高库仑效率的锂离子电池负极材料炭包覆锂化钛酸锂

利用纳米TiO2颗粒和Li2CO3为原料,分别在不添加及添加中间相沥青的情况下通过固相反应制备出Li4Ti5O12及炭包覆的锂化钛酸锂Li4+x Ti5O12/C。Li4Ti5O12颗粒尺寸在0.5～3μm之间,而Li4+x Ti5O12/C颗粒尺寸比较均匀,在200～500 nm之间,且颗粒表面包覆了一层厚度约2 nm的炭层。充放电研究表明,Li4Ti5O12的可逆容量较低,而Li4+x Ti5O12/C则具有非常高的可逆容量、循环稳定性及容量保持率。同时,Li4+x Ti5O12/C可提供Li+补偿首次不可逆容量损失,导致首次库仑效率超过100%。Li4+x Ti5O12/C中预储锂量随碳源量的增加而增加,在碳源量5%条件下制得的Li4+x Ti5O12/C的首次脱锂容量超过嵌锂容量24.2 mAh·g-1。Li4+x Ti5O12/C有望消除锂离子全电池的首次不可逆容量损失并提高其容量。     

柠檬酸包覆钛酸锂负极材料的改性研究

采用柠檬酸(C6H8O7·H2O)作碳源制备Li4Ti5O12/C复合材料,利用X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了柠檬酸添加量对材料结构和形貌的影响。研究结果表明:添加不同量的柠檬酸,所制备的样品均为尖晶石型结构。随着柠檬酸添加量的增加,材料颗粒粒径逐渐增大,分布更加均匀,团聚也逐渐加剧。在1.0~2.5V的电压范围内,对样品进行恒流充放电测试,柠檬酸(C6H8O7·H2O)的添加量为6%时,制备的Li4Ti5O12/C复合材料具有最佳的电化学性能,0.2C和1C的放电比容量分别为171.3m Ah/g和165.4m Ah/g。     

微波辅助溶胶-凝胶法合成锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)

以微波辅助溶胶-凝胶法合成Li4Ti5O12、Al或C掺杂的Li4Ti5O12样品。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别表征所得产物的结构和形貌,研究不同样品在恒流充放电条件下的电化学性能。结果表明:合成Li4Ti5O12粉体的最佳微波处理条件为800℃、40min;微波热处理合成样品颗粒尺寸为100nm左右,掺Al或C样品颗粒的分散性要优于未掺样品的。首次充放电结果表明:所有样品的放电平台平稳,掺Al或C样品的首次放电容量均高于未掺样品的,掺C样品的首次放电容量为162mA·h/g,更接近Li4Ti5O12的理论容量(175mA·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。     

以竹叶为碳源制备Li4Ti5O12/C复合材料

以钛酸四丁酯、醋酸锂、柠檬酸和竹炭为原料,采用两步煅烧和溶胶-凝胶法制备锂离子电池Li4Ti5O12/C负极材料。采用XRD、SEM表征材料的微观结构和形貌。采用恒流充放电、交流阻抗和循环伏安法研究材料的电化学性能。结果显示,Li4Ti5O12/C具有良好的结晶度,颗粒表面光滑,分散均匀,粒径为200~300 nm。10 C倍率下,Li4Ti5O12/C的首次放电比容量为180.4 mA•h/g,循环300圈后为167.5 mA•h/g,容量保持率为92.8%,远高于Li4Ti5O12的46.9%。在20 C大倍率下,Li4Ti5O12/C和Li4Ti5O12的容量保持率分别为68.9%和41.3%     

