锂离子电池正极材料V6 O13的研究进展

综述了新型锂离子电池正极材料V_6O_(13)的研究概况,阐述了V_6O_(13)的结构、制备方法,从掺杂离子和减小颗粒等方面论述了改善V_6O_(13)电化学性能的基本途径。     

二维褶皱状V_2O_5纳米材料的制备和储锂性能

用溶胶凝胶法制备V_2O_5凝胶,调节凝胶的p H值和后续的冷冻干燥以及退火,制备出V_2O_5纳米材料。X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)的测试结果表明,该样品是一种具有大面积二维褶皱形貌的正交晶相V_2O_5纳米材料,每个纳米片又由大量的纳米小颗粒构成。使用循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、电位驰豫(PRT)和充放电测试等手段表征了样品的储锂性能,结果表明,因具有独特的二维褶皱纳米结构,该纳米材料具有比已经商业化的V_2O_5更高的放电比容量、更好的大电流充放电性能、优异的电化学循环稳定性和更好的电化学反应动力学性能。     

尖晶石Li_4Ti_5O_(12-x)Br_x的高温固相法制备及电化学性能研究

本文以高温固相合成法作为基本的材料制备技术,旨在通过卤素掺杂,提高其电子电导率进而改善电化学性能。用高温固相反应成功合成了Br掺杂Li_4Ti_5O_(12-x)Br_x(0≤x≤0.3)的系列化合物,并对其形貌,物相和电化学性能进行了研究。电镜照片和XRD测试结果与Cl掺杂样品相似。电化学性能测试结果表明,在合成的所有样品中,样品Li_4Ti_5O_(12-x)Br_x(x=0.2)表现出最佳的放电比容量。而且与未掺杂的Li_4Ti_5O_(12)相比,Li_4Ti_5O_(12-x)Br_x(x=0.2)的放电比容量和循环可逆性的都到了很大提高。     

锂离子电池正极材料Li1+xV3O8的合成及性能研究

研究了一种新型制备锂离子电池正极材料Li_(1+x)V_3O_8的工艺方法.以NH_4VO_3为原料,通过淬火法制备出V_2O_5溶胶,加入LiOH溶液后,通过喷雾干燥法制备球形前驱体,再通过一定的热处理即制得锂离子电池正极材料Li_(1+x)V_3O_8.试验中,进行了前驱体的DTA/TGA分析;对产物进行了XRD、SEM及电化学性能测试研究.结果表明,经过350℃热处理24h后得到的样品颗粒细小、呈球形、粒径分布均匀、结晶度好,并且还表现出很好的电化学性能,其首次放电比容量高达378mAh·g~(-1),经过10次充放电循环后,其放电比容量为312mAh·g~(-1).     

钴掺杂纳米花瓣状氢氧化镍的制备及其电化学性能研究

采用水热法制备了钴掺杂的纳米花瓣状Ni(OH)2,讨论了钴掺杂量对产物形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,不同钴摩尔分数掺杂的样品都呈现α/β混合相花瓣微球,其比表面积均在280m2/g以上,远高于普通球形氢氧化镍(5~10m2/g)。电化学性能测试表明,钴添加剂显著提高了氢氧化镍高倍率放电容量和循环稳定性能,1.0C倍率时钴摩尔分数10%的样品放电容量可达430.1mAh/g(以纯氢氧化镍计),接近-αNi(OH)2的理论容量(480mAh/g),3.0C倍率时其放电容量(367.1mAh/g)仅比0.2C时的放电容量(406.9mAh/g)衰减9.8%。     

镁掺杂对正极材料尖晶石LiMn_2O_4电化学性能的影响

为了抑制Jahn-Teller效应导致的结构畸变对锂离子电池正极材料LiMn_2O_4结构的影响,通过溶胶-凝胶法成功制备出了尖晶石LiMn_2O_4和镁离子掺杂的LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4样品。并用X射线衍射、扫描电镜、充放电测试、X射线能谱、循环伏安对样品结构、形貌和电化学性能进行研究,发现适量的镁离子掺杂未改变LiMn_2O_4的结构。在0.5C倍率下,LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4样品的首次放电比容量稍有降低,但循环100次后,容量保持率高达93.8%,远高于未掺杂镁样品的容量保持率(75.8%);在5C倍率下,LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的放电比容量高达91mAh/g,而未掺杂的样品仅为72.9mAh/g。结果表明:镁离子掺杂可以有效抑制Jahn-Teller畸变,改善LiMn_2O_4的电化学性能。     

三元掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的制备与电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了三元掺杂改性的尖晶石型锰酸锂正极材料[LiAl_xCo_(0.05)Mg_(0.05)Mn_(1.9-x)O_4(x=0、0.02、0.05)]。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料进行了表征。结果表明:掺杂后的材料仍为尖晶石结构,无杂质相。SEM结果显示合成材料具有良好的粒径分布及形貌。通过充放电测试发现,掺杂过后的材料在高温下的电化学性能有很大程度的改善。其中,LiAl_(0.02)Co_(0.05)Mg_(0.05)Mn_(1.88)O_4具有最好的电化学性能,在55℃、0.2C倍率下首次放电比容量达到128.2mAh/g,循环40次后容量保持率仍能达到95.2%。     

