新型ITSOFC阴极材料Ln_(0.7)Sr_(0.3)CoO_(3-δ)的合成与电性能研究

为降低制备阴极材料的成本、促进中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的工业化进程,采用混合稀土作为主要原料.外加SrCO3、CO2O3固相法制备了Ln0.7Sr0.3CoO3-δ(简:LnSC,Ln为混合稀土)复合氧化物.TG-DSC、XRD对LnSC材料的合成过程以及不同温度下烧结行为进行了研究,并考察了LnSC材料的电性能.结果表明:混合稀土促进了SrCO3在700～950 ℃的分解反应,同时在1100℃时新相Ln07Sr0.3CoO3-δ基本形成.1200℃烧结4 h后合成产物为CeO2立方萤石相与钙钛矿相的共存.该材料电导率在340℃时达到最大值638 S/cm,500～800 ℃时,电导率超过500 S/cm,其电导活化能为7.86 kJ/mol.满足ITSOFC对阴极材料的要求.     

LSGMC5的制备方法对SSC-LSGMC5复合阴极性能的影响

制备了Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSCMC5)中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)复合阴极,其中LSGMC5用柠檬酸盐法和固相合成法合成.含有柠檬酸盐法合成的LSGMC5粉末的SSC-LSGMC5电极的氧还原电催化性能明显优于含固相合成法合成的LSGMC5的电极.随着焙烧温度的升高,柠檬酸盐法合成的LSGMC5粉末的颗粒变大,并致密化,导致相应SSC-LSGMC5复合电极与LSGMC5电解质的结合程度减弱以及氧还原电催化性能变差.复合阴极中柠檬酸盐法合成的LSGMC5粉末的最佳焙烧温度约为1000℃.     

Mn_3O_4合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

以Mn3O4为原料,在氧气气氛中用固相反应法制备尖晶石结构正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,并用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试考察了反应温度、反应时间和锂用量等工艺条件对合成产物的结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明通过控制工艺条件可以优化材料的电化学性能,其中锂用量为1.02,在900℃反应2h所合成LiNi0.5Mn1.5O4具有Fd3m尖晶石结构,放电比容量为140mAh/g、40次循环后容量保持率为94.8%。     

工业化LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2阴极材料精细合成条件研究

通过高温固相法合成了层状三元LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2阴极材料,考察了烧结温度和锂过量的微小差别对电极性能的影响。扫描电子显微镜实验证实当烧结温度高于980℃时,合成的样品棱角分明,而在950℃以下合成的样品主要是球形。随着循环的进行,对于在900和930℃合成的样品,放电容量几乎成线性降低;当合成温度高于980℃时,随着循环的进行放电容量呈S型变化。900℃合成的样品初始比容量为170 mAh/g左右(循环窗口3.0~4.3 V),100次以后比容量为140 mAh/g。锂过量6%(摩尔分数)时综合性能较好。     

柠檬酸盐法制备的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3 夹层对阴极性能的影响

考察了在Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)/LSGMC5界面中加入柠檬酸盐法合成的LSGMC5夹层对界面的影响。考察了含不同温度焙烧的LSGMC5夹层的SSC-LSGMC5/LSGMC5/LSGMC5组合的微观结构及电化学性能。当夹层焙烧温度高于1 623 K时,夹层与电极的结合优于无夹层的电极/电解质界面,具有大的两相界面面积及三相界面长度。制备的组合的氧还原性能依赖于夹层以及电极的焙烧温度,含有1 673 K烧结夹层、1 123 K焙烧电极的样品具有最高的活性。与含固相法制备的LSGMC5夹层的样品相比,采用含柠檬酸盐法制备的夹层的组合具有更小的欧姆电阻及更高的氧还原活性。     

氧电极催化剂钙钛矿氧化物的制备及催化性能

采用无定形前驱体法,以苹果酸作络合剂,制备了La1-xCaxCoO3和La1-xSrxMnO3系列钙钛矿氧化物,运用差热分析(DTA)和X射线衍射分析(XRD),探讨了催化剂的制备条件,制备La1-xCaxCoO3的最佳pH值为3.0,煅烧温度为650℃,制备La1-xSrxMnO3的pH值影响不大,煅烧温度为600℃。电化学研究结果表明,La0.6Ca0.4CoO3和La0.8Sr0.2MnO3具有较好的催化活性。     

