LiFe_(1-x)Ni_xPO_4复合正极材料的制备及性能研究

采用两步固相原位烧结掺杂法制备了一系列镍掺杂的锂离子电池正极材料LiFe1-xNixPO4(x=0、0.03、0.05、0.07、0.10、0.15).Ni替代部分Fe,改变了LiFePO4的晶胞参教,细化了晶粒.充放电实验研究表明,低放电倍率(0.1C)时,LiFe0.095Ni0.05PO4的首次放电容量最大,为155mAh/g,较LiFePO4增加了22.8%;0.5C时,其容量为132mAh/g,较LiFePO4增加了14.7%;放电倍率增加为1C时,其容量也能达到122mAh/g,较LiFePO4增加了16.1%.适量掺杂Ni可提高LiFePO4的充放电比容量,改善其高倍率充放电性能.     

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%。     

正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究

提出了一种二次掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4/C复合材料的合成方法。实验结果表明不同阶段掺碳对合成LiFePO4/C复合材料的晶型没有影响,但对其电化学性能影响明显,二次掺碳能有效地提高容量和改善材料的稳定性;当蔗糖二次加入量为碳与磷酸铁锂质量比为3%(质量分数)时,样品颗粒细小且均匀,同时电化学性能最好,在0.2C倍率下首次放电比容量为161.19mA.h/g,循环20次后仍保持在153.68mA.h/g。     

电化学合成磷酸铁锂正极材料的前驱体

以NH4H2PO4、锂盐和纯铁为主要原料,采用电化学法合成磷酸锂铁前驱体,再通过磷酸锂铁前驱体合成锂离子电池正极材料LiFePO4/C。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及充放电性能测试等方法对其晶体结构、微观形貌和电化学性能进行分析研究。结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石型晶体结构。其中在无水乙醇溶剂中合成的LiFePO4/C正极材料粒径细小且分布均匀,具有最好的电化学性能,在0.2C的放电电流下,首次放电比容量达到142.3mAh/g,充放电循环30次后放电比容量仍保持在141.2mAh/g。     

机械活化辅助固相法合成LiFePO4-C材料及性能

为研究机械活化处理对原料形貌和终产物电化学性能的影响,通过机械化学活化辅助固相法,以碳酸锂(Li2CO3)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)和草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)为原料,蔗糖为碳源,合成LiFePO4-C复合材料.利用X射线衍射、扫描电镜、LAND电池测试系统等对合成材料进行表征和电化学性能检测.结果表明,通过机械活化,原料达到微米级的均匀混合和充分接触,提高了反应活性,利于传质过程和高温固相反应,获得颗粒细小均匀、结晶良好的LiFePO4-C材料,放电比容量为146.93 mA·h/g(充放电倍率为0.2 C),40次循环后放电比容量为143.40 mA·h/g,容量保持率为97％.     

聚吡咯/磷酸铁锂复合正极材料的制备与表征

采用化学氧化法, 以吡咯为单体、 三氯化铁为氧化剂、 苯磺酸钠为掺杂剂在磷酸铁锂颗粒表面进行原位聚合, 制备了聚吡咯/磷酸铁锂(PPy/LiFePO₄)复合材料。用FTIR、 XRD和SEM对PPy/LiFePO₄复合材料进行了结构与形貌表征。用电化学工作站和充放电测试系统对复合材料的电化学性能进行了表征。结果表明: PPy/LiFePO₄复合材料作锂二次电池正极具有良好的充放电循环性能。当PPy质量分数为17%, 充放电电流为0.1 mA时, PPy/LiFePO₄复合材料最高放电比容量达163 mAh·g^-1, 50次循环之后放电比容量仍为初始时的94.9%; 与LiFePO₄相比, 当PPy的含量适当时, PPy/LiFePO₄复合正极材料的放电比容量会有明显提高。PPy的加入提高了LiFePO₄的电子电导率, 从而提高了活性物质有效利用率, 因此PPy/LiFePO₄复合材料的比容量和循环性能均得到了提升。     

