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。     

GdFe_(0.5)Mn_(0.5)O_3的水热合成及磁电性能的研究

采用温和的水热方法合成了GdFe0.5Mn0.5O3多铁材料,通过XRD谱图分析该化合物的结晶度非常好。磁性研究发现在25 K左右出现了顺磁-反铁磁的转变,并且在4 K和300 K时都具有磁滞回线,说明该化合物室温具有铁磁性。铁电数据显示其自发极化和电滞回线在高于居里温度附近仍然存在,这也进一步证明了此材料具有良好的室温铁电性。为此合成的该化合物GdFe0.5Mn0.5O3是一个非常有研究价值和应用前景的多铁材料。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的制备及电化学性能研究

以5 V高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4为正极材料,高安全性Li_4Ti_5O_(12)为负极材料制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响。其中正极容量过量40%的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 m Ah·g~(-1),循环200次的容量保持率为88%;在2 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 m Ah·g~(-1),循环740次的容量保持率为91.1%。P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关。     

不同沉淀剂对Li_(1.1)Ni_(0.5)Mn_(0.5)O_2结构和电化学性能的影响

通过共沉淀-高温煅烧方法合成了层状结构的Li1.1Ni0.5Mn0.5O2正极材料,并通过XRD、SEM研究了不同沉淀剂对产物结构和形貌的影响。运用恒电流充放电测试、CV及EIS研究了其电化学性能。结果表明,不同沉淀剂合成的产物均具有良好的层状结构及形貌。碳酸盐为沉淀剂合成的产物锂镍混排度最小,颗粒更均匀,具有最低的极化及最小的电荷转移阻抗,具有最高的容量及最优的倍率性能。     

Li_2Fe_(0.5)Mn_(0.5)SiO_4的制备及电化学性能

以醋酸锂、醋酸锰、纳米二氧化硅和硝酸铁为原料、柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备前驱体,利用固相反应法在氮气氛中、650～750℃煅烧前驱体制备Li2Fe0.5Mn0.5SiO4固溶体。用X射线衍射和扫描电镜表征Li2Fe0.5Mn0.5SiO4的结构、形貌和晶粒尺寸。结果表明:Li2Fe0.5Mn0.5SiO4结晶良好,具有正交斜方晶型;在700℃合成的Li2Fe0.5Mn0.5SiO4基本无杂相,晶粒细小,尺寸为50～200nm。以制备的Li2Fe0.5Mn0.5SiO4粉体作为正极材料的充放电性能测试结果表明:在700℃保温5h制备的正极材料具有较好的电化学性能,在0.05C(16mA/g)进行充放电测试时,其放电容量达到122mAh/g。     

Li_(1 x)Ti_(2-x)Ga_xP_3O_(12)和Li_(1 2x)Ti_(2-x)Mg_xP_3O_(12)系统的相关系和电导

研究了Li_(1 x)Ti_(2-x)Ga_xP_3O_(12)和Li_(1 2x)Ti_(2-x)Mg_xP_3O_(12)系统的组成、结构和电性的关系。在这两个系统中,Ga~(3 )和Mg~(2 )都能在一定的组成范围内取代LiTi_2P_3O_(12)中的Ti~(4 )形成固溶体,并使电导率提高。电导率极大值分别出现在x=0.6和x=0.3处,其在300℃左右的值为8.4×10~(-3)和5.3×10~(-3)s/cm。 比较了Ga~(3 )、Mg~(2 )和In~(3 )三种离子取代Ti~(4 )对电性的影响,并从结晶化学角度讨论了它们的差异。     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.55)Ni_(0.15)Mg_(0.1)O_2的研究

采用碳酸盐沉淀法制备材料Li1.2Mn0.55Ni0.15Mg0.1O2,并对材料的结构、形貌以及电化学特征进行了测试。XRD测试和扫描电镜测试结果表明该材料具有良好的层状结构和形貌特征,电化学测试表明材料具有良好的充放电性能,循环性能,倍率性能等。     

Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4用于锂离子交换的实验研究

一定温度下,用固相反应结晶的方法合成具有尖晶石结构的金属复合氧化物Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4。尖晶石型金属复合氧化物在化学组分及化学计量数方面有非常灵活的特性,在维持自身晶体结构不变的条件下,通过改变自身化学计量数的方法可插入或者抽出一些替换离子。尖晶石型金属复合氧化物作为离子交换剂具有热稳定性强、抗辐射能力强、合成简单以及良好的选择性等优点。本文对合成的尖晶石型金属复合氧化物Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4进行了实验表征,包括X射线衍射仪结构表征,检测酸性条件下Li~+的抽出值、饱和交换容量值测量、分配系数测定等。实验研究结果表明,本复合氧化物结构稳定,能够插入或者抽出Li~+,具有较高的Li~+选择性和离子记忆性。用硝酸处理过的样品对Li~+交换容量达到9.7mmol/g。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

共沉淀法合成Li_4Ti_5O_(12)及其性能研究

以钛酸丁酯和乙酸锂为原料,采用共沉淀法,制备出尖晶石型Li4Ti5O12。采用XRD对其晶体结构和表面状态进行了表征,对该类材料组装的模拟电池进行了电循环性能测试,并分析了Li4Ti5O12作为电极材料的电性能。结果表明:锂钛原子比为0.83、煅烧温度为800℃、煅烧时间为17 h时,合成的产物具有良好的充放电性能,在室温及0.1 C倍率下,Li4Ti5O12首次放电比容量为138 mA.h/g,循环40次未见明显衰减。     

尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)锂离子电池负极材料研究现状

尖晶石型Li4Ti5O12因其在循环过程中具有良好的稳定性和安全性以及优良的快速充电性能,成为锂离子二次电池负极材料研究的热点。较完备的介绍了锂离子电池负极材料尖晶石型Li4Ti5O12的国内外研究制备方法,通过比较,详细描述了各方法存在问题及优缺点,给出了相应问题的解决方案,同时对尖晶石型Li4Ti5O12作为锂离子动力电池负极材料的发展趋势进行了展望,使用Li4Ti5O12负极材料的电池最有可能作为HEV动力电池率先得到应用。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4高压锂离子正极材料改性研究进展

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有三维锂离子传输通道、4.7V的高平台电压,成为最有潜力的锂离子动力电池正极材料之一。但是,过渡金属Mn易溶于电解液,使电池循环性能和倍率性能变差。总结了Li_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的改性进展,在此基础上,提出了材料改性的研究方向。     

溶胶-凝胶法低温合成Li_(2.06)Nb_(0.18)Ti_(0.76)O_3粉体

以五氧化二铌(Nb2O5)、一水氢氧化锂(LiOH·H2O)和钛酸四丁酯(Ti(C4H9O)4)为原料、柠檬酸为络合剂,通过调节pH值和温度,用溶胶-凝胶法(sol-gel)成功获得透明溶胶。经700℃煅烧,用化学法合成单相钛酸锂(Li2TiO3)固溶体相(Li2.06Nb0.18Ti0.76O3)粉体,其合成温度比普通固相法的低150℃左右。用红外光谱、X射线衍射及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)等表征柠檬酸盐前驱体及煅烧后粉体的性能,详细研究煅烧过程中晶相的转变过程,提出合理的转变机制。结果表明:在煅烧过程中,除Li2TiO3固溶体相外,还出现锐钛矿相TiO2和M相等中间相。随着温度进一步上升,这些中间相消失,最终在700℃得到纯Li2TiO3固溶体相。通过SEM可观察到结晶良好的棒状和块状Li2TiO3固溶体相粉体颗粒。分别研究采用sol-gel和固相法制备样品的烧结性能、显微结及介电性能,结果表明:采用sol-gel得到粉体制备的陶瓷具有特殊的大、小晶粒共存的两种Li2TiO3固溶体相的显微结构,在较低温度(825℃)即达到最大的体积密度3.456g/cm3。与固相法制备样品相比,sol-gel制备样品在同一频率的相对介电常数较小、介电损耗更低。     

