Ce掺杂锂离子电池正极材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备及电化学研究

采用硝酸锂(LiNO_3)、六水硝酸镍[Ni(NO_3)_2·6H_2O]、四水乙酸钴[Co(CH_3COO)_2·4H_2O]和四水乙酸锰[Mn(CH_3COO)_2·4H_2O]为原料,用燃烧法制得锂离子电池富锂锰基层状正极材料{Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2},并用铈离子掺杂改性。对样品进行测试,并分析了不同的Ce掺杂量对正极材料的结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,4种材料都具有典型的层状α-NaFeO_2结构,说明掺杂后并未改变材料的层状结构;样品Li[Li_(0.2)Mn_(0.54-x )Ni_(0.13)Co_(0.13)Ce_x]O_2(x=0.034)性能最佳,在电流密度为20mA/g,电压为2.0~4.7V的充放电条件下,具有最高的首次充放电比容量分别为240.1mA/g和164.7mA/g,首次库伦效率为68.6%。     

共沉淀法制备锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2

采用化学共沉淀法,以硫酸盐为原料,氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,制备得到颗粒均匀的镍钴锰氢氧化物Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体,通过跟Li_2CO_3混合烧结后得到类球形的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。采用热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品的结构、形貌、粒径分布进行表征,并利用恒流充放电测试对材料的电化学性能进行了分析。结果表明,在pH值=11.5的条件下制备得到的前驱体,与Li2CO3混合后,900℃下烧结后的正极材料,球形形貌规整,具有层状结构和优异的电化学性能,首次放电比容量达159mAh/g,60次充放电循环后放电比容量为147.1mAh/g,容量保持率为92%。可见所制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料具有高放电比容量、良好的循环性能和结构稳定性。     

锰基锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的制备与电化学特性研究

对掺杂镍(Ni)和钴(Co)固体物质锰基锂正极材料进行研究,采用高温固相合成法制得锰基锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2,采用X射线衍射仪分析该合成材料在不同恒定温度煅烧下的晶体结构和材料表征,采用高精度电池测试仪测试电池的电化学特性。测试结果表明,锰基锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2为六方晶系,α-NaFeO2结构,R3m空间群,结晶程度极高,结构稳定性很好。锰基锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的充电平台和放电平台分别为4.2V和3.2V,在0.1C倍率下,充电比容量高达约370mAh/g,放电比容量高达约325mAh/g,在不同倍率下经过10次循环后其比容量保持稳定。     

二次水热法制备鸟巢状TiO2/Co3O4纳米结构及其锂电性能

以TiO_2粉末和NaOH为原料,在机械外力场作用下,采用水热法制备TiO_2纳米线。随后将得到的TiO_2纳米线与六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)和尿素(Urea)共同水热反应制备TiO_2/Co_3O_4纳米结构材料。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪和电化学工作站等,对材料的相组成、微观形貌、锂电性能和阻抗性能进行测试。结果表明,TiO_2/Co_3O_4纳米复合材料为鸟巢状结构,其在33.5mA/g电流密度下恒电流充放电的首次放电容量为777mAh/g,充电容量为759mAh/g,100次循环后的可逆容量仍保持在663mAh/g,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

Ni(OH)_2/RGO复合材料的化学沉淀-回流法制备和放电性能

以氧化石墨(GO)和NiSO_4·6H_2O为前驱体,氨水为沉淀剂,用化学沉淀-回流法制备Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,用XRD、SEM表征材料的结构和表面微观形貌,用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)测试电极材料的电化学性能,研究了GO:Ni(OH)_2质量比和氨水浓度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:所制备的β-Ni(OH)_2/RGO复合材料为Ni(OH)_2纳米片与RGO片相互插层的结构,当氨水的浓度为3 mol/L,GO:Ni(OH)_2=1:8(质量比)时复合电极材料在0.2C的放电比容量高达334.9 mAh/g,5C的放电比容量为260.2 mAh/g,保持在β-Ni(OH)_2理论比容量的90%,表现出良好的倍率性能和循环性能。     

