石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的合成及性能研究

通过溶胶凝胶法合成了石墨烯包覆的橄榄石型LiFePO4/石墨烯正极复合材料.实验采用在磷酸铁锂前驱体制备过程中加入石墨烯,经高温煅烧后实现了石墨烯与磷酸铁锂的均匀包覆.研究了石墨烯对正极材料的结构和电化学性能的影响.研究结果表明,LiFePO4/石墨烯复合材料的颗粒尺寸比纯LiFePO4明显减小,石墨烯包覆后的LiFePO4材料的电荷转移电阻显著降低,在0.1C电流密度下的首次充放电比容量达到143.6 mAh/g,循环性能也得到较大提高.     

共沉淀法合成磷酸铁锂掺碳复合正极材料

采用共沉淀法合成了纯相橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)和磷酸铁锂掺碳(LiFePO4/C)复合正极材料.利用X射线衍射(XRD)、原子吸收(AAS)、扫描电镜(SEM)、红外吸收(FT-IR)、振实密度测定等方法对其进行表征,并组装成电池研究其电化学性能.结果表明:HFePO4和LiFePO4/C具有单一的橄榄石型晶体结构,前者的振实密度可达1.58 g/cm2,LiFePO4/C振实密度有所降低,但充放电平台非常平稳.与纯相LiFePO4相比,LiFePO4/C具有更高的放电比容量和循环性能,室温下以0.05 C和0.1 C倍率电流充放电,首次放电比容量达到158.1,150.0 mA·k/g.充放电循环20次后放电比容量仍保持在154.2,137.2 mA·h/g.     

液相法合成高容量LiFePO4/C复合正极材料

采用液相共沉淀法合成了纯相橄榄石型LiFePO4和LiFePO4/C复合正极材料。利用原子吸收(AAS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、振实密度测定等方法对其进行表征,并组装成电池研究其电化学性能。结果表明:LiFePO4和LiFePO4/C都具有单一的橄榄石型晶体结构,且前者的振实密度可达1.67 g/cm2,掺碳后制成的LiFePO4/C振实密度有所降低,但充放电平台非常平稳。与纯相LiFePO4相比,LiFePO4/C具有更高的放电比容量和循环性能,室温下以0.2 mA/cm2和0.4 mA/cm2电流密度充放电,首次放电比容量分别达到158.1 mA.h/g、150.0 mA.h/g。充放电循环20次后放电比容量仍分别保持在154.2 mA.h/g,137.2 mA.h/g。     

碳源对碳热法制备LiFePO4/C复合电极材料性能的影响

以廉价的Fe2O3为铁源,(NH4)H2PO4为磷源,Li2CO3为锂源,分别以乙炔黑、葡萄糖、PEG6000为还原剂和碳源,采用碳热还原法制备了LiFePO4/C复合材料。X射线衍射(XRD)分析表明用三种碳源都合成了橄榄石结构的LiFePO4。扫描电子显微镜(SEM)分析显示,以PEG6000为碳源合成的LiFePO4/C复合材料粒径较小,较均匀,且有较好的碳包覆。以充放电曲线、循环性能和交流阻抗等测试研究了材料的电化学性能,结果表明,以PEG6000为碳源合成的材料的电化学性能较好,0.1C、1C下首次放点比容量分别为144.7 mAh/g、132 mAh/g。     

不同碳源掺杂磷酸亚铁锂正极材料电化学性能研究

采用液相共沉淀-固相焙烧合成了橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)正极材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试等方法对产物物相结构、表观形貌和电化学性能进行了表征和分析.纯相材料首次放电比容量达到90.6 mA·h/g,循环5次后,放电比容量为75.94 mA·h/g.为解决首次放电比容量低下以及材料循环性能差的问题,采取不同碳源掺杂对材料进行改进,最后得到LiFePO4/C复合正极材料,0.05 C首次放电比容量达到158.8 mA·h/g.     