微波辅助溶胶-凝胶法合成锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)

以微波辅助溶胶-凝胶法合成Li4Ti5O12、Al或C掺杂的Li4Ti5O12样品。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别表征所得产物的结构和形貌,研究不同样品在恒流充放电条件下的电化学性能。结果表明:合成Li4Ti5O12粉体的最佳微波处理条件为800℃、40min;微波热处理合成样品颗粒尺寸为100nm左右,掺Al或C样品颗粒的分散性要优于未掺样品的。首次充放电结果表明:所有样品的放电平台平稳,掺Al或C样品的首次放电容量均高于未掺样品的,掺C样品的首次放电容量为162mA·h/g,更接近Li4Ti5O12的理论容量(175mA·h/g)。     

复合氧化物Mg_(2.4)Ti_(0.8)O_4用于锂离子交换的实验研究

利用固相反应热结晶的方法合成了具有尖晶石结构的复合氧化物Mg_(2.4)Ti_(0.8)O_4。当具有尖晶石型结构的物质在其保持结构不变的情况下,通过改变该物质的化学计量数的方法能够插入或者抽出大量替代离子。这种特性用于离子交换的实验研究,用来满足提取锂的需求。结果表明,Li~+的抽出/插入主要通过离子交换机制进行的,在其抽出与插入前后晶体结构只发生了微小的变化,但都保持了其尖晶石结构。通过对Mg_(2.4)Ti_(0.8)O_4进行酸化,对Li~+的离子交换能力值达到14.2 mmol/g。     

锂离子电池Li_4Ti_5O_(12)负极材料的研究进展及展望

Li_4Ti_5O_(12)是一种锂离子电池负极材料,它的优势是具有较高的负极电压,为电池带来可靠的安全性。然而,目前Li_4Ti_5O_(12)仍然存在着电子传导速率低和离子扩散速率慢的问题,制约了其高倍率性能的发展。本论文主要从构建Li_4Ti_5O_(12)的微纳结构、构建Li_4Ti_5O_(12)/碳的复合结构和构建Li_4Ti_5O_(12)的纳米阵列结构,综述了解决Li_4Ti_5O_(12)电子传导速率低和离子扩散速率慢问题的方法,并对Li_4Ti_5O_(12)电极的未来发展前景进行了分析与展望。     

高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4锂离子电池阻燃电解液的研究

研究了甲基磷酸二甲酯(DMMP)含量对1 mol/L Li PF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,并首次将含DMMP的阻燃电解液应用于高压材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中。结果表明,加入DMMP添加剂后电解液的热稳定性得到提高,但是该添加剂电解液的电导率有所降低。研究了DMMP对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4扣式电池的电化学性能的影响,循环伏安测试表明,几乎不影响电解液在高压条件下的使用,充放电测试结果表明,DMMP的使用会降低电池的循环性能,当DMMP含量为5%时,对电池的循环性能影响较小。此外,交流阻抗(EIS)分析表明,DMMP对循环性能影响的主要原因是内阻随着循环的增加而增大。     

高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4锂离子电池阻燃电解液的研究

研究了甲基磷酸二甲酯(DMMP)含量对1 mol/L Li PF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,并首次将含DMMP的阻燃电解液应用于高压材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中。结果表明,加入DMMP添加剂后电解液的热稳定性得到提高,但是该添加剂电解液的电导率有所降低。研究了DMMP对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4扣式电池的电化学性能的影响,循环伏安测试表明,几乎不影响电解液在高压条件下的使用,充放电测试结果表明,DMMP的使用会降低电池的循环性能,当DMMP含量为5%时,对电池的循环性能影响较小。此外,交流阻抗(EIS)分析表明,DMMP对循环性能影响的主要原因是内阻随着循环的增加而增大。     

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。