锂离子电池正极材料LiFePO_4掺杂改性研究进展

橄榄石型LiFePO4是近年发展起来的一种锂离子电池正极材料,但是LiFePO4的电子电导率极低,Li+扩散速度慢,限制了其实用化,其中一种很有效的方法就是在LiFePO4的晶格中掺杂金属离子,使其产生晶格缺陷,促进Li+扩散,改善晶体内部的导电性能。综述了LiFePO4近几年离子在Li(M1)位和Fe(M2)位掺杂的研究进展。     

正极材料Li1-xLaxFe1-yMgyPO4/C合成及电化学性能研究

以La3+为Li位掺杂离子、Mg2+为Fe位掺杂离子,采用液相法合成双位掺杂的Li1-xLaxFe1-yMgyPO4/C(0≤x＜1,O≤y＜1)锂离子电池复合正极材料.通过X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)研究材料的结构及形貌,恒流充放电测试电化学性能,考察Li1-xLa xFe1-yMgyPO4/C室温和低温电化学性能.结果表明:适量的La、Mg离子掺杂并未改变材料的结构;当La3+离子掺杂量为1％(摩尔分数)、Mg2+离子掺杂量为10％(摩尔分数)时,Li1-xLa xFe1-yMgyPO4/C的电化学性能最优.室温下,0.1C首次充放电比容量达到155 mAh/g.-20℃时,1 C、5 C、10 C较大倍率下首次充放电比容量为69、68、69 mAh/g,低温下不同放电倍率下稳定性良好,拥有优异的低温循环稳定性.     

Ni0.88Co0.09Mn0.03(OH)2前驱体离子共掺杂对正极材料性能的影响

高镍正极材料容量高、成本低,在锂离子电池中具有巨大的应用潜力,但容量衰减快、热稳定性差的缺点阻碍了其大规模应用.在Ni0.88Co0.09Mn0.03(OH)2前驱体中掺杂Mg2+或/和W6+,通过高温固相法合成正极材料,研究了不同掺杂元素对前驱体及正极材料的影响.结果表明:前驱体中Mg2+和W6+共掺杂对应的正极材料Li0.991Mg0.009Ni0.879Co0.090Mn0.030W0.001O2具有优异的综合性能,0.1 C下放电比容量为218.06 mAh/g,1 C下循环100圈容量保持率为90.82％,5 C下放电比容量为184.0 mAh/g.此外,Mg2+和W6+共掺杂显著提高了材料的放热峰温度(221.8℃),说明材料的热稳定性得到了改善.该研究证明共掺杂材料综合性能最佳,为开发更安全、更高能量密度的锂离子电池正极材料提供了可行性策略.     

新型正极材料LiFePO4的电化学性能的改进

为解决锂离子蓄电池新型正极材料LiFePO4的低导电率的问题,采用高温固相法合成出包覆碳并掺杂了少量Mg2 的LiFePO4样品。采用X射线衍射、充放电测试、交流阻抗和循环伏安测试方法,深入研究了包覆碳后Mg2 掺杂对LiFePO4结构和电化学性能的影响。研究结果表明,包覆碳后掺杂少量的Mg2 能进一步提高LiFePO4的导电性,从而提高材料的比容量和循环性能。不同的Mg2 离子掺杂量(x=0.02、0.04、0.06、0.08)里,Li0.94Mg0.06FePO4的电化学性能最佳,以0.1C充放电,首次放电比容量为141.9mAh/g,充放电效率为93.1%;循环50次后,容量几乎没有衰减。     

Mg~(2+)掺杂及碳包覆共改性Li_4Ti_5O_(12)材料的制备及表征

以固相烧结的方法合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,同时进行了Mg2+离子掺杂和碳包覆共改性以提高Li4Ti5O12的导电性及综合性能,从而实现其大倍率充放电条件下保持高的比容量。采用XRD、SEM和循环伏安等测试手段,考察了金属离子掺杂及复合碳源包覆共改性对Li4Ti5O12结构和电化学性能的影响。结果表明:掺杂3%的Mg2+同时加入质量分数为0.5%的无机碳源和10%的有机碳源对材料本身的结构没有影响,明显降低了Li4Ti5O12的电荷转移阻抗,使材料的电导率有了很大的提高。0.2 C倍率条件下首次放电比容量为173 m Ah/g,10 C倍率条件下放电比容量为104m Ah/g。与纯相的Li4Ti5O12相比,改性后的材料倍率性能及其他综合性能都有很大的提高。     