中温SOFC用LaGaO3基固体电解质的制备

采用固相反应法成功制备了镓酸镧基固体电解质粉体(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ),X射线衍射分析表明,经1 500 ℃煅烧24 h合成粉体为单相结构,并讨论了煅烧时间、煅烧温度对粉体物相的影响。测试结果表明,粉体的平均粒径为1 μm;粉体经过1 500 ℃下烧结15 h,得到相对密度为99%的陶瓷,采用交流阻抗测试电导率,800 ℃时离子电导率为0.12 S/cm,且高温下(≥650 ℃)活化能为0.8 eV,低温下(≤650 ℃)为1.09 eV。     

Sr(Ce0.5-xZr0.5-x)Dy2xO3-x质子导体材料的制备及电性能研究

采用固相法合成了具有质子导电性能的Sr(Ce0.5-xZr0.5-x)Dy2xO3-x(2 x=0.1、0.15、0.2、0.25),采用差热-热重分析(DTA-TG)研究粉体的预合成制度,通过X射线衍射光谱法(XRD)对合成产物的结构进行了分析,采用排水法测定了试样的烧结密度,利用四探针法测定了材料在湿氢气气氛400～1 000 ℃下的电导率,研究了温度及掺杂量对材料电性能的影响.研究表明,Dy掺杂锆铈酸锶具有钙钛矿型结构,400～1 000 ℃时材料的电导率随温度的升高逐渐升高,并且当掺杂量2 x≤0.2时,电导率随掺杂量的增加而增大,当掺杂量2 x＞0.2时,电导率反而下降.当2 x=0.2,测试温度为1 000 ℃时,材料的电导率达到最大,即1.6×10-2 S/cm.     

固相法制备层状LiNi0.5Mn0.5O2的研究

以M nCO 3、N iO(H)2、Li2CO3为原料,采用固相法合成层状LiN i0.5M n0.5O2,并对其物理性能和电化学性能进行表征。X R D结果表明,在空气气氛中,700℃烧结24h合成的LiN i0.5M n0.5O2结晶不完整,900℃烧结24h则结晶完整,1000℃烧结24h则有杂质生成。SE M测试表明900℃烧结24h合成的LiNi0.5M n0.5O2有较好的表观形貌,平均粒径为500nm。700℃、800℃时合成的样品颗粒易发生团聚,1000℃时颗粒易烧结成块,均会造成较大的极化。充放电结果表明,空气气氛中900℃烧结24h合成的LiNi0.5M n0.5O2首次放电容量为160m A h/g,30次以后保持在135m A h/g。     

正极材料LiNi0.5Mn0.5O2的合成及其性能研究

用共沉淀法制备镍锰氢氧化物前驱体,并通过高温固相反应在800℃空气气氛下煅烧12h合成锂离子蓄电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,研究了冷却速度和升温制度对材料电化学性能的影响。结果表明,在500℃预处理5h,800℃煅烧完毕立即从炉中取出,环境温度下在空气中冷却,得到的样品比容量能达到180mAh·g-1,材料在2.5～4.6V范围内循环时性能不佳,当采用恒流/恒压模式,在2.5～4.3V范围内,材料具有良好的循环性能。     

层状结构LiMn0.5Ni0.5O2材料的合成及性能

廉价正极材料的研究开发及应用是目前锂离子电池进一步发展和推广应用的关键.采用高温固相合成LiMn0.5Ni0.5O2材料,用XRD对合成材料结构进行表征,并用恒电流法进行电化学性能测试,在此基础上对材料进行Al掺杂改性.实验结果表明,合成材料经微量掺杂后具有较好的电化学循环性能,可作为锂离子电池的替代正极材料。     

层状化合物LiNi0.5Co0.5O2材料的模板法合成及性能

以聚丙烯酰胺(PAM)为模板剂用微波-固相复合加热技术合成了层状锂离子蓄电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2,并与直接高温固相法合成的该材料进行比较。通过扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析和X-射线粉末衍射(XRD)分析等技术对材料的微观形貌、粒度分布和相结构进行了表征。恒电流充放电循环测试表明:在3.0～4.3V电压范围内充放电倍率为0.2C时,采用微波法合成的材料放电比容量高达154mAh/g,且有良好的循环性能。同时,计时电量和电化学交流阻抗测试表明前者有较小的内阻,且在循环过程中Li 有较强的扩散能力。     

层状的LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2合成及其电化学性能

采用超声波辅助溶胶-凝胶法合成层状的锂离子电池的正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,并用热重分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构与形貌进行了研究,电化学性能采用循环伏安法(CV)、交流阻抗和充放电测试进行表征.结果表明,在950℃灼烧12 h的材料结晶度比较好,其晶胞参数a=0,287 9 nm,c=1.431 nm,结构比较理想.当材料在2.8～4.2 V间进行充放电时,其首次放电容量为170 mAh/g,50次循环后容量的保持率为89%.     

