用固相和水热结合法制备LiMn_(0.4)Fe_(0.6)PO_4/C复合材料(英文)

以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、MnCO3和NH4H2PO4为原料,按5:6:4:10的摩尔比混合,采用固相反应和水热法结合的新方法制备得到LiMn0.4Fe0.6PO4。通过XRD、SEM、TEM以及循环伏安(CV)和充放电测试对材料进行结构、形貌以及电化学性能表征。结果表明,此方法合成的产物具有单一的橄榄石晶体结构,颗粒尺寸约为120 nm,且表面均匀包覆一层无定形碳。电化学测试结果表明,样品的循环伏安曲线中有两对氧化还原峰,分别对应Fe3+/Fe2+(3.5 V)和Mn3+/Mn2+(4.0 V)。LiMn0.4Fe0.6PO4/C在0.1C下的初始放电比容量为160 mAh/g,0.5C下的初始放电比容量为143 mAh/g,且具有较好的循环性能。     

金属离子掺杂LiMnPO_4的电化学性能研究

采用高温固相法合成了LiMn0.8Fe0.2PO4/C、LiMn0.8V0.2PO4/C和LiMn0.6Fe0.2V0.2PO4/C3种复合正极材料,XRD测试表明LiMn0.6Fe0.2V0.2PO4具有较大的晶胞体积,扫描电镜测试表明其颗粒尺寸细小均匀,最大颗粒不超过3μm。充放电测试表明其放电倍率为0.1C时的首次放电比容量是118mAh/g,另外,容量衰减率和循环伏安测试同时表明复合掺杂两种离子的LiMn0.6Fe0.2V0.2PO4电极材料循环稳定性能较好。     

锌掺杂正极材料尖晶石LiMn_2O_4的制备及电化学性能

为改善锂离子电池正极材料LiMn2O4的电化学循环性能,以乙酸锂、乙酸锰和乙酸锌为原料,采用固相法制备了LiMn2-xZnxO4(x=0.02、0.04、0.06),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)分析表明所制备的LiMn2-xZnxO4具有与LiMn2O4同样的尖晶石结构,锌的掺入细化了尖晶石颗粒,增强了Li+在固相中的扩散能力。电化学测试结果显示锌掺杂能抑制LiMn2O4的电化学容量衰减现象,使其循环性能得到显著提高。其中LiMn1.96Zn0.04O4表现出最佳的循环性能,循环20次后放电容量可保持在106.6mAh/g。     

锂离子电池正极材料橄榄石结构LiCoPO_4的制备及改性进展

橄榄石结构磷酸钴锂(LiCoPO4)由于具有较高的放电平台4.8V(vs Li+/Li)以及放电比容量,被认为是最有前景的新一代高容量高电压锂离子电池正极材料;着重从制备方法、改性手段等方面对近几年LiCoPO4的研究进展进行概述与总结。     

Mn掺杂Li3Fe2(PO4)3正极材料的制备与表征

通过固相反应法合成出Li3+xFe2-xMnxn(Po4)3(x-0～O.1)、Li3Fel.ω5Mn0.05(PO4)3和Li2.95Fe1.ωMnoN.05(PO4)3正极材料.采用行星式球磨方法,均匀混合正极材料和导电乙炔黑以提高活性材料的电子导电率和降低颗粒尺寸.Mn掺杂的Li3Fe2(PO4)3样品的恒电流充放电测试和伏安循环测试(2～4V)发现,所有样品中Fe3+/Fe2+氧化还原电对均有两个稳定的充放电平台(2.8、2.7V)、Li3+,Fe2-xMnxII(PO4)3和Li3Fe1.95Mn0.05(PO4)3中Mn3+/Mn2+电对的充放平台位于3.5V左右.不同价态Mn的掺杂均可明显提高正极材料的电化学性能,其中Mn掺杂样品的电化学性能最好,其中Li3.05Fel.95MnⅡ0.05(PO4)3/C的C/20和C/2恒流放电比容量分别可达11O和66mAh/g.     

PEO-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态聚合物电解质的制备与特性

将实验室制备的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3与PEO根据不同EO/Li摩尔比,通过溶液浇铸法技术制备了锂离子导电的PEO-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态聚合物电解质(SPE)膜,真空干燥后经X射线衍射分析、红外(IR)测试、示差扫描量热分析(DSC)分析和电化学阻抗测试(EI)研究了其结构与电导率性能之间的关系.证实了在固态聚合物电解质PEO-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3体系中存在络合体,并且当EO/Li=16时,这种聚合物电解质活化能最低值为0.475 eV,电导率值最佳,即25℃为2.631×10-7S/cm,100℃为1.185×10-4S/cm.     

