尖晶石型LiMn2O4的凝胶燃烧法制备

以硝酸锂、硝酸锰和柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备成前驱体,将该前驱体在空气环境下燃烧得到的粉料在600～900℃焙烧一定时间得到尖晶石型晶体结构的LiMn2O4(空间群为Fd3m)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热分析(TG/DTA)对前驱体及合成的样品进行了测试分析和表征。研究了焙烧温度、时间以及锂锰摩尔比(n(Li)/n(Mn))R等对合成样品的相组成、晶体结构和微观形貌等的影响。合成高纯尖晶石型LiMn2O4的优化条件为焙烧温度800℃,焙烧时间10h,R=1.1/2。     

水热法制备尖晶石LiMn2O4正极材料的研究进展

介绍了近年来国内外有关水热法合成锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4的研究工作,从锰源的选取对尖晶石锂锰氧化物的水热制备方法中存在的优缺点进行了比较和评述。对今后LiMn2O4水热合成研究以及发展方向等方面做了阐述。     

焙烧温度对醋酸盐体系液相燃烧合成尖晶石型LiMn2O4的影响

以醋酸锂、醋酸锰为原料，尿素为燃料，用液相燃烧合成方法制备尖晶石型LiMn2O4物质，考察了焙烧温度（300-800℃焙烧5h）对产物的组成结构、晶粒大小及电化学性能的影响。实验结果表明，未焙烧产物中主晶相为LiMn2O4及少量Mn2O3，但在300-800℃焙烧5h后都可得到单相的LiMn2O4粉体材料，焙烧温度为900℃时，LiMn2O4部分分解为Mn3O4；产物颗粒随焙烧温度升高而长大，≤600℃时，产物颗粒〈100nm，≥700℃时产物颗粒〉100nm，可观察到LiMn2O4的特征八面体结构；在焙烧温度800℃以下，产物的电化学性能随焙烧温度的升高而增加。当电流密度为C/3时，焙烧温度为800℃的首次放电容量为105mAh／g，但循环性能较差，30次循环后仅剩83％。     

尖晶石型LiMn2O4酸洗提锂机理研究

以高温固相法合成的尖晶石型LiMn2O4前驱体为研究对象,通过对离子筛和离子筛吸附产物的化学分析、X射线衍射图谱分析、热重分析、红外分析和滤液中锂交换量与锰损失量分析,提出并验证了离子筛和吸附产物化学组成式可由LixMn2O4(0≤x≤1)表达,其结构依然保持尖晶石结构,阐明了以盐酸为洗脱剂离子筛提锂过程的氧化还原反应机理,给出了完善的洗脱过程与吸附过程反应式。实验结果表明,洗脱和吸附过程不彻底是导致离子筛吸附量与饱和吸附量相差较大的原因,离子筛中Mn3+歧化是离子筛发生溶损的主因;提出了关于尖晶石型离子筛提锂深入研究关键问题的建议。     

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。      

柠檬酸络合无焰燃烧法制备尖晶石型LiMn2O4

采用柠檬酸络合无焰燃烧法制备锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4，颗粒大小只有10－100nm，晶型完整，电化学性能与国内外商品化的同种材料相当。直流电阻实验显示该材料在低于室温处存在一个相变。采用柠檬酸络合无焰燃烧法可以简化柠檬酸络合反应法的制备工艺，降低其成本。     

Al-F复合改性LiMn2O4的结构和性能

通过固态反应制备了尖晶石型锂锰氧化物LiAl0.2Mn1.8O4-xFx锂离子电池正极材料,采用XRD、EDS等测试对其进行了表征,并测试了样品的电化学性能.结果表明,合成的LiAl0.2Mn1.8O4-xFx(0≤x≤0.3)样品为单一的尖晶石结构;随着F-含量的增加,晶胞参数增大;一定量的Al3 和F-复合改性提高了材料的比容量,增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的高温循环性能.     

锂离子电池正极材料LiAlxMn2-xO4的合成及性能

本文采用相转移法合成掺杂有Al的LiAlxMR2-xO4粉体正极材料，分析合成条件（反应时间、烧结温度、烧结时间、掺杂比等）对电极电化学性能的影响，确定优化合成方案。并且对样品粉体进行结构形态表征。然后在优化条件下合成材料粉体并组装成锂离子电池，测试其充放电性能、循环伏安特性。     

熔盐燃烧法制备Ni-Cr共掺LiMn2O4正极材料及电化学性能研究

采用熔盐燃烧法和不同焙烧温度处理制备了一系列尖晶石型LiNi_0.05Cr_0.05Mn_1.90O₄(LNCMO)正极材料,研究了焙烧温度对LNCMO的结构、微观结构形貌、电化学性能和动力学性能等的影响。结果表明,所制备样品都归属于LiMn₂O₄立方晶系Fd3m空间群,随焙烧温度升高,样品颗粒逐渐增大,其中550℃制备的为纳米级颗粒,其余为亚微米级。其中600℃焙烧温度制备的LNCMO样品展现出最佳的电化学性能,在5C倍率下,其首次放电比容量为109.1mAh/g, 500次循环容量保持率为75.7%。电流密度增大到15C和30C时,经800次循环后该样品仍有64.4%和60.6%的容量保持率,并且其具有最大的Li⁺扩散系数(6.31×10^-16cm²/s)和最小的电荷转移电阻(89.0Ω)。Ni-Cr共掺有效抑制了Jahn-Teller效应,适宜的二次焙烧温度有利于稳定材料的晶体结构,从而提高...     