燃烧法制备层状正极材料LiNi0.5Mn0.5O2

用燃烧法制备了正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,研究了合成条件对产物的影响。XRD、SEM及电化学测试结果表明:n(Li)∶n(Mn+Ni)=1.05∶1.00、n[CO(NH2)2]∶n(NO3-)=1.0∶1.0,在900℃下烧结4h所得样品为α-NaFeO2层状结构;一次颗粒粒径为0.1～1.0μm;在2.7～4.5V的首次放电比容量为181.7mAh/g,第20次循环时的容量保持率为83.5%。     

回火处理对0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2性能的影响

以LiNO3、Ni(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2和尿素为原料,用低温燃烧法合成正极材料0.5Li2 MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2,研究回火处理对产物结构、形貌和电化学性能的影响.回火处理提高了产物的结晶度和电化学性能.回火处理的最佳条件为:在850℃下回火20h.在此条件下合成的0.5Li2MnO3...     

Mg掺杂对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2电化学性能的影响

通过溶胶-凝胶法合成正极材料LiNi0.5Mn0.5O2,为了提高材料LiNi0.5Mn0.5O2的高倍率放电性能,采用Mg进行掺杂。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电对材料的结构和形貌及电化学性能进行了研究。结果表明少量Mg的掺杂未影响到LiNi0.5Mn0.5O2的晶体结构,但改善了其电化学性能,其中,当Mg的掺杂量为5%(摩尔分数)时,材料具有更好的电化学性能,4 C放电时,首次放电比容量达到118 m Ah/g,且循环性能良好。     

0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的电化学行为及结构稳定性研究

对低温燃烧法合成的富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的充放电性能、充放电循环过程中Mn离子的价态变化、电化学阻抗变化以及正极材料的结构变化进行了系统的研究。研究结果表明,在开头的若干次充放电循环中,富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的放电比容量随循环次数的增加而增加,经过若干次循环后可以达到一个相当高的水平,其循环性能良好。以0.1 C在2.5～4.6 V之间充放电,放电比容量可达244 mAh/g,第50次循环,仍保有233 mAh/g。充放电过程中晶格中的Mn4+离子部分转变为Mn3+并参与电化学反应,这是造成放电比容量随循环次数增加而增加的原因,而显微结构和晶体结构保持稳定及电化学阻抗的降低是材料具有良好循环性能的原因。     

LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能研究

采用共沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料。并用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)对材料结构及形貌进行分析。讨论了不同保温时间对LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的影响,及不同电压下LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2正极材料的电化学性能。结果表明,保温时间为16 h制备的正极材料电化学性能最优,在0.5 C倍率下,100次后容量保持率为99.02%;材料分别在2.75~4.2 V,2.75~4.3 V,2.75~4.35 V,2.75~4.4 V,2.75~4.5 V,2.75~4.6 V下进行充放电时,首次放电比容量分别135.6、143.6、154.1、165.5、177.9、184.1 m Ah/g。充放电电压越高,循环性能越差。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2的制备及性能

LiNixCo1-xO2(0≤x≤1)系是一种很有希望的新型的锂离子电池电极材料.以Li2CO3,NiO,Co3O4为原料,经过造粒的预处理,固相反应合成了锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2.研究了不同的合成条件对产物结构、性能的影响.结果表明,反应温度、时间、Li/(Ni+Co)摩尔比等因素对产物的结构、电性能有一定的影响.XRD分析表明合成的产物LiNi0.5Co0.5O2结晶良好,具有规整的a-NaFeO2层状结构的.充放电测试表明在优化条件下合成的LiNi0.5Co0.5O2首次充电容量为170.1mAh/g,放电容量为157.4mAh/g,20次循环后保持初始容量的92%,循环稳定性良好.以MCMB为阳极材料,合成产物为阴极材料,组装成18650型锂离子电池,性能与LiCoO2相当.