Co掺杂改性尖晶石型Li_(1.035)Mn_(1.965)O_4的合成及其电化学性能（英文）

采用湿化学–后续热处理技术,合成了掺钴尖晶石锰酸锂材料。X射线衍射(XRD)分析结果表明,钴的掺入没有改变材料的Fd3m结构。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,所合成的材料颗粒均匀,形貌规整,粒径分布较窄。透射电子显微镜(TEM)结果表明,Li1.035Co0.035Mn1.930O4具有完好的结晶态。充放电测试结果表明,在室温下钴掺杂能够提高材料的电性能。当产物为Li1.035Co0.035Mn1.930O4时,其电性能达到最优:以0.5C充放电,首次放电容量为113 mAh/g,经过100次循环后容量保持率为93.8%,经过4C放电后仍然能够保持0.5C放电容量的76.1%;而未掺钴的Li1.035Mn1.965O4经过4C放电容量仅保持0.5C放电容量的64.8%。电化学阻抗测试结果表明,钴离子的掺杂能够提高锰酸锂材料的锂离子扩散速率。     

非化学计量比调控高电压尖晶石正极材料电化学性能研究

用一种简单的方法制备了高性能的高电压尖晶石正极材料, 主要是调控正极材料中锂与过渡金属的摩尔比, 即通过Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂与Li₂CO₃进行高温固相反应制备了非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄和化学计量比的LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石型高电压正极材料。用扫描电子显微镜、X射线衍射、中子衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱以及循环伏安曲线对其形貌、晶体结构及元素价态和电化学性能进行了表征。研究发现, 非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄中由于金属离子随机分布于16 d位置, 所以Ni/Mn阳离子无序化程度更高。非化学计量比的高电压正极材料具有更为优异的倍率性能, 并且在400次循环后比容量保持率高达91.2%。同时, 原位X射线衍射测试结果表明, 在充放电过程中非化学计量比的高电压正极材料发生连续单一的相转变, 可以提高晶体结构的稳定性。因此, 非计量比的尖晶石Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料在高能量密度的锂离子电池中具有更广阔的应用前景。     

Li-Ni共掺尖晶石型LiMn2O4单晶多面体材料的制备及电化学性能

采用无焰燃烧法在500℃反应3 h,然后分别在600、650、700和750℃二次焙烧6 h制备了尖晶石型Li_1.02Ni_0.05Mn_1.93O₄正极材料。结果表明,不同焙烧温度制备的Li-Ni共掺材料没有改变LiMn₂O₄的立方尖晶石结构,且随着焙烧温度的升高,颗粒尺寸变大,结晶性提高。二次焙烧温度为700℃的Li_1.02Ni_0.05Mn_1.93O₄单晶多面体晶粒正极材料具有{111}、{110}和{100}面,且电化学性能较优,在1 C倍率下初始放电比容量为108.2 mA·h·g?1,循环500次后的容量保持率为76.8%;在5 C下首次放电比容量可达到99.0 mA·h·g?1,1000次循环后,仍能维持72.1%的容量保持率;在10 C下仍显示出71.3 mA·h·g?1的首次放电比容量及经500次循环后86.4%的容量保持率。并且其具有较大的Li+扩散系数和较小的表观活化能。Li-Ni共掺LiMn₂O₄单晶多面体材料能够有效抑制Jahn-Teller效应,减小Mn的溶解及增加Li+扩散通道,使材料的晶体结构稳定,提高倍率性能和循环性能。      

高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的锂离子导体Li3PO4的包覆改性及电化学性能研究

采用典型的溶胶-凝胶法,在高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极颗粒表面包覆不同含量的Li₃PO₄锂离子导体。利用X射线衍射仪,扫描电镜对Li₃PO₄包覆前后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品的晶体结构和微观形貌进行分析。结果表明,合成材料的层状结构明显,阳离子混排度低,并且Li₃PO₄成功包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂颗粒表面。另外,对4个样品进行了首次充放电,倍率放电和循环性能比较,结果表明经过Li₃PO₄包覆后的正极材料的综合电化学性能明显比未包覆样品优越。首次库伦效率从未包覆样品的84.2%提高到2%(质量分数)Li₃PO₄包覆样品的89.2%。而且在5C高倍率,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的放电比容量是129.7 mAh/g,远远高于未包覆样品的92.6 mAh/g。同时,在常温和高温环境下循环100次后,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的容量保持率比未包覆样品分别高出7.1%和9.9%。     

