三价铁合成LiFePO_4/C正极材料及其性能研究

橄榄石型LiFePO_4正极材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料,然而由于自身晶体结构的本征特性,LiFePO_4的电导率低,高倍率充放电性能较差是限制其应用的最大障碍,通过碳包覆或金属离子掺杂等改性方法提高这种材料的电子导电率成为锂离子电池材料领域的研究热点.以提高电化学性能和更好的实现产业化为主要目的,对LiFePO_4材料的碳包覆和合成条件等进行了研究.以氧化铁为原料,采用碳热还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4/C,利用扫描电镜和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的表面形貌以及电性能进行分析研究,讨论了不同的煅烧温度、煅烧时间和掺碳量对材料电性能的影响.实验结果表明最佳合成工艺为:碳的包覆量为6%(质量分数),合成温度为720 ℃,保温时间为12 h,合成过程在惰性气氛下完成,合成的LiFePO_4/C复合正极材料在2.0～4.3 V,0.2 C倍率下的放电比容量可达160.56 mAh/g,0.5 C放电比容量可稳定在143 mAh/g左右,循环性能较好.     

前驱体体系pH值对LiFePO4/C正极材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了LiFePO4/C正极材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学手段对材料进行了结构表征和性能测试.研究了其前驱体体系pH值对材料性能的影响.结果表明:当前驱体体系pH值为8.4时,LiFePO4/C正极材料具有最佳的电化学性能.在0.1C倍率下充放电,磷酸铁锂首次放电比容量为16...     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展

电极材料是推进电池技术发展及应用的关键。作为锂离子电池正极材料的LiFePO4表现出优异的电池性能(大容量、优异循环特性),但也有本征低电导率的缺点。具有橄榄石结构的LiFePO4在电池充放电过程发生FePO4与LiFePO4之间的相变,已有实验证明充放电过程中出现固溶体LixFePO4。掺杂是提高材料电导率的常用手段,但LiFePO4的掺杂却一直饱受争议;缺陷化学的研究初步认定通过适当点缺陷的电荷补偿,晶体内引入掺杂元素是可以实现的,并且提出几种缺陷补偿机制。导电相复合可降低电极颗粒间的接触电阻,特别是LiFePO4的碳包覆有效地改善其电化学性能,促进其工业化推广;碳包覆的有效性取决于碳的sp2杂化键的比例及碳含量。由于电极材料形貌影响电池的充放电动力学过程,LiFePO4的颗粒尺寸、形状、表面粗糙度等的控制都成为提高电池性能的重要手段;LiFePO4的薄膜制备及三维构架技术则进一步推动微型电池的应用发展。     

LiFePO_4/CNT复合正极材料的制备与性能研究

以柠檬酸为碳源和螯合剂,通过溶胶-凝胶法制备了LiFePO_4/CNT复合正极粉体材料.利用XRD和SEM表征了复合粉体的结构.复合材料含有单一的磷酸铁锂相,碳纳米管在正极材料中将颗粒与颗粒相连,为颗粒之间提供了附加的导电通路.通过添加碳纳米管的方法对正极材料导电通路进行改善.在低速率下容量可以达到135 mAh/g,在1 C充放电速率下容量保持在110 mAh/g,2 C时容量保持在80 mAh/g.随着碳纳米管含量的增加,锂离子电池的容量也增加.     

Electrochemical performance of C-La~(3+) codoped LiFePO_4 synthesized by microwave heating

La3+ was selected to elevate the lattice electronic conductivity of LiFePO4,and LiFePO4/(C+La3+) cathode powders were synthesized by microwave heating using a domestic microwave oven for 35 min. The microstructures and morphologies of the synthesized materials were investigated by XRD and SEM. The electrochemical performances were evaluated by galvanostatic charge-discharge. The electrochemical performance of LiFePO4 with different La3+ contents was studied. Results indicated that the initial specific disch...     

Ni2+替代对LiFePO4正极材料电化学性能的影响

利用炭热还原法合成了橄榄石型LiFe1-xNixPO4/C (x=0.0,0.1,0.3,0.5) 正极材料,并系统研究了Ni2+替代对材料电化学性能的影响。充放电循环、循环伏安和交流阻抗测试,结果表明Ni2+替代部分Fe2+可以显著改善LiFePO4材料的电化学性能。在0.2 C (1 C=170.0 mA·g-1)电流密度下,LiFe0.9Ni0.1PO4/C的放电比容量达到160 mAh·g-1。LiFe1-xNixPO4/C电化学性能的改善归因于材料电导率的提高和电荷传输电阻的降低。利用第一性原理对LiFe1-xNixPO4/C的电子结构进行了研究,结果表明Ni2+的铁位替代能够提高体系的电子电导性。LiFe0.875Ni0.125PO4的结构最稳定,带隙最小,导电性能最好     