铁、镁共掺杂LiMnPO_4的电化学性能研究

采用球磨-固相法,对Mn位进行Fe、Mg共掺杂,合成锂离子电池正极材料Li Mn0.7Fe0.3-xMgxPO4/C(x=0.00,0.02,0.04,0.06)。利用X射线衍射、扫描电镜对其结构和形貌进行表征;利用电池充放电测试系统和电化学工作站对其进行电化学性能测试。结果表明,Li Mn0.7Fe0.3-xMgxPO4/C呈现单相橄榄石结构;所得材料粒径分布均匀,在100 nm左右。经Fe、Mg共掺杂后材料综合电化学性能明显提高,其中Li Mn0.7Fe0.26Mg0.04PO4/C材料的性能最佳,在0.1,0.2,0.5,1和2 C倍率下的放电比容量分别为159.7,154.3,148.2,143.9和134.7 m Ah/g,1 C倍率下电池循环50次后的容量保持率为94.5%,倍率性能优异。     

锂离子电池正极材料Li_2Fe_(0.5)Mn_(0.5)SiO_4/C的制备及电化学性能

采用液相法合成了锂离子电池Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C正极材料,考察了热处理温度对Li2Fe0.5Mn0.5-SiO4/C电化学性能的影响,运用XRD、SEM、充放电测试方法和循环伏安法表征了Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C的结构和电化学性能。结果表明,合成的Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C晶胞为斜方晶胞结构,属于Pmn21空间群。其中700℃焙烧7h制备的Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C材料具有较好的电化学性能,首次可逆容量为206.2mAh/g,库仑效率为94.9%,循环20次后的可逆容量为145.7mAh/g,Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C中Fe2+/Fe3+和Mn2+/Mn4+电对的氧化峰电位比较接近,均为4.5V(vs Li/Li+),3个还原峰峰电位分别为3.5V、2.9V和2.1V。     

锂空气电池介孔La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3催化剂的合成与表征

通过溶胶-凝胶法结合模板浸渍法,分别制备了La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_3纳米粉末(LSCF)和具有介孔结构的La0.6Sr0.4-Co0.8Fe0.2O3(M-LSCF)粉末,采用比表面积测试及孔径分析仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对材料的比表面积、组成和形貌进行了表征,并将其应用在锂空气电池中,测试比较了M-LSCF、LSCF和Super P的电化学性能。测试结果表明实验成功制备了M-LSCF材料,M-LSCF材料的比表面积为142.15 m2/g,远高于LSCF的比表面积(20.17 m2/g)。基于M-LSCF材料的锂空气电池首次放电容量为5 753.33 m Ah/g,可稳定循环31次。     

锂离子电池LiFePO4/C复合正极材料掺杂金属离子的制备及改性研究

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵、碳酸镁、碳酸锰为原料,葡萄糖为碳源,采用两步球磨高温固相法合成了锂离子电池正极LiMgxFe1-xPO4/C、LiMnxFe1-xPO4/C、LiFe1-x-yMnxMgyPO4/C复合材料。讨论了镁、锰金属离子对LiFePO4/C结构和性能的影响。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等方法研究了镁、锰金属离子掺杂对LiFePO4/C晶体结构和表面形貌的影响;利用电化学方法研究了镁、锰掺杂对LiFePO4/C充放电性能和循环稳定性的影响。结果表明,镁、锰金属离子掺杂合成的LiFePO4/C具有单一的橄榄石结构,颗粒尺寸均匀,具有良好的电化学性能和循环稳定性。掺杂的LiMg0.1Fe0.9PO4/C、LiMn0.1Fe0.9PO4/C、LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C在0.1C下首次放电比容量分别为128.4mAh/g、110.8mAh/g、131.8mAh/g。     

铝掺杂的富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2的合成及电化学性能研究

用共沉淀法合成了用铝掺杂的铁部分取代锰的富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2。采用XRD、SEM、电化学测试等方法对样品进行表征。结果表明,与Li[Li0.2Mn0.45Fe0.35]O2相比,Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2具有较好的电化学性能,其初始容量达到241mAh/g左右,经50次充放电循环后,容量衰减率在7%左右。     