水热法制备锂离子二次电池用球形Li4Ti5O12负极材料及其电化学性能

以LiOH溶液和不同粒径的自制球形TiO₂为反应物, 通过水热法快速地合成了尖晶石型结构的球形Li₄Ti₅O₁₂, 并考察了材料合成的水热反应机理和电化学性能。TiO₂在100℃、5 mol/L LiOH溶液中经水热反应20 h得到前驱体, 再经800℃热处理2 h便可得到粒径大小不同(0.5~1.5 µm)且分布均匀的球形尖晶石Li₄Ti₅O₁₂材料。LiOH在水热反应条件下扩散到球形TiO₂内部, 得到在分子水平混合均匀的Li-Ti-O中间体, 利于高温下生成纯相的尖晶石Li₄Ti₅O₁₂。所得粒径大小不同的Li₄Ti₅O₁₂材料均表现出稳定的电化学循环充放电性能, 其中, 粒径为0.5 µm 的Li₄Ti₅O₁₂材料的电化学性能最好: 室温下, 以0.2 C的倍率进行充放电, 其可逆容量达到158 mAh/g, 70周后容量保持率高于99%; 同时还表现出优异的高温循环稳定性, 55℃下以0.2 C的倍率进行充放电, 50次循环后其可逆放电比容量仍能达到125 mAh/g。     

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%。     

锂离子电池负极材料钼掺杂钛酸锂的制备及电化学表征

采用固相合成法制备了钽掺杂材料Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂. 通过XRD和SEM来表征Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂的结构和形貌. 结果表明: 钼掺杂并没有改变本体材料的结构和形貌, 而且显著提高了材料的循环性能和倍率性能. Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂在10C和30C倍率的放电容量分别为117.03和94.24mAh/g.Mo掺杂取代了Li₄Ti₅O₁₂中的Ti位置, 产生了Ti⁴⁺/Ti³⁺混合价态, 从而提高了钛酸锂的电导率. 所以Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂是一种高倍率性能优异的锂离子电池负极材料.     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

锂离子电池作为一种动力能源, 在电动汽车和各种储能系统中有着良好的应用前景。尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料具有较高的脱嵌锂电位平台、优异的循环稳定性、以及突出的安全性能, 被认为是一种非常有潜力的锂离子电池负极材料, 在锂离子动力电池中具有巨大的发展潜力。然而, 尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂存在着本征导电率低, 理论容量小等缺陷, 极大地限制了其规模化应用, 需要进一步改善和提高。本文总结了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂材料在结构形貌、制备方法和性能方面的研究进展, 深入分析和讨论了离子掺杂、碳表面改性和纳米化等改性方法对尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂综合电化学性能的改善效果, 并展望了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料未来的发展方向。     

喷雾干燥法制备富锂正极材料及其电化学性能

用喷雾干燥法制备Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂正极材料并表征其结构、形貌以及电化学性能,研究了烧结温度对材料电化学性能的影响。结果表明：这种正极材料具有良好的层状结构,一次颗粒粒径为100 nm左右且分布均匀,样品的首次放电比容量为220.2 mAh/g,库伦效率为72.5%,18个循环后容量保持率为96.8%。电化学阻抗和循环伏安特性的测试结果表明,这种正极材料具有良好的电化学性能。     

Al2O3包覆Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法制备了Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂锰基正极材料,用均匀沉淀法对其进行不同比例Al₂O₃的表面包覆改性,并对其进行XRD、TEM表征和电化学性能分析。结果表明,包覆后的材料保持了原来的层状结构,Al₂O₃均匀地包覆在材料颗粒表面形成纳米级包覆层。在0.1C、2.0~4.8 V条件下Al₂O₃包覆量(质量分数)为0.7%的正极材料首次放电容量为251.3 mAh/g,首次库仑效率达到76.1%,100次循环后容量保持率达92.9%。包覆Al₂O₃抑制了循环过程中的电压衰减,适量的Al₂O₃包覆使正极材料的电化学性能提高。     

