纳米LiFePO4/C复合正极材料的制备及其性能研究

采用碳热还原方法、以不同掺碳(葡萄糖为碳源)方式合成LiFePO4/C复合正极材料,利用X射线衍射仪、高倍率透射电镜以及电池测试仪等手段对样品进行了分析研究,并探讨了不同掺碳方式对复合LiFePO4/C正极材料性能的影响.结果表明,采用湿法加入葡萄糖制备的LiFePO4/C正极材料中LiFePO4的粒径范围在40～80nm左右,为纳米材料尺度,0.05C倍率下首次放电比容量达到160mAh/g,1C倍率下循环50次后,容量衰减仅为1.2%.     

Cu2+掺杂高密度LiFePO4/C正极材料的合成及性能

以高密度FePO4作为前躯体,Cu(Ac)2为掺杂源,通过高温固相法合成了高振实密度的锂离子电池正极材料LiFe1-xCuxPO4/C(x=0、0.01、0.015、0.02、0.025).采用X粉末衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、循环伏安法(C-V)和恒电流充放电对合成的材料掺杂进行了结构、形貌和电性能表征和分析研究.结果表明, 所合成的掺杂复合材料LiFe1-xCuxPO4/C为典型的橄榄石型结构,结晶度高,具有较高的振实密度.掺杂Cu2+离子在很大程度上可以提高LiFePO4的电化学性能,当Cu含量为2.0%(质量分数)时,LiFe0.98Cu0.02PO4/C的振实密度可以达到1.98g/cm3,比容量为最大值,0.1C倍率放电可达150.0mAh/g,体积比容量为297.0mAh/cm3;2C倍率放电比容量仍可以达到127.3mAh/g以上,体积比容量为252.1mAh/cm3.     

球磨时间对LiFePO4/C性能的影响

以碳酸锂、磷酸铁、单水葡萄糖为主要原料,选用高效的立式搅拌磨做球磨设备,采用湿法球磨混料和高温固相反应法合成锂离子电池正极材料LiFePO4/C。研究了不同球磨时间对LiFePO4/C的物理性能和电化学性能的影响。通过粒度分布、振实密度、比表面积、扫描电子显微镜、充放电测试对材料性能进行表征。结果表明,控制球磨时间为3h,在热处理温度为700℃的条件下,合成的LiFePO4/C正极材料具有较好的性能,振实密度为1.41g/cm3,比表面积为13.9m2/g,以0.2C倍率充放电时的首次充放电效率为95.2%、首次放电容量为151.4mAh·g-1,1C充放循环100次的容量保持率为99.3%。     

表面活性剂tween60对正极材料LiFePO_4/C的制备及其电化学性能影响

采用高温固相法合成锂离子正极材料LiFePO4/C,在合成过程中分别采用高能球磨和引入表面活性剂。用扫描电镜(SEM),粒度分布仪和X-ray粉末衍射仪(XRD)对材料微观形貌、晶体结构进行表征,并进行电化学性能测试。结果表明:所制备LiFePO4/C材料晶型完美,二次颗粒分布范围1~30μm,一次颗粒分布范围100~200nm,具有较高的振实密度1.3g/cm3和良好的电化学性能。在25℃时,0.1C和5C倍率下放电容分别达到161.5和120mAh/g。在-20℃,0.1C下放电容仍然能达到123.5mAh/g。在25℃,高倍率5C下,LiFePO4/C显示优异的循环性能,经过300次循环后容量保持率还能达到97%。研究结果表明所制备LiFePO4/C正极材料能够满足混合动力汽车应用。     

电化学合成磷酸铁锂正极材料的前驱体

以NH4H2PO4、锂盐和纯铁为主要原料,采用电化学法合成磷酸锂铁前驱体,再通过磷酸锂铁前驱体合成锂离子电池正极材料LiFePO4/C。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及充放电性能测试等方法对其晶体结构、微观形貌和电化学性能进行分析研究。结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石型晶体结构。其中在无水乙醇溶剂中合成的LiFePO4/C正极材料粒径细小且分布均匀,具有最好的电化学性能,在0.2C的放电电流下,首次放电比容量达到142.3mAh/g,充放电循环30次后放电比容量仍保持在141.2mAh/g。     

LiFePO4/C正极材料的微波合成及性能研究

采用机械球磨结合微波辐射工艺合成C包覆锂离子电池正极材料LiFePO4/C.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电测试研究了不同C源和掺C量对样品物相结构、形貌和电化学性能的影响.实验结果表明,微波法可以快速合成LiFePO4/C正极材料;以乙炔黑作为C源,掺杂8%(质量分数)所合成的样品具有最好的电化学性能,在室温下以20mA/g进行充放电测试,其首次放电容量为148.44mAh/g,10次循环后仍有144.74mAh/g,容量保持率为97.51%.     

锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能

固相反应法合成了新型锂离子电池正极材料LiFePO4,组装成电池后,室温下(23℃)初始比容量为110mAh/g.以蔗糖分解在LiFePO4电池材料的颗粒间覆碳的方法制备了改性的LiFePO4,对LiFePO4进行表面覆碳改性后其电化学性能包括比容量和充放电效率两方面都得到提高.覆碳后正极材料的初始比容量在室温下达到了140mAh/g,比覆碳前增加了30mAh/g,在循环20周后比容量仍维持在125mAh/g左右;覆碳后正极材料的平均充放电效率在23℃和50℃下分别为91%和93%.     

柠檬酸包覆合成LiFePO4/C工艺的优化

以柠檬酸为碳源,采用机械液相球磨与高温固相烧结相结合制备了LiFePO4/C复合材料,考察了烧结温度、烧结时间、柠檬酸用量、球磨时间等工艺条件对LiFePO4/C材料性能的影响.采用XRD、SEM和恒电流充放电等手段对该材料进行结构表征和电化学性能测试.结果表明,合成LiFePO4/C复合正极材料的适宜工艺为,球磨时间10h,烧结温度600℃,烧结时间18h,柠檬酸用量10%,气体流量0.6L/min.在优化工艺条件下制备的LiFePO4/C复合正极材料首次放电容量可达到146.2mAh/g.     

以Fe2O3为原料通过水热–高温煅烧法合成LiFePO4/C纳米复合材料及其电化学性能研究（英文）

采用三氧化二铁(Fe2O3)为铁源,抗坏血酸作碳源,通过在200℃下水热反应并经煅烧后合成出LiFePO4/C纳米复合材料.抗坏血酸在水热反应体系中不但作为最终反应产物的碳源,而且还起到了限制LiFePO4颗粒生长的作用.抗坏血酸的用量对产物的形貌、结构、碳含量有重要影响,进而影响产物的电化学性能.当抗坏血酸用量为1 g时,制得的LiFePO4/C纳米复合材料的粒径在220～280 nm.该材料用作锂离子电池的正极材料时,在0.1C的电流密度下循环500次后其放电容量仍保持159 mAh/g,并且具有较好的倍率性能.     

锂离子电池复合正极材料xLiFePO4·yLi3V2(PO4)3的制备与性能研究

以FePO4·xH2O、V2O5、NH4H2PO4和Li2CO3为原料,以乙二酸为还原剂,在常温常压下经机械活化并还原嵌锂,形成无定形的5LiFePO4·Li3V2(PO4)3前驱体混合物,然后低温热处理合成出晶态的复合正极材料5LiFePO4·Li3V2(PO4)3.分别研究了复合材料的物相结构、形貌、电化学性能.SEM图像表明合成的材料粒径小、分布均匀,一次粒径为100～200nm.充放电测试结果表明,650℃烧结12h制得的复合正极材料5LiFePO4·Li3V2(PO4)3电化学性能优良,1C放电比容量高达158mAh/g,达到该复合材料的理论比容量(156.8mAh/g).复合材料具有良好的倍率性能和循环性能,在10C放电比容量高达114mAh/g,100次循环后容量几乎无衰减.循环伏安测试表明,复合材料的脱嵌锂性能优良,且明显优于单一的LiFePO4和Li3V2(PO4)3.     

两步碳热还原方法制备LiFePO4/C阴极复合材料

橄榄石型的LiFePO4材料是一种具有良好发展潜力的锂离子电池阴极材料。应用一种两步烧结的碳热还原方法制备出LiFePO4阴极材料,该法缩短了高温烧结阶段的时间,从而达到抑制晶粒长大的目的,并对LiFePO4进行原位碳包覆,制得LiFePO4/C复合阴极材料。对制得的材料进行0.1C恒电流充放电测试,首次放电容量为149.4mAh/g,首次放电效率可以达到93.5%。而用作对比的一步法烧结碳热还原样品在0.1C恒流充放电试验中首次容量只有99.1mAh/g,放电效率是81.4%,并对制备反应及充放电结果的机理进行了探讨。     