锂离子电池正极材料LiFePO_(3.99)F_(0.01)/C的结构与性能

为了提高LiFePO4的倍率性能,用碳热还原法制备了LiFePO4-xFx/C复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、恒电流充放电技术、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了F-掺杂和碳包覆对材料的结构和电化学性能的影响.研究表明,掺杂少量的F-可以减少电极极化、降低电荷转移电阻、增大Li+的扩散速率.其中LiFePO3.99F0.01/C的5C放电比容量为109.9mAh/g,50次循环后仍保持110.6mAh/g,表现出良好的倍率性能.     

钛离子掺杂对LiFePO4结构和性能的影响

为提高LiFePO4的充放电性能，用Ti（Ⅳ）对LiFePO4进行掺杂．用电化学方法测量了Li1-xTixFePO4的充放电性能，用X射线衍射和里特沃尔特方法表征了掺杂LiFePO4的晶体结构．固相反应可以制备单相Li1-xTixFePO4（x=0．00、0．01、0．02、0．03、0．05和0．07，摩尔分数），其中Li0．98Ti0．02FePO4具有更好的电化学性能，在80mA／g的充放电电流下，第2次的放电比容量为136．606mAh／g，循环20次后为128．388mAh／g．研究表明，少量钛离子掺杂不仅改变了原子间距和位置、引起晶胞收缩，而且增加了LiFePO4中Fe^3＋／Fe^2＋共存态的浓度，提高了材料的导电能力，从而能有效地提高LiFePO4的比容量和循环性能．     

由电解磷铁废渣制备的FePO4合成LiFePO4研究

在磷酸水溶液中,以磷铁废渣为阳极、石墨为阴极,恒流无膜电解后溶液由无色变为黄色,用氨水调节pH值,经过滤、洗涤、干燥,得到淡黄色粉体,XRD和热分析结果表明该粉体组成为FePO4.2H2O.在电解产物中加入LiOH.H2O和葡萄糖,用乙醇作溶剂充分研磨形成流变相前驱体,在700℃氩气气氛中焙烧得到LiFePO4/C复合物.用动电位极化方法分析了磷铁的电解过程,用XRD、SEM和循环伏安法(CV)研究了LiFePO4/C复合物的结构、形貌及电化学性能.测试结果表明LiFePO4/C复合物没有磷铁原料的杂质峰,氧化电位和还原电位分别在3.54和3.33 V,说明经过阳极袋电解能够消除磷铁原料中的杂质元素影响及锂离子脱/嵌过程中极化较小.     

Doping Effects on Electronic Conductivity and Electrochemical Performance of LiFePO_4

Olivine-structured pure LiFePO4 and doped Li(M, Fe)PO4 (M=La, Ce, Nd, Mn, Co, Ni) have been synthesized by a solvothermal method.X-ray diffraction and field emission scanning electron microscopy analyses indicate that the as-prepared LiFePO4 is well-crystallized nanopowders without any detectable impurity phases.The electronic conductivity of LiFePO4 is enhanced by around 1-3 orders by doping.It was found that doping alone is not sufficient for the high-rate performance of LiFePO4 and surface coating with such as carbon should be needed.The best dopant for LiFePO4 is Nd among those studied in the present work.Accordingly, doping with 1 mol fraction Nd leads to an increase in 70 mAh/g at 0.1 C for the hydrothermally synthesized sample and 50 mAh/g at 1.0 C after carbon-coating in comparison with the undoped samples.     