富锂正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的FePO4包覆研究

采用碳酸盐共沉淀结合高温固相焙烧法制备了富锂正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂, 并用不同量的FePO₄对其进行表面包覆改性。SEM分析结果显示, FePO₄可以均匀地包覆在富锂材料的颗粒表面, XRD显示包覆后的材料很好地保持了原有的层状结构, 且FePO₄呈非晶态。电化学测试表明改变FePO₄包覆量可以调节该材料特定的电性能指标: FePO₄包覆量为2wt% 的材料具有最大的首次充放电容量, 在0.05C下分别为325.9和258.4 mAh/g; FePO₄包覆量为4wt%的材料兼具较高的放电容量和循环稳定性; 材料的首次充放电效率随着FePO₄含量的增加而逐渐升高, FePO₄包覆量为20wt%时, 首次充放电效率达到97.4%。     

锂离子筛前驱体Li4Mn5O12的制备及性能研究

吸附法是目前从低锂浓度的盐湖卤水中提取锂的最有前途的方法。采用EDTA-柠檬酸络合法制备了Li₄Mn₅O₁₂前驱体, 经酸浸脱锂后得到对Li⁺具有特殊选择性的锰氧化物锂离子筛。通过热重、XRD、SEM、FT-IR、化学组成、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对样品的晶相结构和Li⁺选择性吸附性能进行了研究。结果表明: 煅烧时间对Li₄Mn₅O₁₂前驱体生成有较大影响, 由400℃煅烧24 h所得的前驱体几乎为纯相的Li₄Mn₅O₁₂化合物, 经酸浸脱锂后的离子筛仍保持着与前驱体相同的尖晶石结构; 前驱体Li₄Mn₅O₁₂和离子筛MnO₂均为 200 nm左右的球状颗粒; 离子筛的最大吸附容量为43.1 mg/g, 并具有较好的Li⁺选择性。     

聚丙烯酰胺凝胶法制备Bi2Mn4O10及其电化学性能

Bi₂Mn₄O₁₀具有高的理论比容量, 被认为是一种理想的锂离子电池负极材料。本研究以硝酸铋和乙酸锰为原料, 采用聚丙烯酰胺凝胶法制备Bi₂Mn₄O₁₀负极材料, 考察了制备条件对Bi₂Mn₄O₁₀负极材料的物相、形貌及电化学性能的影响。结果表明: 在丙烯酰胺含量与总金属离子摩尔比为8 : 1, 葡萄糖浓度为1.11 mol/L, 热处理温度为873 K的条件下, 可得类球型、分散性良好的纯相Bi₂Mn₄O₁₀粉末。作为负极材料, Bi₂Mn₄O₁₀粉末在0.2C (1C=800 mA/g)倍率下循环50圈后可保持496.8 mAh/g的比容量, 容量保持率为76.9%; 3C倍率下放电容量为232 mAh/g。     

Electrospinning synthesis of novel lithium-rich 0.4Li2MnO3·0.6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 nanotube and its electrochemical performance as cathode of lithium-ion battery

In this study, a lithium-rich layered 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ nanotube cathode synthesized by novel electrospinning is reported, and the effects of temperature on the electrochemical performance and morphologies are investigated. The crystal structure is characterized by X-ray diffraction patterns, and refined by two sets of diffraction data (R-3m and C2/m). Refined crystal structure is 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ composite. The inductively coupled plasma optical emission spectrometer and thermogravimetric and differential scanning calorimetry analysis measurement supply reference to optimize the calcination temperature and heat-treatment time. The morphology is characterized by scanning and highresolution transmission electron microscope techniques, and the micro-nanostructured hollow tubes of Li-rich 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ composite with outer diameter of 200-400 nm and the wall thickness of 50-80 nm are synthesized successfully. The electrochemical evaluation shows that 0.4Li₂MnO₃·0.6LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ sintered at 800 ℃ for 8 h delivers the highest capacity of the first discharge capacity of 267.7 mAh/g between 2.5 V and 4.8 V at 0.1C and remains 183.3 mAh/g after 50 cycles. The electrospinning method with heat-treatment to get micro-nanostructured lithium-rich cathode shows promising application in lithium-ion batteries with stable electrochemical performance and higher C-rate performance for its shorter Li ions transfer channels and stable designed structure.     

