掺杂对LiFePO_4电化学性能的影响

用水热法制备LiFe_(0.95)M_(0.05)PO_4(M=Mg,Ni,Co),研究了掺杂对材料电化学性能的影响.结果表明,液相Fe位掺杂合成的LiFe_(0.95)M_(0.05)PO_4具有纯相橄榄石结构、结晶良好、粒径均匀;Fe位掺杂可增强材料的可逆性和导电性,提高其1C倍率下的电化学容量和循环稳定性;LiFe_(0.95)Mg_(0.05)PO_4,LiFe_(0.95)Ni_(0.05)PO_4和LiFe_(0.95)Co_(0.05)PO_4三种材料的1C倍率首次放电比容量分别为133.1 mAh·g~(-1),128.4 mAh·g~(-1)和135.2 mAh·g~(-1);三种掺杂离子中Co~(2+)掺杂的效果最好,0.1C和1C倍率放电循环30次后的容量衰减率仅为5.7%和9.5%.     

共沉淀-微波法制备高密度Li_(0.95)Na_(0.05)FePO_4及其性能研究

采用共沉淀法制备了球形前驱体,并以此前驱体应用微波加热制备了高密度Li0.95Na0.05FePO4正极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)、恒电流充放电和振实密度测定等方法对材料的结构、表观形貌、电化学性能及振实密度进行了测试。结果表明:样品具有比较规则的球形或类球形的形貌及单一的橄榄石型晶体结构,以Na掺杂的Li0.95Na0.05FePO4具有优良的性能,振实密度达1.63g/cm3,在室温下分别以0.2C、1C和2C的电流密度充放电,首次放电比容量分别为164.2mAh/g、151.5mAh/g和130.5mAh/g。     

过渡金属离子掺杂对磷酸铁锂性能的影响

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵、葡萄糖为原料,添加不同的过渡金属乙酸盐(乙酸锰、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锌),在氩气保护下采用高温固相法制备LiFePO_4/C复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、同步热分析、恒电流充放电、电化学阻抗、循环伏安等方法研究掺杂金属离子及掺杂量对LiFePO_4/C晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,LiFe_(0.9)M_(0.1)PO_4/C(M=Mn、Co、Ni、Zn)样品的晶体结构均与橄榄石型LiFePO_4相同。掺杂过渡金属阳离子可以提高LiFePO_4/C的还原电位,降低氧化电位,缩小氧化还原峰间距,提高化学反应的可逆性。掺杂后的样品在5C下的放电性能较好,以LiFe0.9Ni0.1PO4/C的放电容量最高,达到89mAh/g。     

超临界水热制备LiFePO4及煅烧碳包覆改性研究

本文以FeSO_4、H_3PO_4和LiOH为原料,采用超临界水热过程制备了亚微米级LiFePO_4颗粒.在此基础上,为了提升制备的LiFePO_4正极材料的物理和电化学性能,对其进行了后续煅烧碳包覆改性研究.同时,通过XRD、SEM、充放电测试、CV和EIS测试手段,对LiFePO_4正极材料改性前后的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:后续固相煅烧碳包覆改性能够显著改善LiFePO_4的结晶性能,减小颗粒粒径,降低电荷传递阻抗,以及大幅度地提升放电容量和循环性能;以PVP为模板剂、蔗糖为碳源,700℃煅烧1 h得到的LiFePO_4/C颗粒粒径小、分布均一,室温0.2 C倍率的首圈放电比容量为153.1 mAh/g,1 C倍率充放电时,放电比容量可保持在144.2 mAh/g,1 C循环50次,容量保持率达到97.1%.     

溶胶-碳热法制备LiFe_(1-x)Co_xPO_4/C及其电化学性能研究

采用溶胶—碳热法制备LiFe1-xCoxPO4/C(x=0,0.05,0.1)复合正极材料。研究发现:钴离子掺杂不改变磷酸铁锂的晶体结构特征,在LiFePO4/C复合材料掺杂金属离子后,材料的电化学性能得到改善。原因是掺杂可以使材料内部产生部分缺陷,缺陷的产生有利于提高材料的导电性,从而提高电化学性能。LiFe0.95Co0.05PO4/C具有最好的电化学性能,循环中最高的放电容量为152.3mAh/g,50次循环后放电容量为146.4mAh/g,容量保持率为96.2%。     

镁铝联合掺杂对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响研究

通过X射线衍射、扫描电镜、恒流充放电、循环伏安和阻抗(EIS)等技术对材料的形貌和电化学性能进行分析,研究了Mg、Al同时掺杂对溶胶-凝胶法合成单斜晶型Li_3V_2(PO_4)_3/C材料电化学性能的影响。结果表明:相对纯的磷酸钒锂/C(LVP/C),少量的掺杂没有影响材料的结构,电化学性能有显著提升,并且Li_(2.9)Mg_(0.05)V_(1.9)Al_(0.1)(PO_4)_3/C材料具有最好的电化学性能。在室温3~4.3V充放电平台下,以0.1C首次放电比容量达到130.7mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有127.2mAh/g,容量保持率为97.3%。     