有机碳源包覆磷酸铁锂正极材料改性研究

以Fe2O3为Fe源、LiH2PO4为Li源和P源、分别以聚乙烯醇(PVA)、淀粉、柠檬酸为碳源,采用液相分散混合、雾化造粒及高温固相处理工艺制备得到碳包覆的磷酸铁锂正极材料(LiFePO4/C),考察不同有机碳源包覆改性对磷酸铁锂正极材料物理及电化学性能的影响。结果表明:以聚乙烯醇包覆制备的LiFePO4/C材料的首次放电比容量为153.8 mAh/g,首次效率大于90%,材料物相纯正,颗粒呈类球形均匀分布、无团聚现象;淀粉包覆的样品的比容量稍低,为144.4 mAh/g,柠檬酸包覆的产物的比容量最低,为139.4 mAh/g。     

共沉淀法制多孔类球型钛酸锂及电性能研究

用NH4HCO3为起泡剂共沉淀法成功的合成出一种多孔类球形钛酸锂,并对它的结构及电化学性能进行了研究。经测试表明合成出的Li4Ti5O12振实密度达到1.68 g/cm3,采用XRD粉末衍射测试表明产物为纯相尖晶石型Li4Ti5O12,扫描电镜表明产物为平均尺寸为2~5μmd的多孔的类球体结构。在1.0~3.0 V下充放电0.1 C、1 C、1.5 C、2 C、3 C倍率下首次放电容量分别为176.4、151.6、143.8、138.5 mAh/g。     

磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备及锂回收应用

以溶胶?凝胶法制备了磷酸铁锂(LiFePO4,简称LFP).将LFP和胺基化石墨烯(GNs)制成悬浮液,以滴涂法制备了磷酸铁锂和胺基化石墨烯修饰钛网电极(LFP/GNs/Ti).采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了电极的形貌和微观结构,结果显示:LFP和GNs混合物均匀地分散在钛网电极表面,LFP纳米球颗粒的平均直径为(20±2)nm.以LFP/GNs/Ti电极,采用电化学辅助吸附?脱附法研究了盐溶液中锂离子(Li+)的分离行为,考察了pH、电位、时间等因素对Li+分离效果的影响.恒电位静态吸附过程中,LFP/GNs/Ti电极对Li+的吸附符合准二阶动力学模型.在Li+初始浓度75 mg/L、pH 6、25°C、?0.3 V、6 h的条件下,Li+的吸附容量为30.1 mg/g.在循环伏安法脱附过程中,以pH为4的0.5 mol/L NH4Cl盐酸溶液作为脱附液,在25°C、+0.8 V至?0.8 V的范围内扫描300圈,Li+的脱附率可达90％,LFP/GNs/Ti电极得到同步再生.     

共沉淀法合成Li_4Ti_5O_(12)及其性能研究

以钛酸丁酯和乙酸锂为原料,采用共沉淀法,制备出尖晶石型Li4Ti5O12。采用XRD对其晶体结构和表面状态进行了表征,对该类材料组装的模拟电池进行了电循环性能测试,并分析了Li4Ti5O12作为电极材料的电性能。结果表明:锂钛原子比为0.83、煅烧温度为800℃、煅烧时间为17 h时,合成的产物具有良好的充放电性能,在室温及0.1 C倍率下,Li4Ti5O12首次放电比容量为138 mA.h/g,循环40次未见明显衰减。     

微波水热法合成Li4Ti5O12及其性能

采用微波水热法和水热法制备锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,比较了合成方法对Li4Ti5O12电化学性能的影响,考察了其结构和形貌及电化学性能.结果表明,两种方法均合成了尖晶石结构的Li4Ti5O12,微波水热法合成的样品电化学性能较好,颗粒尺寸为200~300 nm,分布均匀,比表面积较大,在1 C的放电条件下,首次放电比容量为151.33 mA·h/g,97次循环后放电比容量为140.94 mA·h/g,保持率为93.14%,且电化学阻抗较小.     