Co、Cr、Al掺杂LiMnO_2的离子交换法制备及其性质研究

采用离子交换法制备Co, Cr及Al掺杂LiMnO_2,通过X射线衍射、扫描电子显微镜和恒电流充放电等技术检测和分析合成产物的物相、形貌及电化学性能.研究表明掺杂后LiMnO_2仍然保持原来的结构,但晶粒形貌发生了改变,晶格常数总体变小.与未掺杂的LiMnO_2相比,Co、Cr及Al掺杂LiMnO_2具有更高的放电容量和更好的循环性能.随着掺杂量的增加,Co、Cr及Al掺杂LiMnO_2的放电容量逐步下降,但循环性能不断改善.在掺杂的LiMnO_2中,LiMn_(0.95)Cr_(0.05)O_2的放电容量最高,达到198.1mAh/g,而LiMn_(0.85)Al_(0.15)O_2的放电容量最小,LiMn_(0.90)Cr_(0.10)O_2循环性能最好,而Co掺杂的循环性能最差.     

V2O5/RGO复合材料的制备及其电化学性能研究

采用层层自组装法制备了五氧化二钒/还原氧化石墨烯(V_2O_5/RGO)复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对样品的结构及形貌进行了表征,采用三电极体系测试了V_2O_5/RGO复合材料的比电容量、循环稳定性、充放电性能。结果表明,所制备的V_2O_5/RGO复合材料呈层状结构,V_2O_5和RGO的层间距分别为1.2990nm和0.9019nm,较大的层间距有利于Li~+在纳米片间迁移;当V_2O_5与氧化石墨烯(GO)的投料比为2∶1时,在0.5mol/L的Li_2SO_4电解液中,复合材料的比容量为552.04F/g,经过500次循环后,比容量保持率为87.02%。     

锂离子电池正极材料LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)的制备及其性能研究

通过固相法制备出锂离子电池正极材料LiMn_2O_4和LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)样品,并通过XRD、SEM、EDS、充放电测试、CV和EIS对其结构、形貌以及电化学性能进行了研究。结果发现,适量Mg、F的掺杂未改变LiMn_2O_4的尖晶石结构。在0.2C倍率下,样品LiMn_2O_4和LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)的首次放电比容量分别为121.3mAh/g和123.7mAh/g,循环60次后,容量保持率分别为82.1%和91.4%。在5C倍率下,样品LiMn_(1.95)Mg_(0.05)O_(3.9)F_(0.1)的放电比容量为92.4mAh/g,而LiMn_2O_4的放电比容量仅为76.5mAh/g。Mg、F的共同掺杂,可以有效抑制锰酸锂晶体中JahnTeller效应导致的结构畸变,稳定尖晶石结构,明显改善其循环稳定性和倍率性能,并提高材料的初始放电比容量。     

Al2O3修饰改进Li1+xV3O8的电化学性能

采用高温固相法合成了Al2O3修饰的Li1 xV3O8自正极材料,用X射线衍射、恒电流充放电实验、循环伏安法等对材料的结构和电化学性能进行了表征.结果表明Al2O3修饰使得Li1 xV3O8材料的层间距离增大,材料的导电性能和电化学反应的可逆性提高.当Al2O3含量为6mol%时,Li1 xV3O8表现出良好的循环性能,首次放电容量达到219mAh/g,10次循环后容量保持率为92.3%.     

S-Co复合掺杂LiMn2O4的合成与性能

为了扩大锂离子电池正极材料LixMn2O4的工作电压范围，在保证良好循环性能的基础上提高材料的容量，本文对S-Co复合掺杂LiMn2O4的合成工艺和电化学性能进行了研究．溶胶-凝胶法合成的各试样均为纯的立方尖晶石相，且结晶状态良好．S—Co复合掺杂综合了S掺杂效应和Co掺杂效应，改善了LiMn2O4的电化学性能，在2．4—4．3V充放电压范围内，初始容量较高，达到170mAh／g，30次循环后容量不但没有衰减而且有一定增加．     

富锂正极材料Li1+x[Ni0.36Mn0.64]1-xO2的制备及电化学性能研究

采用氢氧化物共沉淀-高温固相焙烧法合成了富锂正极材料Li1+x[Ni0.36Mn0.64]1-xO2(x=0.12,0.15,0.18,0.2)。采用XRD表征其结构,SEM表征其形貌,恒电流充放电和循环伏安测试其电化学性能。其中,XRD结果表明各样品都具有α-NaFeO2型层状结构。结果表明:室温下以30mA/g的电流密度,在4.6~2.75V的电压范围内充放电,x=0.15的首次放电比容量为237.9mAh/g,经50次循环后容量保持率为98%。研究发现,层状富锂镍锰正极材料中的Li2MnO3组分在充放电过程中会逐渐向尖晶石相转变,这是容量衰减的主要原因。     

