锂硫电池载硫材料碳纳米管修饰V2O5纳米球的制备及其性能研究

锂硫电池因具有优异的理论容量、能量密度和可持续发展特性而受到越来越广泛的关注。决定锂硫电池性能的最主要因素之一是其正极材料。本文分别通过自组装法和模板法,制备了两种V₂O₅纳米球,并在制备过程中添加了碳纳米管。以所得到的材料作为正极改性材料,组装了扣式锂硫电池。通过对所制备材料的结构以及电化学性能研究,并与商用V₂O₅进行对比,发现V₂O₅纳米球具有良好电化学性能,其电池性能显著优于商用V₂O₅。这可归因于所合成的V₂O₅纳米球一方面具有较高的比表面积,有利于活性物种硫的负载,另一方面表面连接有碳纳米管,有利于提高电子传输性能。基于自组装法(1号样品)和模板法(2号样品)所得V₂O₅纳米球的锂硫电池,在0.1C的倍率下首次充放电比容量分别可达到1049mAh/g和1035mAh/g;经过200次循环后,其放电比容量分别为702...     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展

与氧化钴锂（LiCoO₂）、氧化镍锂（LiNiO₂）相比,橄榄石结构磷酸铁锂(LiFePO₄)具有安全、环保、比容量高、循环性能优异、高温特性好等优点,被誉为最具发展前景的锂离子电池正极材料。长的循环寿命、优良的高倍率放电性能、高的放电平台、大的能量密度以及良好的热稳定性能,也使得磷酸铁锂成为高功率动力电池正极的首选材料。但是,磷酸铁锂也存在电子电导率相对较低、锂离子扩散系数小、振实密度不高、低温特性不好等缺点,因而制约着它的应用和发展。从磷酸铁锂结构、性能、制备和改性等方面综述了近年来磷酸铁锂的研究进展。     

多晶型MnO2改善富锂锰基正极材料的电化学性能

富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量,被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此,本文采用水热法制备了多晶型MnO₂材料,并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试,并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO₂对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明,β-MnO₂的电化学性能最佳,其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g^-1,在0.1～5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%,在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO₂的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。     

界面化学对镍锰酸锂正极材料电化学性能影响的研究现状及分析

尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料因理论比容量和理论比能量高、工作电压高、资源丰富且价格低廉等优点而备受关注,但该材料因为高电压下电解液的分解及界面副反应导致循环性能和倍率性能不佳,制约着材料的推广应用。结合近几年的研究报道,介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的结构及脱嵌机制、表/界面化学、改性方法,着重介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的表面性质及不同组分之间的界面反应机制及对正极材料电化学性能的影响,指出LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的晶面取向、颗粒形貌、表面元素分布、包覆及离子掺杂是改善镍锰酸锂材料电化学性能的有效途径。同时,通过溶剂替代、成膜添加剂的添加、改变锂盐的种类及浓度等方式,开发与之匹配的耐高压电解液也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后,对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料表面改性和电解液界面构筑方面进行了总结和展望,旨在为提升该材料性能的相关研究提供参考。     

动力型磷酸铁锂正极材料改性的研究进展

针对改性磷酸铁锂(LiFePO₄)材料作为锂离子电池正极材料的近期研究进行了综述。LiFePO₄虽然以其稳定性好、安全性好、环境友好而被认为是最具有发展前景的动力锂离子电池正极材料，但固有的电子电导率和锂离子扩散系数低下导致其电化学性能较差。针对提高其电化学性能的改性研究进行综述，分析了元素掺杂、表面碳包覆、颗粒纳米化和材料复合化4种改性策略对Li Fe PO₄电化学性能的影响，讨论了这4种改性策略的优缺点。分析表明，4种改性策略有效改善了锂离子扩散动力学和电子电导率，但是表面碳包覆和颗粒纳米化会降低材料的振实密度，导致能量密度低。最后，指出解决现存问题的研究方向，即开发电池性与电容性共存的改性策略将是一个可行方法。     

Li2MnO3复合LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料制备及电化学性能研究

通过采用共沉淀法制备了Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,利用固相法研磨混合碳酸锰和碳酸锂,在氧气氛围下煅烧制备得到了Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料,通过利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）表征了所制备材料的结构、成分和形貌等。通过恒流充放电、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与未改性材料进行对比,3%（质量分数）Li₂MnO₃复合改性材料0.5C下首次放电容量为183 mA·h/g,经过120次充放电循环,容量保持率为93.9%;同时,在高倍率下复合改性材料放电容量也得到提高。因此,采用固相法煅烧复合Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,可以制备出电化学性能优异的正极材料。     

