F-掺杂LiMn2O4的合成及电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成掺杂F^-的LiMn2O4。通过XRD、SEM对掺杂F-的LiMn2O4材料的组成、结构、微观形貌等进行分析与表征,测试不同F^-掺杂量的LiMn2O4在常温（20℃）、高温（55℃）下的电化学性能。结果表明：所合成的材料具有良好的尖晶石立方结构,无杂相;F^-的掺杂提高了材料的比容量,增强了材料的稳定性,改善了其在高温下的循环性能。当F^-的掺入量x由0增加到0.1时,材料的比容量由119.7 mA.h/g增加到124.9 mA.h/g,高温下充放电30个循环后容量保持率由79.4%增加到84.4%。     

超级电容器用LiMn2O4的制备与性能

采用高温固相法制备尖晶石型LiMn2O4电极材料.XRD结果表明经700℃煅烧即可得到尖晶石型LiMn2O4样品.利用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等测试方法研究了合成过程中温度和时间对尖晶石型LiMn2O4电极材料在2mol·L-1.(NH4)2SO4溶液中电容性能的影响.结果表明LiMn2O4电极材料具有较好的电容性能.恒流充放电和循环伏安结果表明,当煅烧温度700℃,恒温时间4-2Ah时,其容量并没有明显的变化,电流密度为10mA·cm-2时,其放电比容量保持在127F·g-1.交流阻抗结果也表明,LiMn2O4电极在2mol·L"(-1H4)2SO4溶液中具有较好的电化学电容行为,700℃下煅烧的样品的溶液欧姆电阻仅为05Ω.     

以Mn3O4为前驱体制备尖晶石型LiMn2O4及其性能

采用改进的固相反应法合成了高性能的锂离子电池正极材料LiMn2O4。首先,以廉价的MnSO4为原料,通过水解氧化法制备纳米级Mn3O4前驱体;然后,将Mn3O4和Li2CO3混合均匀,在750℃固相反应20 h,得到尖晶石型LiMn2O4。用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对Mn3O4前驱体和LiMn2O4样品进行表征,用充放电测试和循环伏安技术对LiMn2O4样品进行电化学性能研究。结果表明:所制备的LiMn2O4具有完整的尖晶石型结构,且晶体粒子分布均匀。所制备的LiMn2O4材料在3.0~4.4 V之间,室温(25℃)下,在0.2C倍率下首次放电比容量为130.6 mA.h/g;在0.5C倍率下首次放电比容量为127.1 mA.h/g,30次循环后,容量仍有109.5 mA.h/g,且样品具有较好的高温性能。     

LiMn2O4正极材料的合成及电化学性能

根据Li2CO3／MnO2混合粉体的TG-DSC分析结果，采用高温固相反应法，在不同的预保温温度下合成出正极材料LiMn2O4。对其进行XRD，SEM表征和电化学性能测试，确定了在600℃预保温和830℃最终合成的优化工艺。该工艺合成的LiMn2O4粉体具有单一的尖晶石相结构和粒度分布均匀的形貌。组装成电池在常温下循环时，初始放电比容量达122mAh／g，20次循环后容量保持在96％左右。其循环伏安曲线经过20次循环后仍可保持较好的形状。     

锂离子电池正极材料LiFePO_4的水热合成及其性能

以H_3PO_4、FeSO_4·7H_2O和LiOH·H_2O为原料,石墨烯为碳源,采用水热合成法制备锂离子电池正极材料LiFePO_4,考察水热反应温度和后期的焙烧温度等工艺条件对合成产物结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,水热反应温度和焙烧温度对合成的LiFePO_4形貌结构与电化学性能均有显著的影响,石墨烯的掺入可明显改善材料的电化学性能。当水热温度为150℃、焙烧温度为700℃、石墨烯的掺入量为3%(质量分数)时,制备的样品具有相对较好的电化学性能,0.1C倍率下首次放电比容量为134.0 mA·h/g,经过20次循环后的比容量为131.3 mA·h/g,容量衰减率仅为2.02%。     