纳米FePO4的合成及其正极材料LiFePO4/C的电化学性能研究

以Fe3+为铁源,采用控制结晶技术合成了纳米FePO4.xH2O,将FePO4.xH2O于500℃热处理4 h后得到纳米FePO4前驱体,然后通过碳热还原在不同温度下煅烧合成橄榄石结构的纳米LiFePO4/C样品.采用差热/热重、X射线衍射、扫描电镜、比表面测试、电化学性能测试等分析测试方法对纳米FePO4.xH2O、FePO4前驱体及不同煅烧温度下制得的纳米LiFePO4/C样品进行表征.研究结果表明,700℃烧结10 h合成LiFePO4/C样品的粒径在40~100 nm左右,比表面积为79.8 m2/g;700℃煅烧合成样品在电压2.5~4.2 V,倍率为0.1C、1C、5C、10C、15C时的放电比容量分别达到156.5、134.9、105.8、90.3和80.9 mAh/g,具有较好的倍率性能;样品还表现出较好的容量保持率.     

高温还原GO制备LiFePO_4/石墨烯复合正极材料及表征

通过对氧化石墨烯(GO)进行微观调控处理得到少层GO。采用喷雾干燥再高温改性的方法制备LiFePO_4/石墨烯锂离子电池复合正极材料;GO还原后即可得到石墨烯,其优良的导电性可以提高LiFePO_4的电子传输能力。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试技术等方法对复合材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。石墨烯的复合使材料颗粒间构建空间三维导电网络,提高了电解质/电极材料界面的电荷转移速率,改善了LiFePO_4的电化学性能。电化学测试结果表明,在0.1C时LiFePO_4的放电比容量为155mAh/g,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量为164mAh/g;1C和2C倍率时,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量分别为140,119mAh/g。     

过渡金属离子掺杂对磷酸铁锂性能的影响

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵、葡萄糖为原料,添加不同的过渡金属乙酸盐(乙酸锰、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锌),在氩气保护下采用高温固相法制备LiFePO4/C复合材料.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、同步热分析、恒电流充放电、电化学阻抗、循环伏安等方法研究掺杂金属离子及掺杂量对LiFePO4/C晶体结构和电化学性能的影响.结果表明,LiFe0.9M0.1PO4/C(M=Mn、Co、Ni、Zn)样品的晶体结构均与橄榄石型LiFePO4相同.掺杂过渡金属阳离子可以提高LiFeP04/C的还原电位,降低氧化电位,缩小氧化还原峰间距,提高化学反应的可逆性.掺杂后的样品在5C下的放电性能较好,以LiFe0.9Ni0.1PO4/C的放电容量最高,达到89 mAh/g.     

两步掺杂合成法制备LiFePO4-C复合材料及其性能

通过两步掺杂碳采用高温固相反应法合成了锂离子电池正极LiFePO4-C复合材料.利用SEM、XRD、TG/DTA等方法对该正极材料的晶体结构、表面形貌、粒径大小和热反应进行了分析研究.实验结果表明,LiFePO4-C具有单一的橄榄石结构,前驱体掺杂14%(质量分数)、预分解后掺杂6%(质量分数)葡萄糖合成的材料具有良好的充放电性能和循环稳定性能.在0.1C倍率下进行充放电测试,首次放电比容量可达158.5mA·h/g,具有良好的电化学性能.     

稀土元素掺杂对LiFePO4正极材料电导率和电化学性能的影响

橄榄石型LiFePO4因其安全性能突出、价格低廉、绿色环保、循环性能优良等优点已成为最具应用潜力的新一代锂离子电池用正极材料。由于LiFePO4电子导电能力较低，因此其充放电容量有待进一步改进。采用水热合成法制备了纯LiFePO4和稀土元素La、Ce、Nd掺杂的LiFePO4纳米粉末。研究表明，掺杂后材料的电导率比未掺杂试样高2-3个数量级。电化学测试显示掺杂后LiFePO4的首次充放电容量提高2-5倍，其中掺Nd的效果最好。水热合成产物经高温碳包覆后，掺杂的LiFePO4/C复合材料也比纯的LiFePO4/C复合材料的放电容量高，表明掺杂稀土元素能有效提高橄榄石型LiFePO4的充放电容量。     

