LiFePO4／C复合正极材料的制备及其电化学性能研究

采用高温固相碳热还原法（CTR，Carbothermal Reduction）合成了LiFePO4／C复合正极材料。采用XRD，SEM以及BET等方法对产物进行表征。结果表明，所得LiFeP04／C材料有着单一的橄榄石型晶体结构。750℃下制备产物的BET比表面积为39．7002m^2／g。利用恒流充放电，循环伏安法（CV），电化学阻抗谱（EIS）等电化学手段研究了LiFePO4／C材料的电化学性质。结果表明：750℃下制备的LiFePO4／C复合材料在25℃工作温度下，有着优异的循环稳定性和大倍率充放电性能，使用850ma／g（5C）的电流密度对电池充放电90次后，电池放电比容量仍能保持11lmAh／g。在55℃工作温度下1C充放电倍率时，首次和第90次循环的放电比容量分别为14513mAh／g和142．9mAh／g。     

微波碳热还原法制备Li3V2（PO4）3及其性能研究

将一定配比的LiOH·H2O,V2O5,H3PO4和蔗糖(C12H22O11)通过球磨均匀混合,烘干后埋入石墨粉中,在功率为800W的家用微波炉中高火加热15 min,通过碳热还原合成Li3V2(PO4)3.用X射线衍射和扫描电镜对材料的结构和形貌进行了表征.充放电测试表明,在电压范围为3V～4.3V和3V～4.8v时,Li3V2(PO4)3正极材料具有较高的比容量、优良的循环性能和倍率特性.在电压范围为1.5 V～4.8 V时,Li3V2(PO4)3正极材料具有很高的比容量,但循环性能较差.该材料有望用于锂离子电池部分取代昂贵的LiCoO2,也可望应用于动力型和储能型锂离子电池.     

低温碳热还原法合成Li3V2（PO4）3及其电化学性能

利用V2O5-nH2O湿凝胶,LiOH.H2O、NH4H2PO4和C为原料,通过低温碳热还原法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3.考察了不同合成温度、时间对产物晶形结构、形貌和电化学性能的影响.结果表明,当合成温度和时间分别为550℃和12 h时,所合成的Lj3V2(PO4)3样品属于纯的单斜晶系,且颗粒分布均匀.该样品以O.2 C充放电,首次放电容量为130 mAh.g-1,循环30次后容量为124 mAh.g-1.     

LiFePO4固相碳热合成法研究

以碳热还原法为原理，采用Fe2O3、Li2CO3、NH3H2PO4和碳黑为原料，以一定计量比和顺序混合，经过球磨、干燥、造粒、预烧、烧成等几道工序，制备出黑色的LiFePO4粉末。利用化学分析、XRD、SEM等手段研究了工艺流程对合成产物晶体结构、表面形貌的影响。利用合成材料组装电池，通过充放电试验测试电化学性能。结果表明，以0．1C速率充放电，首次充放电容量在150mAh／g。从长远看来，这种低成本，工艺简单，绿色无污染的合成方法很具有工业实用化生产价值。     

热解碳结构对LiFePO_4/C复合电极性能的影响

分别以5种含碳有机物为碳源,通过固相热裂解法制备了5种LiFePO_4/C复合正极粉体材料,利用XRD和拉曼光谱表征了复合粉体中碳的结构.复合材料含有单一的磷酸铁锂相,裂解碳以无定型形式存在.不同裂解碳D、G拉曼峰的强度有所不同,其比值R反映了石墨化程度的强弱.对于石墨化程度高的LiFePO_4/C复合正极材料,其电子电导性能高,反映在电池容量性质上就是电池容量高.比较不同有机前驱体对复合正极材料的作用效果,聚乙烯醇是较佳的选择.     

LiVPO4F／C复合正极材料的合成与性能

利用碳热还原法,通过两步反应合成了LiVPO4F/C复合正极材料.主要研究了球磨、碳含量和电解液对样品结构和电化学性能的影响.结果表明球磨2 h在750℃下能合成纯的LiVPO4F产品,剩余碳的存在使LiVPO4F的粒径减小且分布较为均匀,同时提高了颗粒之间的导电性.对样品进行电化学性能测试表明,含碳量为1.83%的LiVPO4F/C的样品比容量和循环性能都得到显著改善;合适的电解液可以明显提高样品LiVPO4F的电化学性能.含碳量为1.83%的LiVPO4F/C的复合材料以1 mol.L-1LiPF6/EC+EMC+DMC(体积比1∶1∶1)为电解液,在0.2 C的倍率下放电时,其首次放电容量为119 mAh.g-1,放电平台在4.2 V左右(vs.Li),循环30次后比容量为89 mAh.g-1.     