PAA络合法制备LiMn_2O_4粉体及其电化学性能

采用络合法并结合热处理工艺制备LiMn2O4粉体,考察了热处理温度对LiMn2O4粉体结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明:以聚丙烯酸(PAA)、硝酸锂和硝酸锰为原料,在一定温度下合成了稳定的溶胶和凝胶,在不同的煅烧温度下制得了LiMn2O4粉体。随着煅烧温度的升高,粉体颗粒逐渐增大,晶型趋于完整。700℃下煅烧10 h制得的LiMn2O4颗粒大小均匀,晶型完整且没有明显团聚现象。0.1 C倍率首次放电比容量达到118 mA·h/g,经80次循环后仍能达到112 mA·h/g,容量保持率高达95%,表现出良好的循环稳定性。     

水热合成锂离子正极材料LiMn2O4

将水热合成引入到Pechini方法制得了尖晶石结构的锂离子电池正极材料LiMn2O4，此方法不但节省原料，而且工艺简单易行。讨论了煅烧温度、粒度和比表面积因素对LiMn2O4电化学性能的影响。结果表明：在煅烧温度为650℃时，晶化完全，粒子尺寸适中，初始容量为122mAh／g。     

LiMn2O4/Li4Ti5O12复合材料的制备与电化学性能

以LiMn2O4、醋酸锂和钛酸四丁酯为原料,乙醇为溶剂,采用原位复合法制备LiMn2O4/Li4Ti5O12复合材料.采用X射线衍射分析、红外光谱、扫描电镜和电化学测试等手段对复合材料进行表征.结果表明,在LiMn2O4/Li4Ti5O12复合材料中晶态的LiMn2O4表面被无定形结构的Li4Ti5O12包覆,但Li4Ti5O12的存在并没有改变LiMn2O4的晶体结构.由于Li4Ti5O12的包覆,LiMn2O4的倍率性能和高温性能都得到显著提高:室温下2.0C放电时20次循环后LiMn2O4/Li4Ti5O12复合材料的可逆容量达到108.4mA·h/g,平均每次循环的容量损失只有0.053%;而55 ℃ 1.0C放电时,经60次循环后LiMn2O4/Li4Ti5O12的放电容量为109.9 mA·h/g,平均每次循环的容量损失为0.036%.     

球形高电压LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其电化学性能

以化学共沉淀法制备的球形Ni0.25Mn0.75CO3为前驱体合成高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,探讨用前驱体与Li2CO3直接反应和用前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应两种工艺路线对LiNi0.5Mn1.5O4形貌和电化学性能的影响。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对Ni0.25Mn0.75CO3前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4样品进行表征,用充放电测试和循环伏安法对LiNi0.5Mn1.5O4样品进行电化学性能研究。结果表明:两种方法合成的LiNi0.5Mn1.5O4均具有尖晶石型结构。但以前驱体Ni0.25Mn0.75CO3直接与Li2CO3反应合成的LiNi0.5Mn1.5O4的一次粒子颗粒较大,形貌较差,性能也较差;而以前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应合成的LiNi0.5Mn1.5O4的形貌及性能均较好。在3.0~4.9 V的电压范围内,1C倍率下电池的放电比容量达到136.3 mA.h/g,循环100次仍有126.5 mA.h/g,且材料具有较好的倍率性能;5C倍率下的首次放电比容量高达120.7 mA.h/g。     

稀土元素对LiMn_2O_4电极材料相结构及性能的影响

采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电池测试系统等研究了不同稀土掺杂元素La、Ce、Nd等对Pechini法合成的LiMn2O4材料的相结构、形貌及电化学性能的影响规律.结果表明,合成的LiMn2O4、LiLa0.03Mn1.97O4、LiLa0.01Ce0.01Nd0.01Mn1.97O4样品具有纯尖晶石型LiMn2O4结构,LiLa0.015Ce0.015Mn1.97O4样品由LiMn:O.相及微量杂质相CeO2组成;样品呈规则的近球形或球形,其粒径范围为0.5～2.5μm.稀土元素取代使LiMn2O4材料的初始容量略有降低、循环稳定性能有较大增加,LiMn2O4、LiLa0.03Mn1.97O4、LiLa0.015Ce0.015Mn1.97O4、LiLa0.01Ce0.01Nd0.01Mn1.97O42样品的初始容量分别为126.0、120.0、117.3、124.0 mA·h/g,经30次循环充放电后的容量分别为88.9、102.7、101.6、109.1 mA·h/g.     