Mg2+、Zr4+离子掺杂对Li4Ti5O12电化学性能的影响

以固相反应法合成了尖晶石型Li4Ti5O12电极材料,进行了金属离子掺杂以提高其导电性及综合性能,以适应用于大电流充放电的目的。采用XRD、室温恒流充放电循环、交流阻抗和循环伏安等测试手段,考察了A位掺杂Mg(Li4-xMgxTi5O12,x=0.15),B位掺杂Zr(Li4ZrxTi5-xO12,x=0.15)对Li4Ti5O12结构和电化学性能的影响。结果表明:掺杂少量的Mg2+、Zr4+未引起材料结构的变化,明显降低了Li4Ti5O12电荷转移阻抗,使导电性得到有效提高。0.1 C放电倍率下放电,未掺杂及掺杂Mg2+、Zr4+的Li4Ti5O12首次放电容量分别为159.8、144.9、161.2mAh/g,循环40次后,容量分别保持为113.8、130.6、133.6 mAh/g。与未掺杂的Li4Ti5O12相比,掺杂后的电极材料极化减小、循环容量及稳定性提高。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的制备与研究

以四氯化钛、氢氧化锂为原料,采用模板法,获得前躯体（Li1.81H0.19）Ti2O5·0.262 5TiO2,再通过煅烧,得到纳米钛酸锂（Li4Ti5O12）。最佳制备工艺条件为：模板∶钛（摩尔比）为4∶1,700℃煅烧1 h。采用TEM电镜观测的粒度达到10~100 nm,XRD拟合粒径5~30 nm,比表面积达100~600 m2/g。     

Fe/Ni比对Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2纳米颗粒电化学性能的影响

通过调整化学组成x(x为0、0.05、0.1),采用自蔓延燃烧合成了不同Fe/Ni比的前驱体,经700℃高温煅烧合成出纳米Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2材料。XRD分析表明随着Fe/Ni比增大,材料的晶体结构由α-Na Fe O2层状结构向单斜C2/m结构过渡,晶系对称性降低。x=0.05时(Fe/Ni比为1∶1),Li1.2Fe0.15Ni0.15Mn0.5O2纳米材料(LFNMO-1F1N)具有良好的α-Na Fe O2层状结构和更完整的层状程度,晶粒尺寸为10.96nm。SEM分析表明LFNMO-1F1N为分布均匀的纳米颗粒,粒径范围38～62 nm。恒电流测试结果表明,在0.1C倍率下,LFNMO-1F1N的首次可逆容量高达258.9 mAh·g-1,远高于LFNMO-2F1N(191.6 mAh·g-1)和LFNMO-1F2N的可逆容量(155 mAh·g-1),在2C倍率下的可逆容量仍有138.4 mAh·g-1。在1C倍率下充放电循环100次后,可逆容量仍有122.6 mAh·g-1,保持率为78.6%。研究结果表明,当Fe/Ni比为1∶1时,Li1.2Fe0.15Ni0.15Mn0.5O2纳米颗粒具有最大的可逆比容量、最佳倍率与循环性能。     

锰酸锂电池正极材料高温包覆改性研究

对尖晶石Li Mn2O4材料进行表面修饰能够在一定程度上减少电极材料和电解液的直接接触,抑制锰元素溶解。通过Pechini法制备了不同包覆量(1、1. 5和2 wt%)的锂镧锆氧固态电解质/锰酸锂复合材料。当包覆量为1. 5 wt%时,复合正极材料首次放电容量达到112. 5 m Ah/g,在55℃、0. 5 C循环100次后容量损失率仅为8. 6%。尖晶石晶粒表面形成了独特的网络状包覆层,减少了活性物质和有机电解液之间的直接接触却不影响锂离子扩散,显著提升了锰酸锂的高温电化学性能。     

无定形TiO2合成尖晶石Li4Ti5O12的性能

用无定形TiO2与Li2CO3高温固相反应合成了性能良好的"零应变"电极材料Li4Ti5O12. XRD, SEM和激光粒度分析表明,产物结晶度好,无杂质相,为纯立方尖晶石相,Li4Ti5O12颗粒呈砾石状形貌,有团聚现象,平均粒度约2.66 μm. Li4Ti5O12电极具有较宽的充放电平台,循环性能稳定. 以0.1 C电流比率恒电流充放电,首次放电容量和循环容量分别达180和150 mA·h/g. 交流阻抗谱研究发现,Li4Ti5O12不同嵌锂程度下的电导率对其电极的电化学阻抗具有较大影响,电极的Warburg阻抗曲线斜率与其荷电状态相关.     