尖晶石LiMn2O4表面包覆MgO及其性能

Mn^2 在电解液中的溶解是引起LiMn2O4正极材料性能恶化的重要原因。用沉淀法在LiMn2O4表面包覆一层Mg(OH）2,再进行热地理,制备由表面包覆MgO的LiMn2O4。用X光电子能谱、扫播电镜和X射线衍射对包覆前后的LiMn2O4的结构进行了表征。充放电测试结果表明．经表面修饰处理后LiMn2O4的循环及高温性能明显改善。研究结果表明表面修饰北理可以抑制正极材料和电解液之间的相互作用．是改善锂离子二次电池正极材料性能的有效途径。     

碳纳米管改性锰酸锂电化学性能的研究

以多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)为主要添加相,协同超导乙炔炭黑(SP),对锰酸锂进行电化学改性。对MWCNTs进行预处理,采用扫描电子显微镜观察MWCNTs的微观形貌。掺杂不同质量比的导电剂,制成电池并以恒流充放电方法测试其电化学性能。结果表明,碳包覆后电池的初始充放电比容量都有所下降,掺入1%(质量分数,下同)MWCNTs后的LiMn2O4的首次充放电效率为96.51%,不可逆容量最小,初始放电比容量为116.42mAh/g,经20次循环后容量保持率仍达96.2%,使用复合碳源掺杂时,当m(MWCNTs)∶m(SP)=1∶2时,首次充放电效率达96.67%,不可逆容量最小,初始放电比容量为119.37 mAh/g,且掺杂2%MWCNTs的效果要略好于掺入2%SP。     

Syntheses of Mn3O4 and LiMn2O4 nanoparticles by a simple sonochemical method

Mn₃O₄ and LiMn₂O₄ nanoparticles were prepared by a simple sonochemical method which is environmentally benign. First, Mn₃O₄ nanoparticles were prepared by reacting MnCl₂ and NaOH in water at room temperature through a sonochemical method, operated at 20 kHz and 220 W for 20 min. Second, LiOH was coated onto the resulting Mn₃O₄ under the same sonochemical conditions as above. The thickness of coated LiOH on Mn₃O₄ obtained from the reaction ratio of 3:1 between LiOH and Mn₃O₄ was about 4.5–5.5 nm range. Then, by heating those LiOH-coated Mn₃O₄ particles at the relatively low temperature of 300–500 °C for 1 h, they were transformed into phase-pure LiMn₂O₄ nanoparticles of about 50 to 70 nm size in diameter.     

Synthesis and electrochemical properties of nanostructured LiMn2O4 for lithium-ion batteries

Spinel LiMn₂O₄ crystal with the grain sizes of about 15 nm is firstly synthesized by hydrothermal route at 180 °C using MnO₂ as a precursor. The LiMn₂O₄ powders synthesized by hydrothermal technique and sol-gel reaction were investigated by X-ray diffraction (XRD) and Transmission electron microscopy (TEM). The LiMn₂O₄ samples were used as cathode materials for lithium-ion battery, whose electrochemical properties were investigated. The results show that the sample obtained by hydrothermal route has higher capacity than that prepared by sol-gel method.     

Spray-drying technology for the synthesis of nanosized LiMn2O4 cathode material

Spinel LiMn₂O₄ cathode material has been synthesized by a spray-drying method for lithium ion batteries. During the entire process, the as-prepared powders were characterized using TGA/DTA, XRD, FTIR, SEM and TEM. The results showed that this method not only reduces the sintering time to 5 h at 750 °C, but also decreases the average particle size of LiMn₂O₄ powders to the order of nanometers. The electrochemical performance of nanosized LiMn₂O₄ was investigated by the galvanostatic charge-discharge tests. The data indicate that the nanosized LiMn₂O₄ has a specific capacity of about 130 mA h g^− 1 (1/5 C), and at higher rate (1 C), still has good cycling stability.     