Synthesis and character of spinel LiMn2O4

1　INTRODUCTIONTheincreasingconcernsonportableelectricele mentsdemandmoreandmoreelectrochemicalener gy .Countriesallovertheworldhaveputlargequan tityofmanuallabors ,materialresourcesandfinancialresourcesonbasicresearchanddevelopmentonnewtypeofrechargeablebatteries[1,2 ] .However ,thisnewtypeofbatteriesisbasedonstudyinganddevel opingperfectperformanceofmaterials ,especiallyonmaterialsofthelithiumbatteries.LixMn2 O4 cathodematerialshavebeenwidelystudiedoverthelasttwodecadesasapotentialcand…     

Structure and electrochemical properties of LiMn2O4

LiMn2O4, a cathode material of lithium ion battery, was prepared by the citric acid complexing method using lithium acetate and manganese acetate as raw materials. The type of atom location confused degree, the confused degree and judgement method in LiMn2O4 were analyzed. The effect of sintering temperature on structure and electrochemical properties of LiMn2O4 was also investigated. The results show that the atom location confused degree increases with the decrease of the X-ray diffraction peak intensity ratio of LiMn2O4, Ⅰ111/Ⅰ311. The type of atom location confused degree depends on the variation tendency of Ⅰ111/Ⅰ311 and Ⅰ311/Ⅰ400 value. If the variation tendency is the same, it belongs to the 16c type location confusion, however, if the variation tendency is contrary, it belongs to the anti-spinel type location confusion. When the sintering temperature is low, it is apt to produce the anti-spinel location confusion in LiMn2O4. With the increase of sintering temperature, the confused degree with the anti-spinel type gradually reduces, however, the confused degree with 16c type increases to some extent. When the atom location confusion with the anti-spinel type appears in LiMn2O4, both the initial discharging capacity and cycling properties of LiMn2O4 reduce. However, the atom location confusion with 16c type does not affect the charge and discharge properties of LiMn2O4.     

尖晶石LiMn2O4和LiCoO2与电解液的相容性

研究锂离子电池正极活性材料尖晶石LiMn2O4和LiCoO2与6种电解液充、放电时的相容性。用X射线衍射检测自制的LiCoO2试样和尖晶石LiMn2O4试样的结构；用粉末微电极循环伏安法测定6种电解液在导电剂乙炔黑表面的氧化电位；将制得的尖晶石LiMn2O4试样和LiCoO2试样在上述电解液中进行恒电流充放电实验。结果表明：充电至高电位3．3～4．3V（vs Li／Li^＋）时，如果正极活性材料表面与电解液发生不可逆反应并在其上覆盖一薄层电子不可导的钝化膜，则将导致活性材料的充、放电效率降低，放电容量减少，即正极活性材料与电解液的相容性差；反之，则相容性好；尖晶石LiMn2O4与上述6种电解液的相容性都很好，普适性强；LiCoO2与上述6种电解液的相容性差别较大，呈选择性。     

LiMn2-xCoxO4催化剂的溶胶-凝胶法合成

为了改善空气电极的电催化性能，提高锌空气电池的放电电流密度。采用溶胶．凝胶法制备了锌空气电池用催化剂LiMn2-xCoxO4。通过X射线衍射(XRD)、粒径分布、稳态电流．电压极化曲线等方法，研究了所得催化剂的结构及其电催化性能。并与高温固相反应法所得催化剂的结构与电催化性能作了对比。结果表明，当反应体系的pH值为7～8、温度为80℃时所得凝胶再经600℃下保温处理12h，可以得到具有最高催化活性的催化剂；溶胶．凝胶法合成催化剂的粒径较小，主要集中在1μm～4．5μm的范围内，粒度分布较窄，而高温固相反应法合成催化剂的粒径较大，主要集中在5μm～30μm的范围内。粒度分布较宽：2种方法所得的催化剂具有完全相同的晶态结构；溶胶．凝胶法和高温固相反应法催化剂的空气电极在-0．6V极化电位下的电流密度分别达到250mA／cm^2和210mA／cm^2，前者比后者的较高。     