PEG为碳源碳热法合成LiFePO_4/C的改性研究

以FePO4和Li2CO3为原料,以PEG为碳源,采用碳热还原法制备LiFePO4/C复合正极材料。利用XRD、SEM对所得样品的晶体结构和表面形貌进行表征。采用恒流充放电循环测试考察样品的电化学性能。首先研究了不同PEG掺入量对材料结构和电化学性能的影响,发现加入PEG后仍得到结晶完好的LiFePO4晶体,PEG的加入并没有影响LiFePO4的晶体结构。随着PEG掺入量的增加,材料的放电容量先增大后减小;当PEG掺入量为1 mol时,样品的电化学容量最高,0.2C倍率下可达155.9mAh/g。当锂源用量过量4%时,材料的电化学性能最好,其0.2C、1.0C和5.0C时的放电比容量可分别达156.6、143.5和110.3mAh/g,且表现出良好的循环稳定性。     

掺杂改性LiFePO_4正极材料制备及表征

采用微波热合法制备了掺杂LiFePO4锂电池用正极材料。通过XRD、SEM表征了材料的晶体结构和形貌,采用恒电流充放电法研究了材料的电化学性能。XRD结果表明,掺杂后的材料晶相为橄榄石型磷酸铁锂;SEM测试结果表明,加热时间延长促使材料颗粒团聚长大,且结晶完整,颗粒分布均匀。对电池的电化学测试表明,制备的掺杂LiFePO4材料表现出优良倍率性能和循环稳定性,充放电比容量分别为131.7 mAh/g和123.8 mAh/g,10次循环后比容量没有明显衰减。     

碳掺杂改善LiFePO4电化学性能

采用葡萄糖为碳源,通过固相合成法制备了掺碳的LiFePO4正极材料,并对样品的性能进行了研究分析.结果表明,少量的碳掺杂并未改变LiFePO4的晶体结构但显著改善了其电化学性能,LiFePO4/C样品的粒度较小粒径分布均匀,0.1 C首次放电比容量为141.9 mAh/g,循环50次后容量下降11.2 mAh/g,以1 C倍率首次放电比容量为126.5 mAh/g,循环50次后容量保持率为87.2%.     

改进固相法优化合成碳包覆磷酸亚铁锂正极材料

锂铁比、葡萄糖加入量、焙烧温度、焙烧时间是影响LiFePO4正极材料电化学性能的4个重要因素。本文使用改进的固相法设计出一个四因素三水平的正交实验,对LiFePO4/C正极材料进行了优化合成,探讨了其优化合成条件,并合成出具有优良电化学性能的LiFePO4/C正极材料。使用XRD、SEM对合成产物进行结构分析;使用循环伏安、交流阻抗、放电比容量等对正极材料的电化学性能进行分析。此方法不使用球磨机,有利于工业化生产。室温下0.2 C倍率首次放电比容量为133.2 mAh/g,1.0 C倍率容量为112.5 mAh/g;30次循环活化后,0.2 C倍率容量稳定保持在133.1 mAh/g左右,1.0 C倍率容量则下降至106.8 mAh/g。     

固液结合法制备LiFePO4正极材料及其性能研究

采用固液结合法制备了LiFePO4正极材料。首先以共沉淀法制得了FePO4前驱体,再以葡萄糖作为碳源通过固相碳还原法制得目标产物LiFePO4。运用XRD和SEM对材料进行物理表征,恒流充放电和循环伏安测试对材料的电化学性能进行分析。结果表明,以固液结合法制备的材料结构单一,颗粒微细,粒径分布均匀,振实密度约为1.40g·cm-3,在室温0.1C下材料的放电比容量为156.8mAh·g-1,1.0C下放电比容量为126.2mAh·g-1,样品在1.0C下经过20次循环后,容量为120.4mAh·g-1,其容量保持率为95.4%。该法制备的材料既实现了液相法制备材料形貌可控的优点,又具备了碳还原与碳包覆同时作用的特点,材料的形貌,振实密度,和电化学性能均得到显著改善。     

吡咯量对原位聚合控制结晶法制备LiFePO4/C正极材料的影响

以原位聚合聚吡咯控制结晶法合成的介孔FePO4/PPy为前躯体制备了锂离子电池纳米LiFePO4/C正极材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及充放电测试和交流阻抗等研究了吡咯用量对合成材料的结构、形貌和电化学性能的影响.结果表明:LiFePO4/C正极材料与FePO4/PPy前驱体有相似的形貌,吡咯的用量对材料的电化学性能影响较大,当吡咯的加入量为1.0mL时,材料粒径较小,分布均匀,电化学性能最优,在0.1C倍率下的放电比容量为149.0 mA·h/g,且循环过程中容量保持率高.     