碳纳米管纸上β-Co（OH）2纳米花的生长及其电化学电容行为

通过水热法制备了粘附于导电碳纳米管(CNT)纸表面生长的层级花状β-Co(OH)2,并将其作为电化学电容器高性能柔性复合电极材料。用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了产物的微观结构和形貌。所得材料为三维疏松分层纳米花结构的β-Co(OH)2/CNT纸复合材料,其直径约为3μm。通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗等测试手段研究了该柔性材料的电容性能,结果表明:该复合材料在6 mol/LKOH电解液中,电流密度为2A/g时比容量达到2764 F/g;碳纳米管纸赋予了复合材料优良的导电性和柔韧性,同时β-Co(OH)2的层级花状结构利于活性物质与电解液之间的接触,因此,复合材料与纯的β-Co(OH)2相比,倍率容量和循环性能都得到明显改善。     

LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2合成工艺对其电化学性能的影响

采用液相共沉淀法合成前驱体Ni_(0.8)Co_(0.2)(OH)_2,再通过高温焙烧合成LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2。研究了前驱体反应时间、反应温度、高温焙烧温度及焙烧时间对材料电化学性能的影响。对所制备材料进行恒流充放电测试,结果表明,在55℃下,共沉淀反应时间为3 h时,制备的材料具有较好的电化学性能,其首次放电比容量为164.5 mAh·g~(-1),50次容量保持率为92.6%。不同焙烧温度和焙烧时间制备材料的电化学性能的测试结果表明,随着焙烧温度的升高和焙烧时间的增加,产物的电化学性能逐渐提高。焙烧温度为800℃,焙烧时间为20 h得到材料的电化学性能最优,其首次放电比容量为162 mAh·g~(-1)。。因此,所制备的LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2最佳合成工艺条件为:共沉淀反应温度55℃,反应时间3 h,焙烧温度为800℃,焙烧时间为20 h。     

LiMn_2O_4正极材料的制备及电化学性能研究

以氢氧化锂(LiOH·H_2O)和乙酸锰[Mn(CH_3COOH)_2·4H_2O]为锂源和锰源,柠檬酸(C_6H_8O_7·H_2O)为络合剂,用喷雾干燥法制得球形前驱体,经煅烧制得尖晶石型锰酸锂(LiMn_2O_4)。用XRD、SEM、恒流充放电和循环伏安对制得的材料进行表征。结果表明,在空气气氛下,经400℃煅烧,无定形的前驱体完全转化为LiMn_2O_4。当煅烧温度升至700℃时,样品的电化学性能最好,此时LiMn_2O_4呈多孔的微米球形,粒径分布为2.0~3.5μm,孔壁由25~52nm的晶粒组成。在0.2C下,电压范围在3.0~4.5V的首次放电比容量为116mAh/g,30次循环后的容量保持率为100%,具有很好的循环稳定性。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,150.4,138.5 mAh·g~(-1).由0.1到1C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAh·g~(-1)降为29.1 mAh·g~(-1),容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.     

花状Co_3O_4纳米颗粒的制备及其超级电容性能的研究

以Co(Cl)_2·6H_2O作为钴源,尿素作为沉淀剂,利用水热法在泡沫镍上制备了Co_3O_4纳米颗粒,利用X射线衍射仪和扫描电镜对所制备Co_3O_4纳米颗粒的物相和表面形貌进行了表征,并对其电化学性能进行了测试。结果表明,长在泡沫镍基体上由纳米线构成的花状Co_3O_4颗粒,不仅具有优良的电化学性能,比电容最高可达580.10F/g,且在放电电流密度为4A/g时,循环1000次后比电容仍能保持最初的95.703%,表现出良好的循环稳定性。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.2)O_2的草酸共沉淀合成