二次水热法制备鸟巢状TiO2/Co3O4纳米结构及其锂电性能

以TiO_2粉末和NaOH为原料,在机械外力场作用下,采用水热法制备TiO_2纳米线。随后将得到的TiO_2纳米线与六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)和尿素(Urea)共同水热反应制备TiO_2/Co_3O_4纳米结构材料。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪和电化学工作站等,对材料的相组成、微观形貌、锂电性能和阻抗性能进行测试。结果表明,TiO_2/Co_3O_4纳米复合材料为鸟巢状结构,其在33.5mA/g电流密度下恒电流充放电的首次放电容量为777mAh/g,充电容量为759mAh/g,100次循环后的可逆容量仍保持在663mAh/g,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

Enhanced electrochemical properties of nano-Li3PO4 coated on the LiMn2O4 cathode material for lithium ion battery at 55 °C

The electrochemical performance of LiMn₂O₄ is improved by the surface coating of nano-Li₃PO₄ via ball milling and high-temperature heating. The Li₃PO₄-coated LiMn₂O₄ powders are characterized by X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). At 55 °C, capacity retention of 85% after 100 cycles was obtained for Li/Li₃PO₄-coated LiMn₂O₄ electrode at 1C rate, while that of pristine sample was only 65.6%. The Li/Li₃PO₄-coated LiMn₂O₄ electrode also showed improved rate capability especially at high C rates. At 5C-rates, the delivered capacities of pristine and Li₃PO₄-coated LiMn₂O₄ electrodes were 80.7 mAh/g and 112.4 mAh/g, respectively. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) indicates that the charge transfer resistance for Li/Li₃PO₄-coated LiMn₂O₄ cell was reduced compared to Li/LiMn₂O₄ cell.     

Co3O4-Sn复合材料对锂离子电池性能的影响

锂电子电池的性能与电池负极材料密切相关,研究了锡掺杂氧化钴复合材料的水热合成及锡掺杂量对Co₃O₄-Sn复合材料的形貌、结构及电池性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试手段对材料进行表征。结果表明,Sn在导电基底Ti箔上以无定形态存在,且均匀分布在材料内部。同时,随着锡掺杂量的增加,会在材料表面生长一层小片状或颗粒。电化学性能测试结果表明:锡的引入可以改善锂离子电池的电化学性能,当锡掺杂量过多或过少时,都会使得电池性能下降。而且原始掺杂比例Co与Sn为1∶0.4时,电池性能最好。     

硅元素掺杂改性尖晶石型锰酸锂的研究进展

尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)具有理论比容量高、热稳定性高、价格低廉、循环性能良好等特点,深受研究者的亲睐,目前已有固相法、燃烧合成法和共沉淀等多种制备方法。为了进一步改善该材料的循环性能,研究者提出了元素掺杂的策略,元素掺杂改性是基于改变材料的晶体结构或材料中部分元素的平均价态来提高材料的电化学性能和结构的稳定性。Si⁴⁺掺杂可以取代材料中的部分Mn⁴⁺,从而使材料产生Jahn-Teller效应的离子数降低和尖晶石锰酸锂的八面体体积扩大,提高电化学性能。为此,综述了近几年来单一硅元素掺杂及硅与其他元素复合掺杂改性尖晶石型锰酸锂正极材料的研究进展。     

La2O3、Nd2O3、Y2O3对高岭石高温相变动力学的影响

利用综合热分析技术、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)研究了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温条件下转变成莫来石过程的作用,并采用Kissinger方程、Ozawa方程以及JMA修正方程(Ⅰ)和(Ⅱ)分析了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温相变动力学的影响。结果表明:3种稀土氧化物的掺入对高岭石的相变动力学参数产生了影响,相变活化能和频率因子与未掺入稀土氧化物的高岭石相比有所降低,析晶方式则未发生变化,均属于体积晶化。对比掺入3种稀土氧化物的高岭石相变活化能和频率因子可以看出,Y_2O_3对于高岭石高温条件下相变的促进作用最为明显,相变活化能最低。稀土氧化物对于高岭石高温相变产物影响不大,主晶相为莫来石相,次晶相为方石英相,但稀土氧化物的掺入使得方石英相的结晶度明显提高。     

富锂锰表面超临界CO2辅助包覆磷酸锰锂及其电化学性能

富锂锰Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O₂(LMCN)是新一代高能量密度锂电池的理想正极材料,但存在首次不可逆容量高、循环寿命短以及电压衰减严重等问题。为此,本研究提出了一种可有效改善富锂锰性能的超临界表面包覆磷酸锰锂(LMP)工艺,探讨了不同包覆量对富锂锰材料结构和电化学储锂性能的影响。结果表明,LMP包覆量为3%(质量分数)的LMP3-LMCN样品,在30 mA·g-1电流密度下,首次库伦效率高达81.1%,经过100次充放电后循环容量保持率为79.2%,并且电压衰减仅为0.47 V,在1 500 mA·g-1电流密度下容量为88.76 mAh·g-1,明显优于纯相富锂锰。