正极材料纳米Li2FeSiO4/C的溶胶–凝胶法合成及电化学性能

采用溶胶–凝胶法,以抗坏血酸作为碳源并添加表面活性剂聚乙二醇(PEG)合成纳米复合材料Li2FeSiO4/C。研究了PEG对Li2FeSiO4/C结构及电化学性能的影响。结果表明:添加PEG后合成的纳米Li2FeSiO4/C颗粒细小(约50nm),表面均匀包覆一层碳。因此,纳米复合粉体Li2FeSiO4/C在充放电过程中具有更小的扩散阻力和更高的电导率,而均匀的碳层能够减少活性物质与电解液之间副反应的发生。室温下以C/16倍率充放电,首次放电比容量为138.2mAh/g,并且在不同倍率下循环40次后仍保持在130.4mAh/g。     

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.     

Li2MnSiO4/C复合材料的制备与性能表征

本文分别以柠檬酸(C6H8O7·H2O)和蔗糖(C12 H22 O11)为碳源,采用溶胶凝胶法合成了Li2 MnSiO4/C材料.X射线衍射(XRD)结果显示合成出的Li2 MnSiO4/C材料均属于正交晶系Pmn21空间群.扫描电子显微镜(SEM)结果表明合成出的Li2 MnSiO4/C1(以C6H8O7·H2O为碳源)材料粒径均在500 nm左右,Li2MnSiO4/C2(以C12 H22O11为碳源)材料粒径在1μn左右.充放电测试结果显示,Li2MnSiO4/C2较Li2 MnSiO4/C1有较高的首次不可逆容量;两种电极材料经几周循环后均具有稳定的循环性能,所制得的Li2 MnSiO4/C1较Li2 MnSiO4/C2具有高的循环容量.     

溶胶-凝胶法制备Li4/3Ti5/3O4/Ag复合材料及其表征

采用溶胶-凝胶法制备Li4/3Ti5/3O4/Ag复合材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电及交流阻抗等技术检测和分析合成产物的物相、形貌及电化学性质。研究表明,在Li4/3Ti5/3O4中添加Ag后Li4/3Ti5/3O4的Ti—O键没受影响,Li4/3Ti5/3O4/Ag及Li4/3Ti5/3O4的晶格常数非常接近,Ag没有进入Li4/3Ti5/3O4晶格,只是均匀地分散在Li4/3Ti5/3O4颗粒中。与Li4/3Ti5/3O4相比,Li4/3Ti5/3O4/Ag复合材料具有更高的比容量,更高的库仑效率以及更低的极化。添加Ag后对Li4/3Ti5/3O4锂离子扩散系数影响不大。电化学循环过程中,Li4/3Ti5/3O4/Ag的容量损失小于Li4/3Ti5/3O4,且随着充放电倍率的增加两者容量损失差距变大。Ag的添加大大地改善了Li4/3Ti5/3O4的循环性能,尤其是大电流循环性能。     

正极材料纳米Li2FeSiO4/C的溶胶-凝胶法合成及电化学性能

采用溶胶-凝胶法,以抗坏血酸作为碳源并添加表面活性剂聚乙二醇（PEG）合成纳米复合材料Li2FeSiO4/C。研究了PEG对Li2FeSiO4/C结构及电化学性能的影响。结果表明：添加PEG后合成的纳米Li2FeSiO4/C颗粒细小（约50 nm）,表面均匀包覆一层碳。因此,纳米复合粉体Li2FeSiO4/C在充放电过程中具有更小的扩散阻力和更高的电导率,而均匀的碳层能够减少活性物质与电解液之间副反应的发生。室温下以C/16倍率充放电,首次放电比容量为138.2mA h/g,并且在不同倍率下循环40次后仍保持在130.4 mA h/g。