Effect of the Impurities on Electrochemical Performance of High-Voltage LiCoPO4 Electrode

研究了高温固相法合成的高压LiCoPO4电极的电化学性能.结果表明,杂质碳和Co2P的存在使LiCoPO4电极的放电容量降低,纯橄榄石相无杂质的LiCoPO4具有最大的放电容量,达到135 mAh/g.循环伏安测试结果显示,碳杂质的存在可能改变了锂脱嵌的机理.碳含量比较低时存在2个氧化峰,而碳含量比较高时只有1个氧化峰.阻抗测试结果显示,界面电容为16.9 μF/cm2,表观固相质子扩散系数是(2.0～3.4)× 10-9 m2/s.     

Fe掺杂对质子交换膜燃料电池Pt/C催化剂性能的影响

用铁作掺杂元素,通过液相均相沉淀-气/固高温还原两段反应方法制备了碳载Pt-Fe合金催化剂,比较了3种不同Fe含量催化剂的电催化性能.采用X射线衍射和X光电子能谱技术研究了Fe掺杂对Pt/C催化剂晶体结构及表面元素存在形态的影响.结果显示:Pt-Fe/C催化剂比单一Pt/C催化剂有更小的晶格参数,其中Fe元素可能的存在形态应为与铂结合的合金态,但不排除表面存在部分氧化态.单电池放电稳定性实验表明:在200 mA·cm-2电流密度下放电时电池电压基本稳定,其中Pt与Fe摩尔比为1∶1时电极催化效果相应较好,但大电流密度放电时电池电压下降比单一Pt/C催化剂电极的快,这说明Fe的加入能提高催化剂的电催化性能,但阴极表面氧原子浓度较大时,Fe可能发生氧化而使得电极稳定性受到影响.     

Al对La—Mg-Ni系贮氢合金电极电化学性能的影响

采用固相扩散法制备La0.7Mg0.3Ni3.5-xAlx(x=0,0.1,0.3,0.7,1.0)和La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.7-xAlx(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)贮氧合金,采用X射线衍射、能谱分析及循环伏安等方法分析含金的相结构和电极电化学性能,研究元素Al替代对合金电化学性能的影响.结果表明:合金由LaNi5、La2Ni7和LaNi3三相组成,随着Al替代量的增加,La2Ni7相晶胞逐渐膨胀,LaNi5相大量减少,LaNi3相增加,La2Ni7相有利于合金电化学性能的提高,然而过高的Al含量会对合金的放电性能带来不利影响.La0.7Mg0.3Ni3.4Al0.1和La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.6Al0.1合金电极的最大放电容量分别为354.5 mA·h/g和373.1 mA·h/g.循环伏安测试显示较明显的氧化峰和还原峰,且峰电位差较小,反映合金电极较好的吸放氢反应可逆性.     

一步固相合成Nb掺杂LiFePO4/C及其电化学性能

用廉价的三价铁离子化合物为铁源,以聚丙烯为还原剂和碳源,在一步固相法合成Nb掺杂LiFePO4的同时实现颗粒表面碳导电膜的原位包覆。结果表明:一步固相合成的Nb掺杂LiFePO4/C具有完整的橄榄石型LiFePO4晶体结构和近似球状的颗粒形貌,颗粒尺寸为100~500 nm;聚丙烯分解后在颗粒表面和颗粒之间形成连通的网络状碳膜。电化学测试结果表明,当Nb的掺入量为1.0%(摩尔分数)时具有最好的倍率放电性能和循环性能;在2C充放电时具有130 mA.h/g的放电容量,循环100次容量无衰减,在4C充放电时仍具有105 mA.h/g的放电容量。     

无钴AB_5合金与纯钴的协同效应

采用电弧熔炼法制备出不含Co的AB_5型储氢合金,并将其与纯钴粉按不同质量比复合制成复合电极。采用XRD分析了AB_5合金的相结构,使用恒流充放电测试、循环伏安测试以及交流阻抗测试来研究复合电极的电化学性能。结果表明,当无钴的AB5储氢合金与纯钴粉按质量比为1∶5复合时,复合电极的性能最佳,其最大放电容量为534.7mAh/g,循环充放电50次之后的容量保持率为69.6%。复合电极AB_5∶Co=1∶5充放电时主要发生Co与Co(OH)_2之间的氧化还原反应,AB5的存在对Co的放电起着催化作用,促进了Co/Co(OH)_2反应,放电容量明显增加。     