交联网状结构聚硅氧烷类固体电解质的制备及电化学性能研究

采用硅氢加成交联的方法制备了具有网络结构的聚硅氧烷固体电解质,采用热重分析、交流阻抗、线性扫描伏安法对电解质进行表征,考察了锂盐含量以及温度对电解质离子电导率的影响。结果表明:电解质在常温下电导率最大可以达到1.74×10~(-4)S/cm,热稳定性在220℃达到最佳,电化学窗口可达到5V(vs.Li/Li~+);电解质与锂电极的稳定性较好。将聚合物电解质组装成LiFePO_4/SPE/Li锂离子电池,电池在0.07C倍率下,充放电比容量达到160mAh/g,充放电平台在3.45V左右;在0.15C倍率下,电池循环26圈后,电池充放电比容量保持在134mAh/g,库伦效率保持在98%以上。     

金属镁掺杂的LiMnPO4/C的电化学性能研究

采用固相湿磨并热处理,以酚醛树脂为碳源,合成了锂离子电池正极材料LiMn1-xMgxPO4/C(x=0,0.01、0.04、0.05和0.1)。制备的样品具有相似的形貌,掺杂的镁离子半径较小导致了晶格收缩,从而使颗粒细小且分布均匀。充放电测试和交流阻抗表明,由于镁离子掺杂加快了电化学动力学反应过程,而明显提高了材料的电化学性能。600℃煅烧得到的LiMn0.96Mg0.04 PO4/C材料在0.05C倍率下具有144mAh/g的放电容量;高放电倍率下,以恒流-恒压-恒流模式进行充放电测试,LiMn0.96Mg0.04PO4/C复合正极材料显示出良好的循环性能及倍率性能。     

Li4Ti4.95Al0.05O12/C复合负极材料的制备及电性能研究

Li4Ti5O12是具有良好应用前景的锂离子电池负极材料之一.本研究以聚丙烯酰胺(PAM)为模板剂和碳源,采用改进的固相合成法制备锂离子电池负极材料Li4Ti4.95Al0.05O12和Li4Ti4.95Al0.05O12/C.利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜等测试手段表征材料的物相结构和形貌.结果表明:Al掺杂未改变Li4Ti5O12的尖晶石结构,合成过程中PAM模板剂的引入能够有效调控材料微观形貌并降低颗粒团聚程度.采用恒流充放电和交流阻抗测试材料的电化学性能,Li4Ti4.95Al0.05O12/C复合材料的比容量和循环性能得到明显改善,0.2C倍率下首次充放电比容量分别达到159.2和160.8 mAh/g,5C倍率时仍有较好的循环性能.     

锂快离子导体Li3-2x(Al1-xTix)2(PO4)3的合成与表征

NASICON型正磷酸盐LiM2(PO4)3(M=Ti,Ge,Zr,Hf)是近来研究得比较深入的锂快离子导体.LiTi2(PO4)3难于烧结得到致密的LiT2(PO4)3陶瓷,且离子电导率很低,在298K时为8.260×10-8 S/cm,613K时为8.241×10-5 S/cm,而当以三价的Al3 离子经传统的固相烧结反应部分取代LiTi2(PO4)3中四价的Ti4 离子后,通过DSC、DTG、电化学阻抗与SEM测试表明,不仅能获得致密度高稳定的产物,而且烧结后得到的锂快离子导体Li3-x(Al1-xTix)2(PO4)3(X=1.0～0.55)体系在室温下的电导率有了巨大的提高.当X=0.85时,组分Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3离子电导率最大,298K时为1.792×10-6S/cm和613K时为9.210×10-4S/cm.     

石墨烯/锂金属复合材料的制备和电化学性能

对于高能量密度锂金属电池体系,安全、稳定的锂负极材料是关键。采用微波还原、热还原和机械剥离方法制备了3种具有不同形貌结构的石墨烯,并通过压制和叠层工艺,制备出石墨烯/锂金属复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和N₂吸脱附曲线分析了不同石墨烯材料的形貌、组成、结构以及石墨烯/锂金属复合材料的形貌。同时采用Li||Li对称电池和LiFeO₄全电池,评价了石墨烯/锂金属复合材料作为负极的电化学性能。结果表明,石墨烯/锂金属复合材料具有层状结构,在微波还原石墨烯(MRGO)、热还原石墨烯(RGO)和机械剥离石墨烯(EG)中,MRGO最适用于改性金属锂,叠层3次得到的4MRGO/3Li复合材料具有最优的电化学性能。基于4MRGO/3Li的Li||Li对称电池在9.9 mV左右的极化电压下稳定循环1200圈,相对于纯锂金属,极化电压降低10.6 mV,安全性和稳定性大大提升。以4MRGO/3Li复合材料为负极的LiFeO₄全电池稳定循环800圈后,放电容量保持为156 mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiMnyFe1-yPO4的制备及性能研究

