高电压正极材料镍锰酸锂的制备及性能研究

以镍、锰氧化物和碳酸锂为原料,采用高温固相法直接合成高电压正极材料镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄。主要考察了烧结温度、烧结时间和Li/M等因素对工艺的影响。结果表明:在烧结温度为800℃,烧结时间为15h,Li/M为0.53时,合成的镍锰酸锂材料的综合性能达到了最佳。在此合成条件下合成的镍锰酸锂材料的1C放电比容量为129.53mAh/g,50次循环后1C放电比容量为122.60mAh/g,50次循环容量保持率94.56%,证明电池的循环性能良好。     

镍铬复合掺杂尖晶石锰酸锂的合成与性能研究

采用高温固相合成法制备了LiMn2O4、Ni和Cr以及Ni-Cr复合掺杂的锂离子电池用锰酸锂正极材料.采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射和充放电性能测试等手段研究了材料的形貌、物相和电化学行为.结果表明:掺杂改善了材料的形貌,稳定了材料的结构.样品LiMn1.85Ni0.075Cr0.075O4的表面光滑,粒度分布范围小,为单一的尖晶石结构的物相.其首次放电容量为81.2mAh/g,300次循环后容量保持率为首次的91%,表现出优异的循环性能.     

层状锂钴镍锰氧化物交流阻抗谱的研究

用交流阻抗法研究了锂离子电池结构、充电状态以及温度对层状锂钴镍锰氧化物反应动力学的影响.结果表明：与未卷绕的2032电池相比,卷绕的18650电池在高频出现了感抗.根据不同电位下的阻抗谱可以推断层状锂钴镍锰氧化物的脱锂过程分为三个阶段,2.0～2.7V为克服晶格结构作用力阶段,2.7～3.65V为锂离子多层钝化膜的形成过程,3.65～4.25V为多层钝化膜与溶液界面的双电层形成过程.温度的升高加快了电荷传递速度和锂离子扩散速度,计算得到电荷传递活化能和锂离子扩散活化能分别为20.48、48.67kJ/mol,且后者是电化学反应的控制步骤.     

层状锂钴镍锰氧化物交流阻抗谱的研究

用交流阻抗法研究了锂离子电池结构、充电状态以及温度对层状锂钴镍锰氧化物反应动力学的影响．结果表明:与未卷绕的2032电池相比,卷绕的18650电池在高频出现了感抗．根据不同电位下的阻抗谱可以推断层状锂钴镍锰氧化物的脱锂过程分为三个阶段,2．0-2．7V为克服晶格结构作用力阶段,2．7-3．65V为锂离子多层钝化膜的形成过程,3．65-4．25V为多层钝化膜与溶液界面的双电层形成过程．温度的升高加快了电荷传递速度和锂离子扩散速度,计算得到电荷传递活化能和锂离子扩散活化能分别为20．48、48.67kJ／mol,且后者是电化学反应的控制步骤．     

锂离子电池正极材料镍酸锂的合成

研究了锂离子正极材料镍酸锂（ＬｉＮｉＯ２）的合成条件,主要考查了原料Ｌｉ／Ｎｉ摩尔比、反应气氛、预处理工艺和热处理方式对产物的影响,是到了ＬｉＮｉＯ２的最佳合成条件：原料为ＬｉＯＨ．Ｈ２Ｏ和β－Ｎｉ（ＯＨ）２．Ｌｉ／Ｎｉ摩尔比为１．０５：１,反应气氛为氧气,预处理方式为混合球磨后压块成型,热处理方式为两次热处理,经Ｘ射线衍射分析,合成的镍酸锂为层状结构,经电化学测试,其具有优良的电化学性能。     

锰酸锂改性及其电化学性能研究

以多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)为添加相,对锰酸锂进行电化学性能改进,采用扫描电子显微镜对其进行观察,发现掺入的多壁碳纳米管均匀分布在锰酸锂颗粒表面。以改性后的锰酸锂为主要材料制成纽扣电池,采用交流阻抗及恒电流充放电等技术进行检测。结果表明,掺入1%MWCNTs后LiMn2O4的初始放电容量由改性前的123mAh/g下降到改性后的117mAh/g,在25℃经10次循环后容量保持率为97%,明显高于未掺入的91%。与未掺杂的LiMn2O4相比,虽然掺C或掺CNTs都使初始充放电容量有所降低,但是其循环性能明显提高。     

钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂材料性能研究

本文对锂电池常用的三种正极材料,即钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂的材料性能进行了具体分析,从而探讨了三种材料在锂电池正极材料选择中的优势和特征,及其特定的应用价值。     

