分别对样品物相及形貌进行了表征,结果表明,在450℃下保温1 h、2 h、3 h均得到了纤维状结构的纯相锐钛矿Ti O_2。室温条件下的充放电测试表明,保温2 h制备的氧化钛具有最好的电化学性能,其在0.2 C、0.5 C、1 C、2 C充放电倍率下首圈容量分别为203.2 m Ah/g、177.2 m Ah/g、153.4 m Ah/g、131.6 m Ah/g,以0.2 C的倍率循环100圈后,容量保持率为89%。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5~4.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5⁴.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

重质化学二氧化锰制备尖晶石锰酸锂

采用重质化学二氧化锰制备尖晶石LiMn2O4。采用X射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电等技术对合成产物进行物相、形貌和电化学分析。结果表明:采用重质化学二氧化锰与电解二氧化锰制备的LiMn2O4粉末具有相似的X射线衍射结果。采用重质化学二氧化锰制备的LiMn2O4在0.2C、0.5C、1C、2C及3C放电倍率下放电比容量分别为108.5、104.7、97.3、86.5mA·h/g和70.7mA·h/g,以电解二氧化锰为原料制备的LiMn2O4放电比容量则分别为106.1、103.4、99.1、89.2mA·h/g和75.5mA·h/g。两种原料制备的LiMn2O4在不同倍率下的比容量和充放电循环性能差别不大,采用重质化学二氧化锰制备的锰酸锂电化学性质可以达到或超过采用电解二氧化锰制备的锰酸锂。     

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%。     

四氧化三锰制备尖晶石锰酸锂及电化学性能研究

采用金属锰粉悬浮液氧化法、焙烧法、两步法制备Mn3O4。根据Li2CO3/Mn3O4混合粉体的TG-DTA分析结果,以高温固相法合成尖晶石LiMn2O4。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电技术及交流阻抗,对这合成样品尖晶石LiMn2O4的物相、形貌以及电化学能进行检测分析,采用电位跃迁法测试计算出尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数。结果表明,用3种不同方法制备的Mn3O4都能合成颗粒大小均匀的尖晶石LiMn2O4,在室温下以0.2 C倍率充放电循环30次时,以悬浮液氧化法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4首次放电比容量和容量保持率分别为130.0 m A·h/g和98.1%,优于另外两种方法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4。以不同Mn3O4合成尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数DLi+分别为:7.78×10-11,5.01×10-11,3.26×10-11cm2/s。     

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%。     

合成原料对LiMn2O4电化学性能的影响研究

采用固相法分别以不同原料合成尖晶石LiMn2O4。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安及恒电流充放电等技术检测和分析合成产物的物相、形貌及电化学性能。研究表明,与采用电解MnO2为原料合成的LiMn2 O4相比,采用Mn3 O4为原料合成的LiMn2 O4粉末X射线衍射峰强度更大,室温下以0.2 C倍率充放电循环30次时,首次放电比容量和容量保持率分别为128.7 mA.h/g和98.4%,高于以电解MnO2为原料合成LiMn2 O4的123.7 mA.h/g和85.0%。55℃循环时,采用Mn3 O4为原料合成的LiMn2 O4容量保持率比采用电解MnO2为原料合成LiMn2O4的高10.7%。     

V掺杂Li2FeSiO4正极材料的制备与电化学性能

采用固相法制备了V掺杂的锂离子正极材料Li2Fe Si(1–x)VxO4(其中x=0,0.05,0.10,0.15)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜、粒度分析、恒流充放电测试及交流阻抗谱测试等方法研究制备样品的结构、形貌及电化学性能。结果表明:掺杂后样品的衍射主峰与Li2Fe Si O4的XRD谱一致,样品的一次粒径分布在200~500 nm之间,颗粒分散较为均匀,掺杂后样品的粒度分布更为一致。电学性能测试显示:x=0.10时,样品表现出较好的电学性能。在0.1C下放电,Li2Fe Si0.90V0.10O4的首次放电容量为163 m A·h/g,与Li2Fe Si O4相比容量增加了66.2%,循环30次后的容量仍保持在127m A·h/g,具有良好的循环性能。     

四氧化三锰制备尖晶石锰酸锂及电化学性能研究

采用金属锰粉悬浮液氧化法、焙烧法、两步法制备Mn3O4。根据Li2CO3/Mn3O4混合粉体的TG-DTA分析结果,以高温固相法合成尖晶石LiMn2O4。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电技术及交流阻抗,对这合成样品尖晶石LiMn2O4的物相、形貌以及电化学能进行检测分析,采用电位跃迁法测试计算出尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数。结果表明,用3种不同方法制备的Mn3O4都能合成颗粒大小均匀的尖晶石LiMn2O4,在室温下以0.2 C倍率充放电循环30次时,以悬浮液氧化法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4首次放电比容量和容量保持率分别为130.0 m A·h/g和98.1%,优于另外两种方法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4。以不同Mn3O4合成尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数DLi+分别为:7.78×10-11,5.01×10-11,3.26×10-11cm2/s。     

高功率型异质结构尖晶石/层状正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2制备及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法制备了一系列(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)异质结构的尖晶石/层状复合正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了系统研究。结果表明,x=0.2的材料具有最佳的高倍率性能和长循环稳定性。在2.7~4.5 V,1C下循环100次后(1 C=180 m A?g~(-1)),放电比容量为144 m Ah?g-1,容量保持率为92%;在10 C时的放电比容量仍能达到126 m Ah?g~(-1),相比于原始LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的放电比容量(73 m Ah?g~(-1))有较大提高。此外,该材料的储能能力也非常突出,在0.1和10 C时的比能量密度分别为733.44和437.21 W×h?kg~(-1)。