三价铁源对碳热还原法制备LiFePO4/C结构和性能的影响

以有机(柠檬酸铁)和无机(Fe2O3或Fe3O4)三价铁混合物为铁源,以有机铁源中的有机酸根为碳源和还原剂,通过固相-碳热还原法制备LiFePO4/C正极材料,考察无机三价铁源对正极材料结构和性能的影响.采用XRD、SEM和恒流充放电测试等方法对正极材料的结构、表观形貌及电化学性能进行研究.结果表明:以Fe2O3为无机三价铁源合成的LiFePO4/C材料的晶相单一、晶粒尺寸较小、电化学性能较好,以0.1C放电时,其第三次放电比容量达136 mA-h/g,循环20周后基本无衰减;而由Fe3O4为铁源制得的材料中含有其它杂质相,晶粒尺寸较大,电化学性能较差,以0.1C放电倍率放电时,其第三次放电比容量仅为118 mA-h/g,循环20周后衰减近17%.     

掺Cr改性MnO2的制备及其电化学性能

采用低温固相氧化还原反应法制备出掺Cr的纳米MnO2.通过X射线衍射仪对其结构进行表征,结果表明:所得样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合晶相,以纳米MnO2作为超级电容器的电极材料的单电极活性物质测得其比电容为95 F/g,掺入Cr的电极材料其比电容最大可达到163 F/g.循环伏安和恒流充放电测试结果表明,化学掺杂的配比对MnO2电化学性能的影响较大.当Mn与Cr的摩尔比为100:1时,材料具有较好的放电性能,其放电容量可提高70%.表明化学掺杂Cr有利于提高MnO2电极的电化学性能.     

基于容量参数的二次电池嵌入型电极材料固相扩散系数的测定方法

介绍了一种以容量参数为主变量的测定锂二次电池中电极材料固相扩散系数的方法.该方法只需颗粒半径这一辅助参数,通过球型扩散模型建立了恒流-恒压充电容量(RPG)比,进一步发展成为容量间歇滴定技术(CITT).采用RPG法可在较宽的电压范围内测定嵌入型电极材料的平均固相扩散系数,实验结果重现性好.由RPG法测得0～1.5 V时锂离子在石墨电极中的平均固相扩散系数值为1.055×10-10cm2/s.由CITT技术测得锂离子在LiMn2 O4中的固相扩散系数在3.95 V和4.12 V左右存在个两个极小峰,且随着循环次数的增加,扩散系数值逐渐增大.     

锂离子电池橄榄石结构正极材料LiMnPO4的合成与性能

采用固相反应法合成掺碳锂离子电池正极材料LiMnPO4.利用XRD、SEM和充放电测试表征LiMnPO4的结构、形貌与允放电性能,并研究LiMnPO4电极的交流阻抗和锂离子的扩散行为.研究表明适当提高合成温度与延长反应时间有利于促进晶体结构的完整,提高材料的放电平台和放电容量,改善电极反应表面电荷传递和材料中的锂离子扩散特性.在600℃烧结时间为24 h的条件下可合成出一次颗粒大小为0.1～0.3 μm的纯相LiMnPO4,样品容簧达到95 mA·h/g,充电态下锂离子的扩散速度为5.65x 10-13cm2/s.     

快淬速率对(Mg_(70.6)Ni_(29.4))_(92)La_8贮氢合金的微结构及电化学性能的影响

采用熔体快淬法制备(Mg70.6Ni29.4)92La8贮氢合金带,研究快淬速率对合金的微观组织结构及其电化学性能的影响。结果表明:随着快淬速率的加快,合金由纳米晶向非晶过渡,合金的非晶化程度增强,合金带的最大放电容量增加。冷却辊线速度为21.8m/s制备的合金的循环最大放电容量可达568.5mA·h/g,经过20次循环后,其最高容量保持率达79.3%;合金样品充电完成后形成的氢化物主要是Mg2NiH4,同时还保留大量的非晶结构。循环伏安测试结果显示较明显的氧化峰和还原峰,且峰电位差较小,反映电极合金具有较好的吸放氢反应的可逆性。     

碳气凝胶的纳米结构控制及其在锂离子电池中的应用(英文)

以间苯二酚和甲醛为前驱体,通过溶胶凝胶法制备有机气凝胶,通过高温裂解制备得到碳气凝胶。由于其高的比表面积,低的电阻率,空间网络结构以及化学惰性,碳气凝胶被认为是可充电电池的理想电极材料。研究了碳气凝胶的制备和结构控制,通过SEM,BET,XRD等手段测试其显微结构性质和结构控制。BET测试结果表明有机气凝胶炭化以后,比表面积显著增加,碳气凝胶具有518～621m2/g的较高比表面积。碳电极分别由碳气凝胶、石墨、碳气凝胶和石墨的混合物与黏结剂组成,以锂片为对电极制成纽扣电池。电化学测试结果显示其具有很高的首次放电容量(958.6mAh/g),但是可逆容量只有总容量的30%到40%。并且混合电极的性能优于其他纯电极。     