Cu2+掺杂高密度LiFePO4/C正极材料的合成及性能

以高密度FePO4作为前躯体,Cu(Ac)2为掺杂源,通过高温固相法合成了高振实密度的锂离子电池正极材料LiFe1-xCuxPO4/C(x=0、0.01、0.015、0.02、0.025).采用X粉末衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、循环伏安法(C-V)和恒电流充放电对合成的材料掺杂进行了结构、形貌和电性能表征和分析研究.结果表明, 所合成的掺杂复合材料LiFe1-xCuxPO4/C为典型的橄榄石型结构,结晶度高,具有较高的振实密度.掺杂Cu2+离子在很大程度上可以提高LiFePO4的电化学性能,当Cu含量为2.0%(质量分数)时,LiFe0.98Cu0.02PO4/C的振实密度可以达到1.98g/cm3,比容量为最大值,0.1C倍率放电可达150.0mAh/g,体积比容量为297.0mAh/cm3;2C倍率放电比容量仍可以达到127.3mAh/g以上,体积比容量为252.1mAh/cm3.     

Zn~(2+)掺杂对Li_4Ti_5O_(12)的电化学性能和振实密度的影响

采用固相法合成了掺杂Zn2+的锂离子电池负极材料Li4-2xZn3xTi5-xO12(0≤3x≤0.2)。对材料进行了SEM、XRD、激光粒度分析、振实密度、循环伏安测试及恒电流充放电测试。Zn2+的掺杂未改变材料的晶体结构,但使材料的振实密度有了明显提高,达到了1.56g/cm3。实验结果表明,Zn2+的掺杂改善了Li4Ti5O12的电化学性能,降低了电极的极化,提高了Li4Ti5O12的循环稳定性;当各元素摩尔比为n(Li)∶n(Zn)∶n(Ti)=3.933∶0.100∶4.967时,材料的电化学性能较优,1C首次放电比容量可达到151mAh/g,经过60次循环后,放电容量保持在138mAh/g。     

xLiFePO_4·yLi_3V_2(PO_4)_3/C复合正极材料的制备及电化学性能研究

以石油焦为还原剂和碳源,采用固相法制备了一系列xLiFePO_4·yLi_3V_2(PO4)_3/C (n(x):n(y)=1∶0, 0∶1, 2∶1, 4∶1, 6∶1, 8∶1)复合正极材料。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试等表征了n(x)∶n(y)的掺杂比例对复合正极材料组成、微观结构和电化学性能的影响。XRD分析表明,当n(x)∶n(y)为1:0和0∶1时,合成的复合正极材料分别为橄榄石结构的LiFePO_4和单斜结构的Li_3V_2(PO_4)_3;当n(x):n(y)为2∶1,4∶1,6∶1和8∶1时,合成的复合正极材料由LiFePO_4/C和Li_3V_2(PO_4)_3/C相组成;TEM分析表明,复合正极材料的颗粒分散良好,颗粒直径约为150～250 nm,被碳层均匀包覆;电化学性能分析表明,8LFP·LVP/C的放电容量和初始库仑效率最高,分别达到166 mAh/g和97%,在7 C倍率下放电容量循环150次后,其放电容量为91 mAh/g,容量保持率为90.1%,与原始LFP/C和LVP/C相比,其循环性能显著提高。     

氢气还原法制备LiFePO_4及其电化学性能的研究

在溶液中制备FePO_4·2H_2O前驱体,利用氢气还原法于650℃制得了锂离子电池正极材料LiFePO_4,并对其进行了包覆和掺杂.采用X射线衍射法(XRD)、扫描电镜法(SEM)、循环伏安法(C-V)、交流阻抗法(EIS)及充放电测试对材料进行了结构表征和电化学性能测试.结果表明,该方法制得的材料具有单一的橄榄石结构,样品形貌规则、颗粒均匀.包覆碳和掺镁后,材料具有较低的阻抗及较高的首次放电比容量,LiFePO_4、LiFePO_4/C、LiMg_(0.01)Fe_(0.99)PO_4/C的首次放电比容量分别为125.09mA·h/g、139.17mA·h/g、146.97mA·h/g.     