镍离子掺杂对LiFePO4结构和性能的影响

为提高LiFePO4的充放电性能,用Ni2 对LiFePO4进行掺杂.采用电化学方法测量了Li1-xNixFePO4的充放电性能,用X射线衍射和里特沃尔特方法表征了掺杂LiFePO4的晶体结构.固相反应可制备单相Li1-xNixFePO4(x=0.00、0.01、0.02、0.03、0.05和0.07,摩尔分数).研究表明:少量镍离子掺杂能有效地提高LiFePO4的比容量和循环性能,其中Li0.97Ni0.03FePO4具有更好的电化学性能,放电比容量高出LiFePO4约30mA·h/g,其主要原因是镍离子掺杂不仅改变了晶体中原子间距离和位置,引起晶胞收缩;而且增加了LiFePO4中Fe3 /Fe2 共存态的浓度,提高了材料的导电能力.     

LiFePO4/C锂离子电池正极材料的电化学性能

以碳凝胶作为碳添加剂,采用固相法制备了复合型LiFePO4/C锂离子电池正极材料.研究了不同掺碳量对样品性能的影响.利用X射线衍射仪、扫描电镜和碳硫(质量分数)分析方法对所得样品的晶体结构、表面形貌、含碳量进行分析研究.结果表明:样品中的碳含量(质量分数)分别为0%、5%、10%、22%,所得样品均为单一的橄榄石型晶体结构,碳的加入使LiFePO4颗粒粒径减小.另外,碳分散于晶体颗粒之间,增强了颗粒之间的导电性.合成样品的电化学性能测试结果表明,掺碳后的LiFePO4放电比容量和循环性能都得到显著改善.其中,含碳量为22%的LiFePO4/C在0.1 C倍率下放电,首次放电容量达143.4 mA·h/g,充放电循环6次后电容量为142.7 mA·h/g,容量仅衰减0.7%.     

正极材料Li3V2（PO4）3的合成及其电化学性能

通过碳热还原法合成了锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3，考察了不同合成温度、时间对产物晶形结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明，当合成温度、时间分别为800℃，20h时，所合成的样品属于单斜晶系，且粒度大小分布比较均匀，该材料以0．2C充放电，其首次放电容量为120mAh·g^-1，循环30次后其比容量达108mAh·g^-1。     

层状LiMnO_2正极材料的新型碳热还原法制备与性能表征

采用碳热还原法由LiOH、MnO2直接合成了层状LiMnO2（o-LiMnO2）。采用了X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对产物的结构和微观形貌进行了表征,同时通过充放电测试考察了所得样品的电化学性能。结果表明,以Li∶Mn∶C摩尔比为5∶4∶2,300℃恒温碳化后于750℃下焙烧12h为合成o-LiMnO2样品的最佳条件;所得样品具有良好的电化学性能和循环稳定性。     

Mg2+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的影响

以MgAC2为掺杂源,采用固相反应法在惰性气氛下合成了掺Mg的LiFePO4正极材料,考察了Mg2 对于目标化合物物理及电化学性能的影响.采用粉末X射线衍射和扫描电镜技术对产物的结构、形貌及粒度等进行了表征,通过恒电流充放电和交流阻抗技术对其电化学性能进行了研究.结果表明:少量的Mg2 掺杂并未影响产物结构,但却有利于减小LiFePO4电荷转移过程中的阻抗,克服该过程中的动力学限制.在0.1C倍率下放电,掺杂LiFePO4与未掺杂LiFePO4的初始放电容量分别为136.9和111.8 mA·h/g,循环50次后,容量分别为135.6和83.9 mA·h/g;与未掺杂的LiFePO4相比,掺镁后的LiFePO4具有更为优良的循环性能.     

铁源对溶胶-凝胶法制备LiFePO4/C的结构和电化学性能的影响

以二价和三价铁为铁源,乙二醇为络合剂及碳源,水为溶剂,采用溶胶-凝胶一步烧结法制备LiFePO4/C正极材料.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和元素分析仪等分别对样品的相结构、形貌和碳含量进行表征.研究电极在不同放电倍率下的充放电特性,采用电化学交流阻抗谱和循环伏安法研究LiFePO4/C电极反应的动力学性能.结果表明以水为溶剂,采用三价铁源获得产物中未发现除LiFePO4以外的相,而采用二价铁源制备的产物中除LiFePO4主相外还存在微量的FeP相;微量FeP相的存在提高LiFePO4/C的综合电化学性能;以二价铁源制备的LiFePO4/C在0.1C和1C(1C=170 mA/g,2.5~4.2 V)下的放电比容量分别为142和112 mA·h/g,高于采用三价铁源制备的LiFePO4/C.     