LiFePO4/C锂离子电池正极材料的电化学性能

以碳凝胶作为碳添加剂,采用固相法制备了复合型LiFePO4/C锂离子电池正极材料.研究了不同掺碳量对样品性能的影响.利用X射线衍射仪、扫描电镜和碳硫(质量分数)分析方法对所得样品的晶体结构、表面形貌、含碳量进行分析研究.结果表明:样品中的碳含量(质量分数)分别为0%、5%、10%、22%,所得样品均为单一的橄榄石型晶体结构,碳的加入使LiFePO4颗粒粒径减小.另外,碳分散于晶体颗粒之间,增强了颗粒之间的导电性.合成样品的电化学性能测试结果表明,掺碳后的LiFePO4放电比容量和循环性能都得到显著改善.其中,含碳量为22%的LiFePO4/C在0.1 C倍率下放电,首次放电容量达143.4 mA·h/g,充放电循环6次后电容量为142.7 mA·h/g,容量仅衰减0.7%.     

热处理对包含正二十面体准晶相Ti1.4V0.6Ni合金电极的电化学性能的影响（英文）

研究了热处理前后Ti1.4V0.6Ni合金的结构和电化学性能。采用X射线粉末衍射(XRD)方法分析合金的结构。电化学特性包括放电容量、循环稳定性和高倍率放电性能等。XRD衍射分析表明,在590°C热处理30min的合金,主要包含正二十面体准晶相、Ti2Ni(FCC)相、V基固溶相(BCC)和C14Laves相(Hex)。电化学测试显示,热处理后在30°C和放电电流密度为30mA/g的条件下,合金电极的最大放电容量可达330.9mA·h/g,并且循环稳定性和高倍率放电性能也得到改善。此外,通过电化学阻抗和合金内部氢的扩散系数研究了合金电极的动力学性能。     

一种新颖、环境友好和简易的实现氧化性能量在氢氧化镍膜电极中储存的新方法(英文)

采用多种电化学方法研究了一种由氢氧化镍膜电极和氧还原电极组成的电化学电池体系的氧化性能量储存行为。应用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析方法表征样品的结构和表面形貌。研究发现,当耦合体系中阴极电解液的氧含量较高或pH值较低时,可以明显改善氧化性能量在氢氧化镍膜电极中的储存。氧化?放电循环测试结果表明,在采用1.0mol/LNa2SO4(pH=2)作为阴极电解液的耦合体系中氧化处理600s后,氢氧化镍膜电极在第1次和第12次循环后的放电容量分别为79.0和97.9mC/cm2。这表明设计的氧化性能量储存和转换体系具有优异的电化学可逆性。     

La（0.67-x）（Ti/Zr）xMg0.33Ni2.5Co0.5（x=0～0.15）贮氢合金结构和电化学性能

采用感应熔铸＋热处理的方法制备了La（0.67-x）（Ti/Zr）xMg0.33Ni2.5Co0.5合金.结构分析表明,合金由PuNi3型相、Ce2Ni7型相、MgCu4Sn型相和Ti-Ni或Zr-Ni合金相等组成;Ti/Zr元素在PuNi3型物相和Ce2Ni7型物相中没有固溶,而是单独以Ti-Ni和Zr-Ni合金的形式存在;随Ti和Zr含量的增多,合金中PuNi3型物相的单胞体积呈线性减小趋势.Ti和Zr元素的掺入提高了合金的吸放氢平台,降低了合金的贮氢量.电化学研究表明,Ti/Zr元素显著提高了合金电极的高倍率放电性能,但过量的Zr元素会恶化合金电极的电催化活性;Ti/Zr元素的掺入对合金电极循环稳定性有一定改善,但同时会降低合金电极的电化学放电容量.     