碳源及加入量对LiFePO_4/C性能的影响

以不同的有机物(蔗糖、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙二醇2000、酒石酸)为碳源合成LiFePO4/C复合材料,研究了不同碳源对复合材料晶型结构与电化学性能的影响。结果表明,不同的碳源对LiFePO4材料的晶型结构没有影响,但对电化学性能影响较明显,其中采用蔗糖为碳源制得的复合正极材料电化学性能最好。进一步研究了蔗糖加入量对复合材料的形貌、粒径分布、电导率及电化学性能的影响,发现当蔗糖加入量为铁与碳的物质的量比为1∶1时,样品颗粒细小、分布均匀,电导率明显提高,电化学性能最好,0.1C首次放电比容量为154.53 mA.h/g,0.5C首次放电比容量也高达141.14 mA.h/g,循环10次后,仍保持在137.62 mA.h/g。     

磷铁和碳酸锂配比对LiFePO4晶体结构和性能的影响

以磷化工副产物磷铁为原料成功合成了晶型较好的LiFePO4材料,讨论了磷铁与碳酸锂的配料比对产物晶体结构和电化学性能的影响规律.用XRD、SEM、恒流充放电法和电化学阻抗谱对产物的组成、结构、形貌和电化学性能进行了分析.SEM结果表明LiFePO4产物的颗粒粒径分布比较均匀,XRD和电化学性能测试结果表明锂含量的增加会导致LiFePO4的(020)面优先生长,(121)与(111)面的相对峰强比对LiFePO4的晶型和电化学性能有较大的影响.磷铁与Li2CO3的质量比为2.17/1时制备的LiFePO4的电化学性能最好,放电容量高达129 mA·h·g-1,经过8次循环容量仍保持127 mA·h·g-1,电荷转移阻抗最低,为38.68 Ω.     

气相沉积碳包覆磷酸铁锂的制备及性能

磷酸铁锂是一种新型的锂离子电池正极材料,具有原材料来源丰富、价格低廉、对环境友好等特点.包覆碳及加碳制成复合材料是提高LiFePO4材料电导率的有效方法之一.实验中以苯为碳源,采用化学气相沉积方法在固相反应法制备LiFcPO4材料的过程中对材料表面进行碳包覆.用X射线衍射分析,扫描电镜和透射电镜对碳包覆LiFePO4材料的结构形貌进行了表征.用电池测试系统对其电化学性能进行了研究.结果表明:以苯为碳源的化学气相沉积方法合成的LiFePO4材料的平均粒径为200nm,材料表面均匀地包覆了4～5nm厚的碳层·电化学性能测试表明:碳包覆LiFePO4在O.1C倍率下放电容量达到151.6mAh/g,1 C放电容量达到125.8mAh/g,体现了良好的倍率放电特性和循环性能.     

喷雾干燥制备球状LiFePO_4/C正极材料

以抗坏血酸为催化剂,通过水热法制备出梭形颗粒的LiFePO4/C正极材料,并采用喷雾干燥工艺使得单个的梭状颗粒堆积成球状的LiFePO4/C正极材料。研究了不同喷雾浓度对样品球形化后的形貌和电学性能的影响。结果表明:合成的LiFePO4/C正极材料的单个颗粒呈规整的梭形结构,并且梭形结构是由细小的板状结构组合而成,在梭形结构的表面包覆有一层均匀的碳膜。采用喷雾工艺后可有效的进行颗粒的球形化处理,当喷雾浓度为0.296mol/L时,材料团聚的球状形貌较为均匀一致,并具有较大的扩散系数(9.38×10-13cm2/s)。在0.1C倍率放电下的首次充电比容量为133.6mA·h/g,放电比容量为122.6mA·h/g,Coulomb效率为91.8%,说明具有良好的可逆性能;经过50周循环后容量保持率仍为98.2%,具有优异的循环性能和容量保持率。     