Preparation of modified LiMn2O4 by solid-state reaction

Modified lithium manganese oxides were prepared by solid-state reaction of LiMn2O4 and LiCoO2 as raw materials. A study was carried out by TG-DSC,XRD, DSC and electrochemical to analyse the reaction process and structural characterization of products. The results show that the LiMn2O4 reacts chemically with LiCoO2 at high temperature. All of Li and partial Co atoms can insert into the LiMn2O4 crystal lattice and a newly formed spinel phase-modified LiMn2O4 was obtained. The distribution of Co content is even in modified LiMN2O4 compound. The modified LiMn2O4 compound exhibits improved cycling stability at room and elevated temperature in comparison with the pure LiMn2O4.     

电解二氧化锰预处理对制备锰酸锂性能的影响

分别采用酸洗、预烧、浸渍掺铬的方式对电解二氧化锰(EMD)进行预处理,研究EMD预处理对制备锰酸锂性能的影响.采用XRD、ICP等手段对预处理的EMD及制备的锰酸锂进行表征,并通过Li/LiMn2O4电池的充放电测试对其电化学性能进行评估.结果表明,酸洗后EMD中的钠、硫等无机杂质含量显著降低;预烧能够有效去除EMD吸附的水分和有机杂质,扩大孔径,增多反应活性位点;对EMD进行浸渍掺铬的预处理,能够得到更加均质的掺铬锰酸锂材料LiCr0.05M1.95O4,并表现出较好的结构稳定性及容量保持率.     

Microstructure and electrochemical performances of LiF-coated spinel LiMn2O4

LiF-coated LiMn2O4 samples were prepared via a chemical method. X-ray diffraction （XRD） patterns show that the bare LiMn2O4 and the LiF-coated LiMn2O4 samples are all spinel structure in Fd3m space group. The apparent morphologies, the spectroscopic properties and the LiF distributions of the as-prepared samples were studied by scanning electronic microscopy （SEM）, Fourier infrared spectroscopy （FTIR）, transmission electronic microscopy （TEM）, selected area electron diffractometry （SAED） respectively. The LiF-coated LiMn2O4 gets a more stable surface than bare LiMn2O4, and changes the interaction between the cathode material and the electrolyte. Therefore, it can endure overcharge in the secondary lithium batteries, and achieve better electrochemical performances even when charged to 4.7 V and 4.9 V.     

Ni-F共掺纳米LiMn2O4正极材料及电化学性能

采用熔盐燃烧合成了Ni-F共掺的纳米LiNi_(0.03)Mn_(1.97)O_(3.95)F_(0.05)(LNMOF)正极材料。结果表明,Ni-F共掺显著提高了材料的倍率性能、循环稳定性及初始比容量,在5、10、15和20 C倍率下,首次放电比容量分别为101.4、92.5、89.4和66.8 mAh?g~(-1),循环1000次后容量保持率分别为77.9%、70.8%、70.9%和72.9%。循环伏安和电化学阻抗测试结果表明,与LiMn_2O_4样品相比,LNMOF正极材料有较低的表观活化能24.72 kJ?mol~(-1)与较大的锂离子扩散系数1.174×10~(-8)cm~2?s~(-1)。对循环前后极片进行XRD分析,发现LNMOF晶体结构基本没有变化。适量的镍和氟共掺杂能够有效抑制Jahn-Teller畸变,稳定晶体结构,在材料的比容量提高的同时,也改善了材料的循环性能。     

尖晶石LiMn2O4薄膜的溶胶-凝胶制备

以柠檬酸为螯合剂，与硝酸锂和硝酸锰形成均匀稳定的溶胶，采用旋转涂布（Dip—coating）技术在不锈钢或单晶硅基片上沉积LiMn204正极薄膜，考察了升温速率、退火温度等对其形貌、组成以及结构影响。结果表明：随着退火温度降低以及升温速率的减小，薄膜的表面均匀性增加；在升温速率1℃／min，700℃时退火2h获得了与基片结合性能良好、表面均匀、无裂缝、无剥落现象的具有尖晶石结构的纳米LiMn2O4薄膜，有望作为阴极材料用于全固态薄膜锂离子电池。