锂离子电池正极材料Li3V2-xNix(PO4)3的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法,以Li2CO3、V2O5、NH4H2PO4、柠檬酸、Ni(OH)2·H2O为原料成功合成了正极材料Li3V2(PO4)3及其掺Ni化合物。Rietveld精修结果显示在Ni掺杂量不超过0.15时,样品均为纯相。X射线衍射(XRD)结果给出,随着镍掺杂量的增加,a轴和c轴及晶胞体积都有所下降。对样品Li3V2-xNix(PO4)3电导率的测试结果显示,Ni掺杂后样品的电子导电性均有所提高。室温下在0.1C和3C充放电条件下,镍掺杂Li3V1.95Ni0.05(PO4)3正极材料首次放电比容量分别达到177.2mAh/g和136.6mAh/g,在3C倍率下100次循环后容量保持率达到94.2%,这些性能都优于未掺杂样品和其他镍掺杂量的样品。     

提高负极材料Li4Ti5O12倍率性能的进展

综述了近年来提高锂离子电池负极材料Li4Ti5O12倍率性能的进展。通过形貌控制和掺杂改性,可提高Li4Ti5O12的倍率性能。单晶、纳米粒径、球形及多孔结构,均可提高离子电导率;掺杂改性可提高电子电导率。     

Mg掺杂对负极材料Li4Ti5O12性能的影响

以醋酸镁为Mg2+的掺杂源,在空气气氛下采用分段固相法合成了掺杂Mg2+的尖晶石Li4Ti5O12。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及电化学等测试手段对材料的性能进行表征。结果表明:掺杂未有改变材料的尖晶石结构,掺杂后样品的0.2 C首次放电比容量比未掺杂样品略有降低,但显示出优异的电化学倍率性能和循环稳定性,以10 C充放电时,放电比容量是未掺杂的2.2倍,且10次循环之后容量没有明显衰减。电化学交流阻抗研究表明,掺杂Mg之后材料的电荷转移阻抗Rct从130Ω降到20Ω,显著地提高了材料的电子导电性。     

镁离子掺杂对Li_4Ti_5O_(12)/C结构和电化学性能的影响

以乳酸镁为Mg2+的掺杂源和部分碳源,以乙醇为溶剂,在惰性气氛下采用高温固相合成法合成掺Mg2+的Li4Ti5O12/C复合材料。采用X-射线衍射、扫描电子显微镜、激光粒度分析和电性能测试等对复合材料进行表征,考察了Mg2+对于目标化合物结构和电化学性能的影响。结果表明,在C/3倍率下材料掺杂前后第二个循环的放电容量分别为145、162 mAh/g,循环30次后容量为138、150 mAh/g。电化学交流阻抗表明,掺杂后的材料阻抗Rct从180Ω减小到45Ω。掺杂后振实密度比掺杂前提高了0.27 g/cm3。     

硅钨酸锂在聚合物电解质中的应用

采用萃取法制备了具有微孔结构的偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]膜,其中掺杂不同质量分数的硅钨酸锂(Li4SiW12O40),吸附碳酸丙烯酯(PC)后,具有10-4 S·cm-1的离子电导率。DSC分析结果显示,聚合物电解质的结晶度随Li4SiW12O40掺杂量的增加而降低。利用电化学阻抗法测试了聚合物电解质的离子电导率,发现当聚合物膜中掺杂8.5%(质量百分数)的Li4SiW12O40时,聚合物电解质具有较高的离子电导率(3.56×10-4 S·cm-1)。采用交流阻抗与直流极化相结合的方法测试了聚合物电解质的离子迁移数,随Li4SiW12O40的掺杂质量分数的增加,Li 离子迁移数逐渐降低。通过分析聚合物膜掺杂Li4SiW12O40前后的FTIR光谱图,发现Li4SiW12O40与P(VDF-HFP)共聚物分子链之间存在氢键和配位作用。