Mxene增强LiFePO4电池正极材料性能研究

在水热法合成LiFePO₄和HF刻蚀合成Mxene(金属碳/氮化物)的基础上,通过湿化学法制备了不同Mxene含量的Mxene/LiFePO₄复合正极材料,并对其物相、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,Mxene纳米片在LFP颗粒中的负载,使得LiFePO₄和Mxene之间通过“点到面”的导电模式在复合电极中构建高效导电网络,提高LiFePO₄正极材料的电子导电性。同时,Mxene二维层状结构的特点缩短了锂离子在正极材料中的扩散路径。因此,Mxene/LiFePO₄正极材料表现出良好的电化学性能,包括离子导电性和电子导电性等。其中,3%Mxene的负载,在0.1、1和5C充放电倍率下,首次放电比容量分别为159.3、136.8和100.2 m Ah·g^-1,表现出良好的循环稳定性。     

双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注,然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应,采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo₂S₄,并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析,采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo₂S₄-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明,CuCo₂S₄-S正极展现出优异的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g^-1,经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g^-1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo₂S₄材料内部的中空结构可容纳活性物质硫,并起到物理限域作用;同时,极性CuCo₂S₄可有效地化学吸附多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。     

锂离子电池正极材料磷酸钒锂制备方法研究进展

单斜结构的磷酸钒锂[Li₃V₂（PO₄）₃]材料与其他锂离子电池正极材料相比具有较高的工作电压（3.0~4.8 V）、良好的离子迁移率和优良的热稳定性,是一种具有竞争优势和发展前景的大功率锂离子电池正极材料,成为了近年来研究的热点。综述了锂离子电池正极材料磷酸钒锂的结构特点及其充放电机理。磷酸钒锂的常用合成方法有碳热还原法、水热法、溶胶-凝胶法及流变相法等,着重阐述了磷酸钒锂的不同合成方法对所制备样品的形貌和电化学性能的影响。分析总结了不同合成方法的改进方法,以改善磷酸钒锂正极材料电子导电性和锂离子扩散系数较低的问题。最后,针对磷酸钒锂正极材料在锂离子电池的应用中所存在的问题展望了该材料未来可能的发展方向和研究热点。指出需要优化材料的制备方法以改善材料的颗粒形貌、提高电子导电率和扩散系数等,进而改善材料的循环性能、倍率性能和充放电性能等;需要改进制备流程、提高实验的安全性、简化反应流程和减少制备成本等,以实现磷酸钒锂正极材料的工业化应用。     

氧化铟包覆镍锰酸锂正极材料的电化学性能研究

为改善镍锰酸锂的电化学性能,以硝酸铟(In(NO₃)₃·H₂O)为原料,通过高温固相法在镍锰酸锂电极材料表面包覆一层惰性氧化铟(In₂O₃),并研究不同In₂O₃包覆量对镍锰酸锂复合材料的电化学性能的影响。XRD测试结果显示,包覆氧化铟并不会改变正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄自身结构。当包覆量为7%时,在0.1 mA的测试电流下首次放电比容量为134.21 mAh/g,明显高于未涂覆材料(115.65 mAh/g),100次循环后容量为128.4 mAh/g,容量保持率为95.67%;在0.5 mA的测试电流条件下,首次放电比容量为78.13 mAh/g, 100次循环后比容量为56.25 mAh/g,容量保持率为64.44%。In₂O₃包覆起到保护材料和促进离子传导的作用,可有效提高正极材料的电化学性能。     

氧化铝包覆锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料的性能是锂电池技术发展的瓶颈。近年来,为了提高锂离子电池正极材料的循环寿命、热稳定性和倍率性能等,三氧化二铝涂覆正极材料已经被广泛研究。所讨论的三氧化二铝涂层分为粗糙涂层、超薄涂层和厚涂层。简要论述了三氧化二铝表面涂层改善正极材料的作用,如氟化氢清除剂、物理保护屏障、提高锂离子扩散速率、提升正极材料的热稳定性能、与六氟磷酸锂(LiPF₆)反应生成二氟磷酸锂(LiPO₂F₂)和抑制JahnTeller效应等。介绍表面改性的方法,包括浸渍法、沉淀法、干法包覆、溅射法和原子层沉积法等,以及其对锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)及三元材料(Li-Ni-Co-Mn-O)的影响。最后,展望了三氧化二铝表面包覆和原子层沉积技术的发展前景。     

汽车锂电池正极材料的制备与性能研究

研究了钼掺杂对汽车锂电池正极材料[Mn_0.58Ni_0.18Co_0.14]_0.8-xMo_x（OH）₂物相组成、微结构和电化学性能的影响。结果表明,x=0.005的正极材料由于具有最强的超晶格结构稳定性而表现出最强的超晶格衍射峰,而x=0.01和x=0.02的正极材料中钼酸锂杂相峰的存在会一定程度上破坏超晶格结构;不同钼掺杂的正极材料的颗粒粒径会随着Mo含量增加而不断增大;钼掺杂可以提升正极材料的锂离子键入能力而消除非晶态碳酸锂薄层的影响,但是过量钼掺杂会形成钼酸锂化合物;x=0.005的正极材料的放电比容量最高、传荷阻抗最小,充放电过程中锂离子更容易嵌入脱出,从而具有较高的高倍率放电性能,这主要与此时颗粒粒径较小以及形成了纯层状结构有助于增强锂离子导电性和动力学反应速度有关。     