溶胶机械活化及其溶剂对LiFePO4/C结构和电化学性能的影响

本文在溶胶凝胶法制备碳包覆LiFePO4/C锂离子电池正极材料的基础上,对溶胶进行机械球磨活化以进一步优化LiFePO4/C复合材料的结构和形貌,并通过原位引入Fe2P等方法,提高其高倍率性能。采用XRD、SEM、元素分析等材料结构测试分析方法和恒电流充放电及电化学阻抗谱电化学测试技术,对溶胶机械活化及不同溶胶溶剂对LiFePO4/C材料结构和电化学性能的影响进行了研究。研究结果表明,机械活化能有效减小LiFePO4/C颗粒的尺寸及改善其分散性,并能改变Fe2P相的含量。溶胶机械活化处理后的LiFePO4/C在不同倍率下的放电容量明显增加。相对于蒸馏水,乙醇作为溶胶溶剂获得的LiFePO4/C材料具有更好的倍率性能,其在1C和10C的容量分别达到136mAh/g和90mAh/g。     

水热法合成LiFePO4的掺碳改性研究

以LiOH、FeSO4和H3PO4为原料,采用水热法合成了结晶性良好的LiFePO4颗粒。在此基础上,以葡萄糖为碳源,掺入不同量的碳,形成LiFePO4/C复合材料。样品经过XRD、SEM、恒流充放电测试、EIS表征,结果表明,掺碳提高了LiFePO4的比容量、循环性能和锂离子的扩散动力学性能。电化学测试表明,LiFePO4/C放电比容量开始随着碳含量的增加而上升,随后降低。其中,3%碳含量的LiFePO4/C样品具有最佳的放电性能,0.1C倍率下达到145mAh/g,0.2C倍率下达到142mAh/g,50次循环后仅衰减0.7%。     

The microstructure and electrochemical characteristics of LiFePO4/carbon-network composite

LiFePO4/carbon-network composite was synthesized by a high temperature solid-state method using the natural sawdust as carbon precursor. The microstructure of the as-synthesized sample was characterized using X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), respectively. The results revealed that the LiFePO4 particles with diameters ranging from 30 to 150 nm were well connected by carbon networks. The electrochemical performance of the composite was characterized using galvanostatic charge-discharge technique. The initial discharge capacity of LiFePO4/carbon-network cathode reached 126 mAh x g(-1) with 0.2 C rate.     

锂源对LiFePO4组织结构及电化学性能的影响

利用不同的锂化合物Li2CO3、LiOH.H2O、LiNO3、LiF作为锂源,采用二步固相法合成了LiFePO4/C,研究了不同锂源对LiFePO4组织结构和电化学性能的影响。结果表明,在相同的合成工艺条件下,采用4种不同锂源合成的LiFePO4的电化学性能表现出明显差异。采用LiOH.H2O合成的LiFe-PO4的电化学性能最佳,0.1C下的放电比容量为161mAh/g,1C下的放电比容量达117mAh/g,且0.5C下循环容量无衰减。采用不同锂源合成的LiFePO4电化学性能差异的原因与LiFePO4的颗粒大小、粒径分布、团聚程度及是否存在杂相有直接关系。     

制备温度对热解炭包覆磷酸铁锂/气相生长炭纤维复合正极材料的影响

采用微波化学气相沉积法一步合成了热解炭包覆磷酸铁锂/气相生长炭纤维复合正极材料. 借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电镜和电化学测试仪等测试手段研究了不同制备温度对材料晶体结构、显微形貌和电化学性能的影响. 结果表明, 当制备温度由500℃升至600℃时, 磷酸铁锂主晶相的颗粒尺寸没有发生明显变化, 而原位VGCF的网络程度却明显增加, 材料的放电比容量随之提高; 当制备温度进一步升高到700℃时, 磷酸铁锂颗粒异常生长现象加剧, VGCF直径较大且粗细不均, 材料的电化学性能变差. 研究发现, 当温度为600℃时, 材料表现出较优的电化学性能, 25℃在0.2C、0.5C、1C和3C倍率下的放电比容量分别可达163、159、153和143mAh/g.