尖晶石锰酸锂的制备、改性及其电化学表征

以MnCO3和Li2CO3为原料,利用高温固相法制备了尖晶石锰酸锂活性材料,并用TiO2水溶胶对其表面进行掺杂包覆改性。对比研究了活性材料改性前后的微观形貌和结构变化,并对以活性材料为正极材料组成的纽扣电池进行了电化学表征,同时,测试了循环后正极材料在电解液中锰离子的溶解浓度。结果表明:球磨结合高温固相法可成功制备尖晶石型锰酸锂;改性处理并没有改变活性材料的结构,反而优化了CR2016型电池的循环性能;在55℃、1C倍率或10C倍率下,改性后样品首次放电容量比原样品分别提高了20%或1倍有余;高温高倍率循环后,改性后正极材料在电解液中浸泡15d后,电解液中锰离子浓度仅为原样品的一半。     

钛掺杂尖晶石LiMn2O4的制备及电化学性能

为解决锂离子电池正极材料LiMn2O4的容量衰减的问题,以TiO2为掺杂体采用固相法制备了LiMn2-xTixO4,并与未掺杂的LiMn2O4进行性能比较.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明:制备的LiMn2-xTixO4(x≤0.1)具有与LiMn2O4同样的尖晶石结构,并且颗粒形貌随钛的引入得到改善.电化学测试结果显示:钛掺杂能使LiMn2O4的循环性能提高,电化学容量衰减得到抑制.其中LiMn1.995Ti0.005O4具有较好的初始比容量和高温循环性能.     

掺杂钴对尖晶石型锂锰氧晶体结构及电化学性能的影响

用高温固相法合成了尖晶石型LiMn_2O_4和富锂型Li_(1+x)Mn_(2-x)O_4及掺杂Co尖晶石型LiMn_(2-x)Co_yO_4材料,对材料进行了电化学性能,晶格参数及X射线的研究。实验表明,Co的掺入,样品形成了填隙型化合物,其掺杂量对样品的晶体结构及电化学性能有较大的影响。当掺量达0.15时,样品的首次放电容量达129.0mAh·g~(-1),同时充放寿命大有改善。     

球形尖晶石LiMn2O4的制备及性能

通过氧化还原法在室温下制备出球形MnO2前驱体,以LiOH·H2O为锂源,按照一定锂锰摩尔比混合,在750℃下焙烧8h,得到球形尖晶石LiMn2O4.采用X射线衍射和扫描电镜对MnO2和LiMn2O4进行了表征,并对LiMn2O4样品做了充放电性能及循环性能测试.结果表明:合成的样品以球形颗粒存在,粒度大小均匀,分散性和流动性好;首次充放电比容量分别为130.5和128.2 mAh·g-1,充放电效率为98.2%,50次循环后容量保持率为90%,球形LiMn2O4具有较高的比容量和优良的循环性能.     

S-Co复合掺杂LiMn2O4的合成与性能

为了扩大锂离子电池正极材料Li_xMn₂O₄的工作电压范围,在保证良好循环性能的基础上提高材料的容量,本文对S-Co复合掺杂LiMn₂O₄的合成工艺和电化学性能进行了研究。溶胶-凝胶法合成的各试样均为纯的立方尖晶石相,且结晶状态良好。S-Co复合掺杂综合了S掺杂效应和Co掺杂效应,改善了LiMn₂O₄的电化学性能,在2.4～4.3V充放电压范围内,初始容量较高,达到170mAh/g,30次循环后容量不但没有衰减而且有一定增加。     

尖晶石型LiMn_2O_4阴极材料电化学性能研究

利用柠檬酸络合法制备锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2 O4,利用X射线衍射、循环伏安、充放电测试、交流阻抗等手段对它进行了研究。发现活性物质在不同的电位下具有不同的电化学特征 ,电位处在平台区时与处在非平台区时相比 ,交流阻抗谱明显不同。电位处于非充放电平台区时 ,高频表现为锂离子电极材料中的固态扩散 ,在充放电平台区时 ,高频表现为电子到达活性物质的通道的阻抗。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究进展

具有尖晶石相的LiMn₂O₄因价格低、无毒、无环境污染、制备简单、研究较成熟,因此有着很好的应用前景,被看作最有可能成为新一代商用锂离子二次电池正极材料.由于LiMn₂O₄电化学循环稳定性能不好,表现在可逆容量衰减较大,尤其在高温下(>55℃)使用衰减更严重,从而限制了它的商业化应用.经过近十几年的研究,人们对其衰减机理有了比较清晰的了解,提出了造成容量衰减的几种可能原因如Jahn-Teller畸变效应、Mn²⁺在电解质中的溶解、出现稳定性较差的四方相以及电解质的分解等.通过掺杂、表面包覆、制备工艺的改进,人们已能制得循环稳定性能较好的尖晶相材料.本文结合我们研究小组的最新研究成果对锂离子二次电池正极材料LiMn₂O₄的最新研究进展进行综述和评论.     