热处理对包含正二十面体准晶相Ti_(1.4)V_(0.6)Ni合金电极的电化学性能的影响(英文)

研究了热处理前后Ti1.4V0.6Ni合金的结构和电化学性能。采用X射线粉末衍射(XRD)方法分析合金的结构。电化学特性包括放电容量、循环稳定性和高倍率放电性能等。XRD衍射分析表明,在590°C热处理30min的合金,主要包含正二十面体准晶相、Ti2Ni(FCC)相、V基固溶相(BCC)和C14Laves相(Hex)。电化学测试显示,热处理后在30°C和放电电流密度为30mA/g的条件下,合金电极的最大放电容量可达330.9mA·h/g,并且循环稳定性和高倍率放电性能也得到改善。此外,通过电化学阻抗和合金内部氢的扩散系数研究了合金电极的动力学性能。     

锂空气电池空气电极层次多孔碳的制备及其性能

在不同表面活性剂浓度下通过溶胶-凝胶自组装方法制备了具有介孔结构的层次多孔碳材料（HPCs）。用场发射扫描电镜（FE-SEM）、透射电镜（TEM）、氮气吸脱附测试和恒流充放电测试对样品进行物理和电化学性能研究。结果表明：所有的HPCs主要为介孔结构并且具有相似的孔径分布。以HPCs为空气电极载体碳材料的锂空气电池具有较高的放电容量。且相似孔径大小的碳材料为载体的锂空气电池放电容量随着碳材料的比表面积增加而增加。在c（CTAB）=0.27 mol/L时制备的HPCs-3样品具有最佳的电化学性能。通过控制放电深度至800 mA·h/g,电池表现出良好的容量保持率,在0.1 mA/cm2电流密度下,首次放电容量为2050 mA·h/g。     

La0.7Y0.3Ni3.4-xMnxAl0.1(Х=0~0.5)储氢合金微观结构和电化学性能

采用真空电弧熔炼及热处理的方法制备La0.7Y0.3Ni3.4-ХMnХAl0.1(Х=0~0.5)合金,通过XRD、SEM、EDS和电化学测试等方法,系统地研究了Mn替代Ni对合金微观组织、储氢和电化学性能的影响规律。结果表明,退火合金微观组织由主相Ce2Ni7型相和杂相PuNi3型、CeNi3型及Ce5Co19型相组成,Ce2Ni7型主相的丰度随Mn含量增加呈先增大后减小变化规律。当Х=0.2时,主相的丰度达到最大值89.03%。增加Mn的含量有助于缓解合金的氢致非晶化倾向。随着Mn含量的增加,合金电极的放电容量逐渐升高,而充放电循环稳定性却逐渐降低,合金电极的最大放电容量和最佳循环稳定性分别为308.6mAh/g与95.09%。合金电极的反应动力学分析结果表明,氢原子在合金体相中的扩散为合金电极高倍率放电性能的动力学控制步骤。     

复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料的制备与电化学性能研究

以超声波辅助沉淀法合成的纳米级球形FePO4·2H2O为原料,采用碳热还原法制备了复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电测试,循环伏安和交流阻抗测试表征了FePO4·2H2O和LiFePO4/C的物相、结构和电化学性能。结果表明,溶液浓度为0.1 mol/L时制备的FePO4·2H2O为分布均匀的纳米级球形颗粒。复合金属掺杂显著提高了LiFePO4的放电比容量,Ni和Nb复合掺杂的LiFePO4/C复合材料表现出了最佳的电化学性能,0.1 C倍率条件下首次放电容量158.8 mAh/g,1 C倍率下首次放电容量150.2 mAh/g,100次循环后容量保持率分别为98.30%和97.8%。Ni和Nb复合掺杂后提高了LiFePO4的锂离子扩散速率和电导率。     

La_(0.7)Y_(0.3)Ni_(3.4-x)Mn_xAl_(0.1)(x=0~0.5)储氢合微观结构和电化学性能

采用真空电弧熔炼及热处理的方法制备La0.7Y0.3Ni3.4-x MnxAl0.1(x=0～0.5)合金,通过XRD、SEM、EDS和电化学测试等方法,系统地研究了Mn替代Ni对合金微观组织、储氢和电化学性能的影响规律。结果表明,退火合金微观组织由主相Ce2Ni7型相和杂相PuNi3型、CeNi3型及Ce5Co19型相组成,Ce2Ni7型主相的丰度随Mn含量增加呈先增大后减小变化规律。当x=0.2时,主相的丰度达到最大值89.03%。增加Mn的含量有助于缓解合金的氢致非晶化倾向。随着Mn含量的增加,合金电极的放电容量逐渐升高,而充放电循环稳定性却逐渐降低,合金电极的最大放电容量和最佳循环稳定性分别为308.6mAh/g与95.09%。合金电极的反应动力学分析结果表明,氢原子在合金体相中的扩散为合金电极高倍率放电性能的动力学控制步骤。