采用高速球磨与高温固相反应相结合的方法合成了LiMnyEe1-yPO4（0．1≤y≤1．0）锂离子电池正极材料，并对其晶体结构、表观形貌和电化学性能进行了研究．结果表明，所合成的LiMnyEe1-yPO4为单一橄榄石型结构，粒径分布较均匀．当以小电流密度（0．1C）充放电时，LiMn0．1Fe0．9PO4具有最高的放电比容量，为145mAh／g；LiMn0．6Fe0．4PO4质量比能量最高，达568Wh／kg．LiMnyEe1-yPO4的倍率放电性能随着y的增加而降低，这主要是材料在4．0V平台的容量损失造成的；LiMn0．1Fe0.9PO4具有最佳的倍率性能：以0．5、1．5C倍率进行放电，放电容量分别达到130、109mAh／g．     

碳热还原法制备LiVPO4F及其电化学性能

以LiF、V2O5和NH4H2PO4为原料,C为还原剂,采用碳热还原法两步合成了锂离子电池正极材料LiVPO4F.考察了不同合成温度、时间对产物晶形结构、形貌和电化学性能的影响.结果表明,当合成温度、时间分别为750℃、30min时,所合成的LiVPO4F样品属于三斜晶系,且颗粒分布比较均匀.该材料以0.2C充放电,首次放电容量为119mAh/g,放电平台在4.2V左右(vs.Li/Li ),循环30次后其比容量达89mAh/g.     

新型固体电解质Li_(8.5)Ga_(0.5)GeP_2S_(12)

制备了一种新型固体电解质Li8.5Ga0.5GeP2S12。用XRD、SEM、恒电流间歇滴定技术(GITT)和恒电流恒电压测试对其物相、形貌、离子导电性、锂离子的扩散系数和电池的充放电特性等进行了分析。Li8.5Ga0.5GeP2S12属于三斜晶系,P1空间群;固态电解质锂离子电池在3.30V、4.01V、4.18V时锂离子扩散系数(14.4×10-10 cm2·s-1、1.47×10-10 cm2·s-1、0.58×10-10 cm2·s-1)和液态电解液组成的锂离子电池的离子扩散系数(17.4×10-10cm2·s-1、2.02×10-10 cm2·s-1、0.75×10-10 cm2·s-1)基本处于一个数量级;固态电解质Li8.5Ga0.5GeP2S12在低倍率下放电容量比液态电解质稍低,而在高倍率下放电容量比液态电解质要高;固态电解质Li8.5Ga0.5GeP2S12有很优异的耐高温安全性,在130℃、2h热箱实验中电池没发生明显体积变化,而相同条件下的液态电解质锂离子电池已发生严重涨气。     

掺杂型固态电解质Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x(PO4)3的制备及其在锂硫电池中的应用

以LiNO_3、Al(NO_3)_3、ZrO(NO_3)_2、NH_4H_2PO_4、Ti(OC_4H_9)_4为原料,采用修饰的溶胶凝胶法制备出NASICON型固态电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3(LAZTP),通过烧结得到固态电解质片。研究了Zr~(4+)掺杂取代Ti~(4+)对固态电解质性能的影响。分别采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、电化学阻抗谱(EIS)表征了固态电解质的结构和电化学性能。结果表明,固体电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3在掺Zr量为x=0.1时具有最高的纯度、好的致密度(98%)和高的离子电导率(体电导率和总电导率分别为2.8×10~(-3)S/cm、1.4×10~(-3)S/cm)。将该样品用作锂硫电池的电解质并采用恒流充放电法测试电池的电化学性能,电池在50mA/g的电流密度下首次可逆容量为1187mAh/g,循环40次后可逆容量仍达990mAh/g,显示出比液态锂硫电池更好的充放电性能和循环稳定性。