TiO2(B)表面修饰富锂层状氧化物Li(Li0.17Ni0.2Mn0.58Co0.05)O2正极材料

采用喷雾干燥法和沉淀法, 制备了表面修饰TiO₂(B) (2wt%、4wt%、6wt%和8wt%)的富锂层状氧化物Li(Li_0.17Ni_0.2Mn_0.58Co_0.05)O₂正极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结构测试分析结果表明, 修饰TiO₂(B)后样品的体相结构仍然保持初始样品的层状结构, 仅氧化物颗粒表面附着有少量TiO₂(B)纳米晶。示差扫描量热测试(DSC)表明, 与初始样品比较, 修饰TiO₂(B)后样品的热稳定性得到明显改善。在2.0~4.8 V范围内进行恒流电化学性能测试。研究显示, 在0.1C(1C=300 mA/g)倍率下, 修饰4wt%TiO₂(B)样品的首次放电比容量可达296.4 mAh/g, 首次库伦效率则由初始样品的77.7%提升到修饰TiO₂(B)后样品的84.3%, 100周循环后电极容量保持率由初始样品的69.5%提升到修饰TiO₂(B)后样品的80.2%。即使在阶梯倍率的2C倍率下, 修饰4wt%TiO₂(B)的样品仍具有较高的电化学容量(166.5 mAh/g)。以上研究结果表明, 表面修饰TiO₂(B)纳米晶可以显著改善富锂层状氧化物Li(Li_0.17Ni_0.2Mn_0.58Co_0.05)O₂的热稳定性和电化学性能。     

高温热处理对水热离子交换法制备钛酸锂纳米棒的结构和性能影响

采用水热离子交换法制备钛酸锂纳米棒, 用热重法(TG)分析钛酸锂在热处理过程中的重量损失, 用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)测试水热反应温度(150和180℃)和高温热处理(600、750和900℃)对钛酸锂结构的影响, 用恒流充放电法和循环伏安法对钛酸锂进行电化学性能评价. 结果表明, P25与NaOH在180℃水热反应并经过H⁺与Li⁺交换, 热处理后可以得到纳米棒状钛酸锂, 热处理温度为750℃时, 初始放电比容量为164 mAh/g, 在电压为1.5V左右有明显的充放电电压平台, 50次充放电循环后比容量保持率达98.33%, 表现出良好的电化学性能.     

喷雾干燥法制备Li1+2xMn0.3+xNi0.3-3xCr0.4O2的结构与电化学性能

使用喷雾干燥法制备了Li_1+2xMn_0.3+xNi_0.3-3xCr_0.4O₂ (x=1/60、1/30、1/20、1/15、1/12)系列样品, 并借助XRD, SEM, ICP, XPS, IR和Raman等手段对所制备系列样品的结构、价态及电化学性能进行了表征。研究表明, Li_1+2xMn_0.3+xNi_0.3-3xCr_0.4O₂ 系列样品均具有典型的富锂层状固溶体型的晶体结构特征, 且在其XRD图谱中未观测到任何杂相的存在。然而, XPS的数据表明Cr³⁺与Cr⁶⁺共存于各个样品中, 且由于Cr⁶⁺的存在使得样品表现出强烈的吸湿性。Cr⁶⁺可通过水洗处理去除。对于它们的电化学特征而言, 未经水洗处理的样品由于具有强烈的吸湿性, 其电化学性能很差。水洗处理后的系列样品表现出典型的三元富锂层状固溶体的电化学行为, 其首次放电比容量随着样品中Li和Mn含量的增加而增大。样品Li_1.17Mn_0.38Ni_0.05Cr_0.4O₂的首次放电比容量为203 mA h/g, 50次循环后容量保持率为71%。