三元层状正极材料的制备与电化学性能研究

采用机械活化-高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2,研究了烧结时间与球磨时间对合成产物结构与性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征。研究结果表明,优化实验条件下制得的材料具有良好的循环性能,在2.7～4.6V电压范围内,充放电电流值为20mA/g时,初始放电比容量为210.76mAh/g,30次循环后容量保持率为91.98%。     

Co3O4电化学电容电极材料的制备及性能研究

利用水热法,以硝酸钴为原料,分别以碳酸氢铵、六次甲基四胺为沉淀剂,制备了Co3O4。借助X射线衍射、扫描电子显微镜手段对样品进行表征。以六次甲基四胺为沉淀剂制得的Co3O4,在6 mol.L-1KOH水溶液中,电位窗口为0～0.4V内,通过循环伏安和恒流充放电测试,显示该材料制备的电极具有良好的电容行为。充放电流在为5 mA时,单电极的比容量达到239 F.g-1,是以碳酸氢铵为沉淀剂制得的Co3O4电极的1.57倍,说明以六次甲基四胺为沉淀剂制备的Co3O4具有较好的电化学电容性能。     

磷铁和碳酸锂制备LiFePO4的反应机理和性能研究

采用碳热还原法以磷铁和碳酸锂为原料合成了LiFePO4,用XRD、恒流充放电法和EIS对其进行表征,用TG-DTA分析了反应过程。预焙烧过程中磷铁中的磷与碳酸锂反应形成Li4P2O7和LiFeP2O7,再与中间产物Fe2O3、Fe3O4和补充磷源NH4H2PO4进一步反应生成LiFePO4。产物具有良好的电化学性能,在0.1C时放电容量可以达到151.68mAh/g,0.2和0.5C分别循环10和20次后放电容量仍有125.94和103.51mAh/g,衰减率分别为4.23%和7.24%。不同荷电状态的EIS结果表明:放电至2.4V具有最小的溶液阻抗;界面阻抗由于充放电至3.4V时包括一部分不稳定的SEI膜,因此比充放电至2.4V时大;随着充放电过程的继续,反应过程由反应控制逐渐变为扩散控制。     

溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料Li_(1+x)V_3O_8的初步探讨

采用溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料Li1+xV3O8,并用X射线衍射、扫描电镜观察、充放电循环测试、循环伏安法扫描等,研究了Li1+xV3O8的物相结构、表面形貌以及电化学性能等,并探索了合成工艺条件对材料的电化学性能的影响。结果表明,温度为400℃时合成的Li1+xV3O8晶粒较为细小均匀,粒径大小相对较为均一,颗粒大小在0.5—1.0μm左右,这些小晶粒将有效地增加其比表面积,同时电化学性能较好,10mA/g的电流密度下首次放电容量为230 mAh/g,20次循环之后容量仍能达到180 mAh/g,循环性能较好。随着合成温度增高,首次放电容量减小,循环效率降低。     

Li2ZrO3包覆锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的制备及其电化学性能

富锂锰基材料因其具有较高的充放电比容量而备受关注。针对其首次库仑效率低、循环和倍率性能差的问题,将具有三维Li^+通道的锂离子导体Li2ZrO3引入至富锂锰基正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的表面对其进行包覆改性研究。通过XRD,TEM,SEM,EDS综合分析可知:Li2ZrO3成功包覆到样品表面。包覆层厚度为3 nm(包覆量1%,质量分数)时复合材料的电化学性能得到显著提升。0.1 C(1 C=200 mAh·g^-1)倍率下首次放电比容量可达271.5 mAh·g^-1,库仑效率为72.4%,降低了首次不可逆容量损失;0.5 C下循环100周次后放电比容量为191.5 mAh·g^-1,容量保持率为89.5%,5 C倍率放电比容量为75 mAh·g^-1,倍率性能提升。适当厚度的均匀Li2ZrO3包覆层可在样品表面形成核壳结构使样品更稳定,减少表面副反应,阻止生成较厚SEI膜,这得益于Li2ZrO3本身的高电导率、高电化学稳定性和较好的锂离子传导性。     

葡萄糖对微波水热合成正极材料LiFePO_4的结构和性能的影响

以FeSO_4·7H_2O,LiOH·H_2O和H_3PO_4为原料,葡萄糖为改性剂,采用微波水热法合成具有正交晶系橄榄石结构的LiFePO_4/C复合材料。借助XRD,SEM,EDS和电化学性能测试等分析,研究葡萄糖对产物组成、结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明:葡萄糖改性后,LiFePO_4结构中Fe,P和O原子间的结合增强,颗粒尺寸减小,表面有碳层包覆,电化学性能提高。LiFePO4/C在0.1C倍率下的首次放电比容量为125.6mAh/g;1.0C倍率下的首次放电比容量为106.2mAh/g,30次循环后的容量保持率为91.3%。