磷酸铁锂正极材料的制备及性能强化研究进展

橄榄石型磷酸铁锂是目前应用十分广泛的锂离子电池正极材料之一,具有成本低、安全性高、环境友好、循环寿命长和工作电压稳定的特点。近年来,随着CTP技术、刀片电池技术等取得的突破性进展,磷酸铁锂的商业化程度得到了大幅提高。但磷酸铁锂存在电子导电性较差和离子扩散系数低的缺陷,严重限制了锂离子电池的电化学容量,因此开展磷酸铁锂制备工艺和性能强化研究对磷酸铁锂的性能提升具有重要意义。对比了磷酸铁锂电池与其他正极材料锂离子电池的性能差异和发展现状,系统总结了磷酸铁锂正极材料制备与强化的改性方法及相关研究进展与挑战,并提出了未来的发展方向与研究思路。     

镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,对高能量密度动力电池的需求日益迫切。开发高电压正极材料及其适配性电解液,成为下一代高能量密度动力电池的主要研究方向。镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）材料以其高电压（4.7 V,vs.Li/Li ⁺）、高能量密度（达650 W·h/kg）、资源丰富且价格低廉而受到广泛关注。然而,镍锰酸锂材料在长期的充放电循环过程中,锰从电极材料中溶解,破坏了电极材料的结构,导致电池性能恶化。介绍了镍锰酸锂正极材料及其适配性电解液研究最新进展。指出离子掺杂、表面包覆、复合方法是改善镍锰酸锂电化学性能的有效途径。同时,通过引入成膜添加剂、改变锂盐的种类及浓度、调整主溶剂的种类及比例等方法,可以提高电解液的耐高压性能,提高镍锰酸锂电极与电解液的界面稳定性,也是提升镍锰酸锂电池性能的重要方法。最后提出,适用于锂离子电池的5 V高电压电解液的研发相对滞后,其是制约高电压电池体系应用的主要问题。     

锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展

磷酸铁锂正极材料因其优良的电化学性能,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。但由于其导电率低和锂离子扩散速率慢等问题,一直制约其发展。本文阐述了磷酸铁锂的晶体结构、充放电原理以及电化学反应模型,回顾了近年来国内外对于改善磷酸铁锂的电化学性能所进行的研究,重点介绍了离子掺杂、碳包覆以及材料纳米化等改性方法对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响以及目前仍然存在的问题,最后展望了该领域的发展趋势,指出继续进行深入的理论研究和进行工艺改进将是今后重点的研究方向。     

微波辅助溶剂热法制备LiMn1-xMgxPO4/C正极材料

采用微波辅助溶剂热法的合成途径,成功制备出镁掺杂的磷酸锰镁锂(LiMn_1-xMg_xPO₄/C)电极材料。采用X-射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电等测试方法对晶体结构,微观形态和电化学性能进行表征。结果表明微波辅助溶剂热样品LiMn_1-xMg_xPO₄/C为具备较大比表面积和介孔结构的片层状形貌材料。该片层状纳米结构有利于锂离子脱嵌/镶嵌反应,Mg²⁺掺杂在片层状纳米晶体合成过程中发挥着重要作用,可以提高材料的电化学活性和电化学表现。其中LiMn_0.95Mg_0.05PO₄/C材料在0.1 C和5 C倍率下最高可逆放电容量分别为141.2和95.3 (mA·h)/g,具备较高的放电容量和倍率性能表现。与传统溶剂热法相比,微波辅助溶剂热法的反应时间显著降低且制备得到的材料具备优异的电化学性能表现,对于制备其他锂离子电池材料具有指导意义。     

二氟磷酸锂的制备及电化学性能研究

为探究二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）的制备方法及其对锂离子电池性能的影响,尝试以六氟磷酸锂（LiPF₆）和磷酸锂（Li₃PO₄）为原料,采用固相法制备LiPO₂F₂,通过核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）、离子色谱（IC）对材料做了物相研究和定性检测;通过充放电测试、循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）研究了材料对电池性能的影响。测试结果表明,以LiPF₆及Li₃PO₄为原料可制得LiPO₂F₂,LiPO₂F₂作为添加剂加入电解液中使得电池电极极化现象有所减弱,电池正负极材料的成膜电阻明显减小,同时提高了电池的循环稳定性及高温存储性能。     

高镍三元正极材料镍钴铝的掺杂改性研究进展

高镍三元正极材料镍钴铝（NCA）因具有较高的能量密度及工作电压、成本低、环境友好等优点极有可能成为下一代广泛应用的锂离子电池正极材料之一。然而镍含量的提高导致材料结构不稳定、循环性能和倍率性能降低,限制了其进一步发展。主要从锂位、过渡金属位、氧位掺杂及复合共掺杂4个方面综述了不同位置离子掺杂的改性机理。大量研究结果表明,通过复合共掺杂方式进行改性,能够结合单离子掺杂的优点有效提升镍钴铝正极材料的电化学性能。