球形磷酸铁锂正极材料制备中试研究

用湿法球磨-喷雾干燥法制备LiFe0.98Mg0.02PO4/C复合正极材料;用激光粒度分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜和恒流充放电等对前驱体和磷酸铁锂样品进行表征;考察不同球磨工艺对磷酸铁锂颗粒形貌、粒度分布、振实密度和电化学性能的影响。结果表明:用湿法球磨-喷雾干燥法可以制得球形颗粒、高振实密度且电化学性能优良的磷酸铁锂正极材料,原料经粗磨后再超细球磨制得的材料性能更佳,振实密度达1.67 g/cm3,在0.1 C、0.5 C和1.0 C倍率下的首次放电比容量分别为151、143和132 mA·h/g。     

热解碳结构对LiFePO_4/C复合电极性能的影响

分别以5种含碳有机物为碳源,通过固相热裂解法制备了5种LiFePO_4/C复合正极粉体材料,利用XRD和拉曼光谱表征了复合粉体中碳的结构.复合材料含有单一的磷酸铁锂相,裂解碳以无定型形式存在.不同裂解碳D、G拉曼峰的强度有所不同,其比值R反映了石墨化程度的强弱.对于石墨化程度高的LiFePO_4/C复合正极材料,其电子电导性能高,反映在电池容量性质上就是电池容量高.比较不同有机前驱体对复合正极材料的作用效果,聚乙烯醇是较佳的选择.     

微纳米LiFePO4正极材料的研究进展

纳米LiFePO4正极材料由于具有颗粒小、比表面积大的优势,是改善其动力学性能的有效手段,但由于较差的加工性能使其发展受限。通过纳微组装制备一次粒子为纳米颗粒,二次粒子为微米颗粒的微纳米LiFePO4正极材料可以改善纳米材料的加工性能。本文综述了近期微纳米LiFePO4正极材料的研究方向,主要介绍了规则形貌的微纳米LiFePO4正极材料的研究进展。     

还原-插锂和碳包覆同步制备磷酸铁锂/碳复合材料及其性能

以聚丙烯酸为碳源,用低温还原-插锂与聚合物高温分解相结合的方法制备LiFePO4/C复合正极材料;FePO4被还原插锂与含碳聚合物化学包覆同时进行,简化了制备工艺,降低了制备成本。经X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及恒电流充/放电测试,研究了不同焙烧温度对合成产物的物相、晶胞参数、表面形貌及电化学性能的影响。研究发现,焙烧温度为600℃时,合成产物的0.1 C倍率放电具有最高的放电容量和最好的循环稳定性。在0.1 C下LiFePO4/C复合材料的首次放电容量高达141.3 mAh/g,库伦效率为98.0%,100次循环后,其容量保持率为108.3%。     

磷酸铁锂正极墨水配制及其电化学性能研究

磷酸铁锂(LiFePO₄, LFP)作为锂离子电池正极材料因其放电容量大、价格低廉和对环境无污染受到广泛关注。本研究旨在制备出适用于微电子打印机的性能优良的磷酸铁锂及相应复合材料正极墨水。通过配制不同浓度的磷酸铁锂墨水并制备成电极,研究最优浓度墨水制备成电极的电化学性能。研究表明,倍率为0.1 C时,打印浓度为10%的磷酸铁锂电极放电比容量高达142 mAh·g^-1,基于磷酸铁锂具有较差的导电性,选择加入少量还原氧化石墨烯提高其导电性。还原氧化石墨烯质量分数为0.6%时,磷酸铁锂和还原氧化石墨烯复合材料放电比容量达152.1 mAh·g^-1,库伦循环效率为99.2%,说明引入还原氧化石墨烯有利于提高材料整体性能。     

Synthesis of LiFePO4/C composite electrode with enhanced electrochemical performance

1 INTRODUCTION The ever-growing demand for portable batter- ies with high energy density is exerting pressure for the development of advancedlithium-ion batter- ies . Commercial Li-ion batteries rely on the appli- cation of one of the well-known lithiuminsertion hosts ,i .e . LiCoO2, Li Mn2O4and Li Ni O2. How- ever the high cost of cobalt resource ,low specific capacity of Li Mn2O4and Li Ni O2is known to be difficult to synthesize and its multi-phase reaction during electrochemical …     

锂离子电池正极材料改性研究进展

在高里程新能源动力汽车、电网储能以及5G通信的大背景下,高能量密度的锂离子电池成为了当下研究的热点。而正极材料的比容量大小将直接影响电池的能量密度,因此亟需对正极材料进行改性以改善其性能指标。综述了层状、尖晶石状、橄榄石状正极材料的结构特点及电化学性能,包括晶体结构、电子结构、循环稳定性、离子迁移速率及倍率能力等,比较了各类正极材料的优劣,并对常用的改性手段进行了相应总结。归纳了各类典型的正极材料存在的问题及其发展瓶颈,其中包括晶型变化、导电性能差、电压衰减、电解液侵蚀等,并分析了引起容量损失的因素,如高开路电压引起的电化学极化、材料组成元素的配比、电极/电解液界面的表面活性等。在此基础上,重点综述了近年来针对不同类型正极材料的改性研究进展,其中阴、阳离子掺杂,表面包覆有机物或无机物,特殊形貌设计,选择合适的电解液和黏结剂等手段能有效改善正极材料的比容量及结构稳定性。最后以现有的改性方法及电池体系为理论基础,对今后改性手段的发展趋势以及将正极材料应用于其他电池体系的可能性进行了展望。     