烧结方式对LiFePO4/C复合正极材料电化学性能的影响

对LiFePO4/C复合前驱体,分别采用静态氮气气氛,动态氮气气氛及静态真空三种烧结方式进行碳热还原合成LiFePO4/C复合正极材料.采用XRD、SEM、CV和充放电循环测试等方法分析和表征材料的结构、形貌和电化学性能.结果表明,烧结方式对所得材料的结晶度、晶粒大小、碳含量、合成温度以及电化学性能均有显著影响.真空烧结所得材料结晶度高,而动态气氛烧结对材料颗粒细化及均匀化都有积极影响,同时也能有效促进锂离子扩散动力学.动态气氛烧结可将材料的烧结温度降低到500℃,且所得材料表现出优异的电化学性能.0.5C倍率下循环首次放电比容量达到163.4 mAh/g,50次循环后容量保持率为99.02%.     

表面多孔球形LiFePO4/C的制备及其电化学性能

采用一步溶剂热法合成球形LiFePO4,并进一步在饱和葡萄糖溶液中浸泡包碳形成表面多孔球形LiFePO4/C.利用XRD、SEM、HRTEM、FTIR和BET对样品的纯度、成分、晶型、形貌和孔结构进行了表征.实验结果表明:表面多孔结构使表面多孔球形LiFePO4/C拥有更大的比表面积以及更多的活性位点,并极大缩短了锂离子在充放电过程中的迁移距离,降低锂离子在材料中扩散及脱嵌阻力;在保持较高振实密度(1.36 g·cm-3)的前提下进一步提高材料的利用率以及较大倍率下的充放电性能,使表面多孔球形LiFePO4/C拥有优良的电化学性能.     

正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究

提出了一种二次掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4/C复合材料的合成方法。实验结果表明不同阶段掺碳对合成LiFePO4/C复合材料的晶型没有影响,但对其电化学性能影响明显,二次掺碳能有效地提高容量和改善材料的稳定性;当蔗糖二次加入量为碳与磷酸铁锂质量比为3%(质量分数)时,样品颗粒细小且均匀,同时电化学性能最好,在0.2C倍率下首次放电比容量为161.19mA.h/g,循环20次后仍保持在153.68mA.h/g。     

高温还原GO制备LiFePO_4/石墨烯复合正极材料及表征

通过对氧化石墨烯(GO)进行微观调控处理得到少层GO。采用喷雾干燥再高温改性的方法制备LiFePO_4/石墨烯锂离子电池复合正极材料;GO还原后即可得到石墨烯,其优良的导电性可以提高LiFePO_4的电子传输能力。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试技术等方法对复合材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。石墨烯的复合使材料颗粒间构建空间三维导电网络,提高了电解质/电极材料界面的电荷转移速率,改善了LiFePO_4的电化学性能。电化学测试结果表明,在0.1C时LiFePO_4的放电比容量为155mAh/g,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量为164mAh/g;1C和2C倍率时,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量分别为140,119mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiFePO_(3.99)F_(0.01)/C的结构与性能

为了提高LiFePO4的倍率性能,用碳热还原法制备了LiFePO4-xFx/C复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、恒电流充放电技术、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了F-掺杂和碳包覆对材料的结构和电化学性能的影响.研究表明,掺杂少量的F-可以减少电极极化、降低电荷转移电阻、增大Li+的扩散速率.其中LiFePO3.99F0.01/C的5C放电比容量为109.9mAh/g,50次循环后仍保持110.6mAh/g,表现出良好的倍率性能.     

Synthesis and electrochemical performance of nano-metastructured LiFePO4/C cathode material

The nano-metastructured LiFePO4/C composites were synthesized by carbothermal reduction method using starch gel as carbon source and dispersing media to obtain high tap density LiFePO4 with excellent electrochemical performance. The raw materials were coated by starch gel as compact precursors, which was sintered at 750 degrees C for 8 h to obtain high-density LiFePO4/C composite aggregated with nano-sized particles. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) observations showed that the primary particles had an average size of about 50-80 nm and the aggregates had a homogeneous particle size distribution of about 400 nm. The asprepared samples had a shortened lithium-ion diffusion length but with higher tap density, thus leading to the excellent electrochemical performance of the cathode materials. Electrochemical results showed that the samples delivered high discharge capacities of 155.6 and 120.7 mAh/g at 0.2C and 5C rates, respectively, with excellent cycling performance.