以NiSO_4·6H_2O、MnSO_4·H_2O、Co(NO_3)_3·6H_2O和LiNO_3为原料,通过草酸共沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4) Co_(0.2)O_2。采用SEM、XRD和充放电试验对合成样品进行了表征。研究了合成温度、合成时间以及锂过量对合成产物结构的影响。实验结果表明,采用草酸共沉淀法合成LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2的最佳条件为:将共沉淀合成的掺钴Ni-Mn复合草酸盐与LiNO_3的混合物于850℃煅烧20h,锂过量10%(摩尔分数)。合成的LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2具有α-NaFeO_2型层状结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35V的首次放电比容量达到158.7mAh/g,经20次循环后放电比容量稳定在145mAh/g左右。     

静电组装法制备介孔Co_3O_4

以氯化钴(CoCl_2·6H_2O)和钼酸铵((NH_4)_6Mo_7O_(24)·4H_2O)为原料,通过水解、静电自组装和焙烧制成介孔Co_3O_4/MoO_3,再用NaOH溶解得到介孔Co_3O_4。用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面及孔隙度分析仪(ASAP)对制备材料进行表征,合成的介孔Co_3O_4最大BET比表面积为127.4 m~2/g,平均孔直径为4nm。用制备的介孔Co_3O_4/MoO_3和介孔Co_3O_4为催化剂,亚甲蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO))为染料废水,以双氧水(H2O2)为氧化剂进行催化降解研究,制备的介孔材料对有机染料均有较高的催化降解活性。     

正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面包覆改性研究

采用沉淀法对镍钴猛锂正极材料(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)分别以氧化钇(Y_2O_3)、磷酸钇(YPO_4)、氧化铝(Al_2O_3)和磷酸铝(AlPO_4)行了表面包覆。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗谱(EIS)及恒流充放电等方法表征了材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明,包覆剂没有改变材料的晶体结构,可以均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料表面,并且显著提高了材料的电化学性能。在2.5~4.5V电压范围和20mA/g电流密度下,包覆0.5%AlPO_4的材料首次放电容量为198.6mAh/g,50次循环后材料的放电容量保持到196.1mAh/g,而包覆Y_2O_3、YPO_4、Al_2O_3的材料其电化学性能均低于AlPO_4包覆材料。     

多壁碳纳米管/四氧化三钴复合材料的微波吸收性能研究

以浓硝酸酸化的多壁碳纳米管(MWCNTs)、六水合硝酸钴(Co(NO_3)2·6H_2O)、无水乙醇为原料,通过溶剂热法制备多壁碳纳米管/四氧化三钴(MWCNTs/Co_3O_4)复合材料。研究了Co_3O_4和MWCNTs/Co_3O_4复合材料的微波吸收性能。通过X射线衍射仪(XRD)、网络矢量分析仪等对该复合材料的物质组成以及电磁波吸收等性能进行了表征。结果表明复合材料中的Co_3O_4成功的负载在MWCNTs上。复合材料与石蜡粘等质量混合制成吸波材料,当样品厚度为5mm时,MWCNTs/Co_3O_4复合材料在17.3GHz处的最大反射损耗为-30dB,低于-10dB的频带宽度达到2GHz(16~18GHz),较单一Co_3O_4的吸波效果大大提升,可见MWCNTs/Co_3O_4复合材料在微波吸收方向具有重要应用。     

纳米Co3O4/ZnO复合材料的制备及其光催化性能的研究

以Co(NO_3)_2为原料,CO(NH_2)_2为沉淀剂,H_2O_2为氧化剂,通过水热-煅烧制备Co_3O_4和Co_3O_4/ZnO纳米颗粒。通过XRD、FT-IR、SEM对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,所制备出的Co_3O_4呈现多片层组成的不规则颗粒结构,Co_3O_4/ZnO的形貌为片层堆叠的球状结构。在紫外光照条件下降解甲基橙溶液研究了Co_3O_4与Co_3O_4/ZnO复合材料的光催化性,发现Co_3O_4/ZnO复合材料比Co_3O_4颗粒具有更好的光催化性能活性,其对甲基橙的降解率在72 h可达99%。     