锂离子电池正极材料LiFe_(1-2x)Mn_xMg_xPO_4/C的电化学性能研究

通过高温固相合成法以MnCO3为锰源、(MgCO3)4·Mg(OH)·5H2O为镁源,葡萄糖为碳源,在氩气气氛下合成二元掺杂Mn、Mg的LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C和LiFePO4/C正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)进行结构表征,通过恒电流充放电实验研究了LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C和LiFePO4/C电化学性能。结果表明,二元掺杂Mn、Mg的LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C呈现橄榄石结构,无杂质产生。与未掺杂的LiFePO4/C相比,掺杂后LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C提高了电导率,0.1C倍率下放电可逆容量为131mAh/g,表现出良好的电化学性能。     

镁离子掺杂对磷酸铁锂结构和性能的影响

为提高LiFePO4的充放电性能,用化学沉淀法制备了镁离子掺杂的磷酸铁锂,用电化学方法测量了Li1-xMgxFePO4(x=0.00、0.02、0.05、0.07、0.10和0.20,摩尔分数)的充放电性能,用X射线衍射(XRD)和里特沃尔特(Rietveld)方法表征了掺杂对LiFePO4的晶体结构的影响.结果表明少量镁离子掺杂能有效地提高LiFePO4的比容量和循环性能,其中Li0.95Mg0.05FePO4具有更好的电化学性能,放电比容量高出LiFePO4约20mAh/g,镁离子掺杂提高了LiFePO4中Fe3 /Fe2 共存态的浓度,使材料具有更好的导电能力.     

溶液蒸干法合成LiFeP0_4及性能研究

探讨了一种液相法合成LiFePO_4正极材料的新工艺,称为溶液蒸干法.通过XRD、SEM等测试方法对前驱体的组成、结构和形貌进行了表征,通过LiFePO_4合成过程的分析,推断了过程的反应机理;此外,通过添加PEG合成了LiFeP0_4/C复合正极材料,并对其进行了结构和电化学性能表征.结果表明:合成的样品虽然存在极微量的杂质,但是主晶相为LiFePO_4,0.1C倍率下首次放电比容量为156.5mAh/g,循环40次,平均每次的放电比容量损失率仅为0.16%.     

共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiFePO4及其性能研究

用共沉淀的方法制备了改性的锂离子电池正极材料LiFePO4,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)等方法对样品的晶体结构、表观形貌、谱学性质等进行了分析研究,并在表观形貌和电性能上与固相法制备的样品进行比较.结果表明,此种方法制备的LiFePO4为单一的橄榄石型晶体结构,具有3.4V左右的放电电压平台,该材料具有良好的电性能,分别以0.2,0.4mA/cm2的电流密度充放电,首次放电比容量达到142.3,127mAh/g,充放电循环20次后放电比容量仍保持在129.7,105.5mAh/g.     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂:进展与挑战

磷酸铁锂(LiFePO4)由于安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点被公认为是最具发展潜力的锂离子动力与储能电池正极材料。经过10余年的深入研究,LiFePO4已经进入实用化阶段,综述了磷酸铁锂材料近年来在基础和应用研究方面的最新进展。     

锂离子电池负极材料Ge4+掺杂Li4Ti5O12的制备及其电化学性能研究

以Ti(OC₄H₉)₄、CH₃COOLi·2H₂O和GeO₂为原料, 采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li₄Ti_5-xGe_xO₁₂(x=0、0.05、0.1、0.15)电极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)以及交流阻抗对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。研究结果表明, 适量Ge⁴⁺掺杂不会改变Li₄Ti₅O₁₂的尖晶石结构, 但对其颗粒尺寸和形貌均产生影响。由于掺Ge⁴⁺后样品的颗粒尺寸减小, 使得Ge⁴⁺掺杂Li₄Ti₅O₁₂倍率性得到不同程度的提高。其中Li₄Ti_4.9Ge_0.1O₁₂显示出较好的倍率性和循环稳定性, 0.2C下的首次放电容量为172.43 mAh/g, 5C下循环100次后比容量为140.62 mAh/g, 容量保持率为97.3%。     

碳源对LiFePO_4/C正极材料性能的影响

以FePO_4·2H_2O、Li_2CO_3和柠檬酸/酒石酸/抗坏血酸为原料,经机械球磨后在惰性气氛中高温煅烧合成LiFePO_4/C正极材料.研究了不同碳源对LiFePO_4结构、形貌及电化学性能的影响.重点考察了碳源为酒石酸时,不同合成温度对材料性能的影响.采用XRD、SEM以及电化学测试等手段对目标产物进行了结构表征和性能测试.结果表明,以酒石酸做碳源时,合成的正极材料物相单一,颗粒细小,粒度均匀,并且具有优良的电化学性能.在室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量可达155mAh/g,1.0C首次放电比容量为120mAh/g,经过100次循环以后容量仍有109mAh/g.     

纳米LiFePO4/C复合正极材料的溶剂热合成

采用乙二醇溶剂热法,以蔗糖为碳源,制备了橄榄石型纳米级LiFePO₄/C复合正极材料,对其物相、形貌、结构、成分和性能进行了表征。结果表明,所制备的纳米LiFePO₄/C的形貌为棒状,直径约为100 nm,结晶度高、分散性好。LiFePO₄的粒径细化和掺碳有利于提高LiFePO₄正极材料的电化学性能,其首次充放电比容量（0.1 C）分别为166 mAh·g^-1和164 mAh·g^-1,充放电电压平台分别为3.45 V和3.40 V;在5 C大倍率放电下,经过20次循环,其比容量保持率为95.4%。