固相合成锰酸锂的反应动力学研究

采用动态多重扫描速率法,测试了Li2CO3和MnO2混合物在四个不同升温速率下的DSC曲线,结合TG分析,认为合成LiMn2O4的固相反应分四个阶段进行.用微分法中的Kissinger法与积分法中的Ozawa法分别计算合成过程中各个反应阶段的活化能,其平均值分别为:620.5,341.1,426.1,450.6kJ·mol-1,结果表明:反应开始时,部分Li2CO3的催化分解反应最难发生.     

锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的掺杂改性研究

尖晶石型锰酸锂是最有希望替代LiCoO2、LiNiO2成为锂离子电池正极的材料.根据掺杂元素的性质从阴离子掺杂、阳离子掺杂和复合掺杂几个方面综述了近年来锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的掺杂改性的研究成果,并对该材料的未来发展进行了展望.     

纳米级LiMn2O4尖晶石合成及电化学性能研究

以Ｌｉ_２ＣＯ_３和Ｍｎ（ＮＯ_３）_２为原料,以聚丙烯酰胺为高分子网络剂制得前驱体后,用微波加热技术合成了纳米晶尖晶石ＬｉＭｎ_２Ｏ_４粉体,通过循环伏安及充放电技术对其进行电化学性能测试表明,该材料的电化学比容量为 １２０ｍＡｈ／ｇ;循环 ５０次后衰减率为 ４．７％;通过 ＳＥＭ及ＸＲＤ分析其微观形貌表明,该材料不仅相纯度高,而且颗粒粒度近于纳米级,有利于Ｌｉ^＋的嵌入／脱嵌．本文所提供的微波一高分子网络技术不仅为合成具有优良性能的锂锰尖晶石氧化物材料提供了一个新方法,而且为合成其他类型高性能氧化物陶瓷材料提供了一条新思路．     

Al-F复合改性LiMn2O4的结构和性能

通过固态反应制备了尖晶石型锂锰氧化物LiAl0.2Mn1.8O4-xFx锂离子电池正极材料,采用XRD、EDS等测试对其进行了表征,并测试了样品的电化学性能.结果表明,合成的LiAl0.2Mn1.8O4-xFx(0≤x≤0.3)样品为单一的尖晶石结构;随着F-含量的增加,晶胞参数增大;一定量的Al3 和F-复合改性提高了材料的比容量,增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的高温循环性能.     

锂离子电池正极材料LiMn0.6Fe0.4PO4/C的制备及电化学性能

以蔗糖为碳源, 以草酸为抗氧化剂, 采用溶剂热、球磨和固相烧结相结合的方法制备了LiMn_0.6Fe_0.4PO₄/C正极材料, 并通过改变烧结温度得到了不同形貌结构的目标产物。以金属锂片为对电极, 组装成锂离子半电池, 探究其电化学性能。研究结果表明, 当烧结温度为650℃时, 该材料表现出优异的电化学性能, 在0.2C(1C=170 mA/g)的电流密度下, 起始容量为119.1 mAh/g, 循环80次之后, 容量上升到148.8 mAh/g, 并且该材料在大电流密度下也表现出优异的循环稳定性。     

LiMn2O4纳米粉的湿化学合成与表征

采用湿化学方法，通过水溶液中的化学反应直接合成纳米级LiMn2O4化合物，其结构基本上为无定型，但XRD图谱中已出现LiMn2O4特征峰，说明在水溶液中已初步形成尖晶石结构，运用XRD，SEM，TG－DTA等现代检测手段对样品的性能进行进行了表征，XRD及SEM等分析结果表明，合成样品经简单热处理后，晶型结构完善，形貌规整，均匀，比表面积积显著减小，粒度明显变粗。TG－DTA热分析证明，样品在低于900℃的温度下进行热处理时，仅发生LiMn2O4的晶化过程，产物的化学组成稳定，该法合成锂离子电池正极材料LiMn2O4，具有工艺流程简单，产物的成分，结构及粒度均匀等特点。