混合氨-碱沉淀剂制备Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料及其电化学性能

利用简单易行的化学沉淀-回流法制备了Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,研究了不同混合氨-碱沉淀剂对复合材料电化学性能的影响。采用XRD、拉曼光谱(Raman)和SEM表征Ni(OH)_2/RGO复合材料的微观结构和形貌。当以NH_3·H_2O-NaOH作为沉淀剂时,Ni(OH)_2/RGO复合材料中β-Ni(OH)_2纳米片均匀分散在石墨烯片层之间,形成相互插层结构。利用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明:放电倍率为0.2C时,Ni(OH)_2/RGO复合电极材料的放电比容量达到344.8mAh/g,比β-Ni(OH)2的放电比容量高出约29%;5C时放电比容量为274.5mAh/g,经过50个循环,容量保持率为98.8%,呈现出良好的倍率性能和循环性能。     

固相法合成LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料及其电化学性能研究

以碳酸锂(Li_2CO_3)、三氧化二镍(Ni_2O_3)、三氧化二钴(Co_2O_3)及纳米级氧化铝(Al_2O_3)为原料,采用固相法合成LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)三元正极材料,通过X射线衍射和扫描电镜对正极材料的物相结构、颗粒大小及形貌进行分析与表征。结果表明:在800℃下煅烧18h的正极材料具有最好的结晶度,粒径在200~400nm之间,粒度分布均匀,没有其他杂质存在。NCA三元正极材料的电化学性能测试表明:充放电过程中Li~+脱出/嵌入较为容易,循环性能和稳定性良好,首次充电容量为145.8mAh/g,放电容量为142.2mAh/g,电化学性能较好。     

LaF_3表面修饰Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备及其电化学性能

分别以Na_2CO_3和NH_3·H_2O为沉淀剂和络合剂,用共沉淀法和950℃高温烧结制备Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2,并用湿化学法将LaF_3包覆在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2正极材料表层。用XRD,SEM,TEM等手段表征了LaF_3包覆前后Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构和表面形貌,用电化学测试仪检测样品的充放电性能。结果表明,包覆前后材料的结构没有变化,已经成功地将LaF_3包覆在Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2表面;LaF_3包覆使Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的电化学综合性能明显提高。在5C高倍率下,LaF_3-Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的放电比容量比原始Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2超过了20.3 mAh·g~(-1)。经过100次循环后LaF_3-Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的容量保持率高达94.8%,循环稳定性更佳。这些结果表明,LaF_3包覆改性是提高Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2电化学性能切实可行的方法。     

多孔球状LiMn_2O_4的制备及其电化学性能研究

采用温和的制备方法成功制备出多孔球状LiMn_2O_4,首先制得MnCO_3和MnO_2混合微球前驱体,随后将前驱体与LiNO3混合均匀合成多孔球状LiMn_2O_4。通过X射线衍射仪和扫描电镜分析表明:所制得材料为纯相尖晶石LiMn_2O_4、无杂质相且所制备LiMn_2O_4呈现出多孔的球状结构形貌;电化学性能测试表明:该多孔球状LiMn_2O_4具有优异的电化学性能,多孔球状LiMn_2O_4的首次充放电比容量为118.9mAh/g(0.5C,3.5~4.3V),经过100次充放电循环后,放电比容量为108.6mAh/g,容量保持率为91.3%;在5C的倍率下多孔球状LiMn_2O_4的放电容量可达70mAh/g。     

纳米Co(OH)2的制备与电化学性能的研究

采用湿化学法合成了纳米Co(OH)2。并运用XRD、TEM等方法对反应产物进行了观察分析,结果表明得到的为六方片状的β-Co(OH)2,粒径在20-40nm之间。将该纳米β-Co(OH)2添加到镍正极中,电池测试结果表明,纳米β-Co(OH)2在电解质溶液中具有高的反应活性,能均匀地分散在镍正极中。与金属钴相比,能显著地提高镍电极中活性物质Ni(OH)2的利用率。