溶胶-凝胶法制备LiFePO_4/C复合材料及其性能

为了提高LiFePO4的电化学性能,以柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备LiFePO4/C复合正极材料。采用FTIR和XRD等对前驱体及产物进行表征,并测试样品的电化学性能。结果表明:经700℃烧结10h所得产物具有单一的橄榄石型晶体结构,碳含量为10.81%(质量分数)。样品在0.1C下首次放电比容量为127.1mA·h/g,在0.2C、0.5C、1C下首次放电比容量分别为106.1、83.3、70.6mA·h/g。该样品在0.1C下经过20次循环后,容量还保持为126.3mA·h/g,衰减仅为0.035%。循环伏安和交流阻抗测试表明该材料具有较好的电化学性能。     

改进的碳热还原法合成LiFePO_4/C材料

采用LiAc·2H2O作为锂源,利用熔盐碳热还原方法在较低的烧结温度和较短的烧结时间内(650℃,4h)合成纯相LiFePO4/C材料。扫描电镜照片显示这种方法合成的材料粒径大约为1μm,小于用Li2CO3作为锂源合成的材料。电化学测试表明,采用LiAc·2H2O作为锂源合成的材料表现出了高的放电容量和良好的倍率循环性能:在0.5C和5C倍率下,其首次放电容量分别为148mA.h/g和115mA.h/g;50次循环后,容量保持率分别为93%和89%。     

Influence of Ti^4＋ doping on electrochemical properties of LiFePO4/C cathode material for lithium-ion batteries

To improve the performance of LiFePO4, single phase Li1-4xTixFePO4/C (x=0, 0.005, 0.010, 0.015) cathodes were synthesized by solid-state method. A certain content of glucose was used as carbon precursor and content of carbon in every final product was about 3.5%. The samples were characterized by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy observations(SEM), charge/discharge test, carbon analysis and electrochemical impedance spectroscopy(EIS). The results indicate that the prepared samples have ordered olivine structure and doping of the low concentration Ti~(4+) does not affect the structure of the samples. The electrochemical capabilities evaluated by charge-discharge test show that the sample with 1% Ti~(4+) (molar fraction) has good electrochemical performance delivering about an initial specific capacity of 146.7 mA·h/g at 0.3C rate. Electrochemical impedance spectroscopy measurement results show that the charge transfer resistance of the sample could be decreased greatly by doping an appropriate amount Ti~(4+).     

固相法制备Y3+掺杂LiFePO4/C的反应机理及其电化学性能

以Fe2O3为铁源,采用高温固相法制备了Y3+掺杂的LiFePO4/C复合材料。利用TG-DSC、XRD、SEM、恒电流充放电等手段对材料的合成反应历程、粉体颗粒形貌以及电化学性能进行了研究。结果表明:Fe3+在300～550℃间被还原为Fe2+,经过650℃煅烧后,形成晶型单一的橄榄石结构晶体。LiFe0.98Y0.02PO4/C样品在0.2 C倍率下的首次放电比容量达到了151.6 mA.h/g。     

沉淀-碳热还原联合法制备橄榄石磷酸铁锂

以FeSO4.7H2O,NH4H2PO4和H2O2为初始原料,通过液相沉淀制得前驱体FePO4,然后通过碳热还原得到LiFePO4/C。X射线衍射和扫描电镜分析表明:560,600,700和800℃合成的样品均为LiFePO4/C,LiFePO4颗粒粒径随合成温度的升高而逐渐增大,560℃合成材料的颗粒粒径分布在0.3~0.4μm之间;而800℃合成材料的颗粒粒径则达到0.6~0.7μm,反应剩余的碳黑直接分布在LiFePO4颗粒之间,有利于提高其电子导电率。560℃样品在放电倍率为0.1C时的首次放电比容量为151 mA.h/g(0.1C),而当放电倍率达到1C时,放电比容量为129 mA.h/g,且具有良好的循环性能。     

B4C/TiB2 composite powders prepared by carbothermal reduction method

B₄C–(10–20 vol%)TiB₂ composite powders have been synthesized with the temperature of 1650–1800 °C by carbothermal reduction process using boron acid, carbon black and TiO₂ powder as the starting materials. B/C mole ratio of the starting materials is ascertained, thermodynamics temperature of the reactions is calculated and the effect of ball milling on the composite powders is discussed. The experimental results indicate that B/C mole ratio of the starting materials and composite powders are 4.4 and 3.98–4.03, respectively. The purity of the gained powders is more than 99 wt%. Wet ball milling eliminates the size of the B₄C/TiB₂ composite powders from 30–40 to 3–5 μm by decreasing the conglomeration of the composite powders. XRD and EDS results show that the composite powders are composed of B₄C and TiB₂.     

Electrochemical performance of Ti4+-doped LiFePO4 synthesized by co-precipitation and post-sintering method

Ti4+-mixed FePO4·xH2O precursor was prepared by co-precipitation method,with which Ti4+ cations were added in the process of preparing FePO4·xH2O to pursue an effective and homogenous doping way.Ti4+-doped LiFePO4 was prepared by an ambient-reduction and post-sintering method using the as-prepared precursor,Li2CO3 and oxalic acid as raw materials.The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffractometry (XRD),electrochemical impedance spectroscopy (EIS),and electrochemical charge/discharge test.Effects of Ti4+-doping and sintering temperature on the physical and electrochemical performance of LiFePO4 powders were investigated.It is noted that Ti4+-doping can improve the electrochemical performance of LiFePO4 remarkably.The Ti4+-doped sample sintered at 600 ℃ delivers an initial discharge capacity of 150,130 and 125 mA·h/g with 0.1C,1C and 2C rates,respectively,without fading after 40 cycles.