Li_2FeSiO_4/C复合材料的制备及电化学性能

以CH3COOLi、FeC2O4、纳米SiO2为原料,葡萄糖为碳源,超导碳为微波耦合剂,采用微波加热法合成了Li2FeSiO4/C材料。考察了不同微波时间对材料室温下电化学性能的影响,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线能谱对样品的晶型结构、表面形貌和组成进行表征分析。结果表明,微波合成法可以快速制备Li2FeSiO4/C材料,微波时间16min所得样品具有最好的电化学性能。室温下以C/16倍率进行充放电测试,放电容量为111.5mA·h/g;以0.2C进行充放电循环,首次放电容量为96.7mA·h/g,19次循环后容量仍有95.2mA·h/g。     

Li4Ti5O12@C复合材料的制备及其性质研究

本文以葡萄糖为碳源,采用原位复合法制备锂离子电池复合负极材料Li4Ti5O12@C,同时探讨了不同碳包覆量对Li4Ti5O12的影响。通过X-射线衍射和扫描电子显微镜对合成出的材料结构及表面形貌进行表征,采用恒电流充放电和电化学阻抗等技术对其进行电化学性能测试。结果表明：碳包覆量为3 %的Li4Ti5O12颗粒均匀且电化学性能最好。在0.5 C下,首次放电比容量为185.9 mAh/g,循环50次后,其放电比容量仍为161.5 mAh/g。在2.0 C下,首次放电比容量为99.9 mAh/g,材料表现出优良的电化学性能。     

Ag、C共包覆对LiFePO_4材料电化学性能的影响

采用葡萄糖还原法在固相法制备的LiFePO4基础上合成了Ag包覆的LiFePO4/Ag材料;同时采用一步法合成了碳银共包覆的LiFePO4/(Ag+C)材料。结果表明,Ag包覆将LiFePO4材料的首次放电容量由80mAhg-1提高到121mAhg-1;而碳银共修饰的LiFePO4/(Ag+C)材料具有更高的放电容量(132mAhg-1),并且具有更好的循环性能。此外,Ag包覆也大幅度降低了材料的电阻,电极的电荷转移电阻由253.5Ω降低到了54.8Ω。     

锂离子电池LiNi_xFe_(1-x)PO_4正极材料的制备及其电化学性能

本文以蔗糖为碳源,采用固相法合成了锂离子电池LiNixFe1-xPO4(x=0、0.05、0.1、0.2和0.3)正极材料,通过XRD和SEM等表征所合成的产物为多孔炭和LiFePO4相以恒电流充放电和电化学阻抗谱研究了材料的电化学性能,结果LiNi0.1Fe0.9PO4的性能最佳,其粒径大小在500～1000nm左右,在2C的充放电条件下,其放电比容量为70.3mAh·g-1,15次循环后容量保持率达90%。     

以锂矿为锂源循环制备正极材料LiFePO4

以锂矿为锂源制备出杂质含量很低的反应用锂溶液,与亚铁盐溶液、磷源溶液在液相条件下合成LiFePO4,加糖、煅烧,制得正极材料LiFePO4。循环利用反应用锂溶液及LiFePO4制备过程中产生的副产品。通过XRD、SEM、恒电流充放电测试等对正极材料LiFePO4的物相、形貌、电化学性能等进行表征,并对材料的制备成本进行分析。合成的正极材料LiFePO4纯度高,在0.2 C和1 C条件下比容量分别为160.1 mA·h/g和145.3 mA·h/g,首次库伦效率为97.3%。与以锂盐为锂源合成的LiFePO4相比较,以锂矿为锂源合成的LiFePO4可使制备成本降低超过12 000元/t,同时实现了循环经济。