利用新颖的三层电极提高LiFePO4／C正极材料的电化学性能

对常用的两层电极（活性材料层｜集电极）进行改进,提出一种新颖的夹心状三层电极（导电材料层｜活性材料层｜集电极）以提高 LiFePO4/C 的电化学性能。充放电测试表明：相比两层电极,三层电极中 LiFePO4/C 表现出更优的倍率性能。循环伏安和电化学阻抗测试表明：相比两层电极,三层电极中LiFePO4/C材料中的Fe3＋/Fe2＋氧化还原电对表现出更快的氧化还原速度。更好的可逆性能以及更低的电荷转移阻抗。在三层电极中,活性材料层表层中与LiFePO4/C颗粒尺寸相当的孔洞被粒径小得多的乙炔黑微粒填充,形成LiFePO4/C颗粒间的导电连接,为暴露在电解液主体LiFePO4/C颗粒中的LiFePO4晶体提供更多运输电子到达或离开的路径。     

Ni^2+掺杂对LiFePO_4正极材料电化学性能的影响

采用固相反应法在惰性气氛下合成了橄榄石型LiFePO4及其Ni^2＋掺杂正极材料,采用XRD,SEM和充放电等方法对目标材料进行了表征。XRD分析表明,掺杂少量Ni^2＋后的LiFePO4晶体结构并未发生变化;SEM观察发现,掺杂后,样品的粒径变小;充放电测试得出,比未掺杂的LiFePO4具有更好的电化学性能,首次放电比容量达145mAh·g^-1,高于纯的LiFePO4正极材料的容量90mAh·g^-1,经100次循环后掺杂Ni^2＋的LiFePO4和LiFePO4样品的容量保有率分别为91％和53％。     

Synthesis and electrochemical performances of spherical LiFePO4 cathode materials for Li-ion batteries

Spherical LiFePO4 and LiFePO4/C composite powders for lithium ion batteries were synthesized by a novel processing route of co-precipitation and subsequent calcinations in a nitrogen and hydrogen atmosphere. The precursors of LiFePO4, LiFePO4/C composite and the resultant products were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), and the electrochemical performances were investigated by galvanostatic charge and discharge tests. The precursors composed of amorphous Fe3(PO4)2·xH2O and crystalline Li3PO4 obtained in the co-precipitation processing have a sphere-like morphology. The spherical LiFePO4 derived from the calcinations of the precursor at 700 ℃ for 10 h in a reduction atmosphere shows a discharge capacity of 119 mAh·g -1 at the C/10 rate, while the LiFePO4/C composite with 10wt.% carbon addition exhibits a discharge capacity of 140 mAh·g -1.The electrochemical performances indicate that the LiFePO4/C composite has a higher specific capacity and a more stable cycling performance than the bare olivine LiFePO4 due to the carbon addition enhancing the electronic conductivity.     

固相法合成原位碳包覆LiFePO4复合正极材料及其性能

以LiH2PO4和FeC2O4.2H2O为原料,聚乙烯醇为碳源,通过机械化学活化辅助固相法合成原位碳包覆的LiFePO4材料;考察合成温度对LiFePO4/C材料晶体结构、物理和电化学性能的影响。结果表明:700℃下处理的产物结晶良好、分布均匀、颗粒细小;在最佳的热处理条件下,热解碳在LiFePO4颗粒表面形成了良好的纳米导电层,LiFePO4/C材料在0.1C、0.5C、1C和2C倍率下放电比容量分别为155.7、150.1、140.1和130 mA.h/g,且材料在0.1～2C范围内充放电都有很平稳的平台,极化小,并具有较高的高倍率(2C)放电比容量和较好的循环性能。     

Synthesis and electrochemical properties of Al-doped LiVPO4F cathode materials for lithium-ion batteries

Al-doped LiVPO4F cathode materials LiAlxV1-xPO4F were prepared by two-step reactions based on a car-bothermal reduction （CTR） process. The properties of the Al-doped LiVPO4F were investigated by X-ray diffraction （XRD）,scanning electron microscopy （SEM）,and electrochemical measurements. XRD studies show that the Al-doped LiVPO4F has the same triclinic structure （space group p-↑1 ） as the undoped LiVPO4F. The SEM images exhibit that the particle size of Al-doped LiVPO4F is smaller than that of the undoped LiVPO4F and that the smallest particle size is only about 1 μm. The Al-doped LiVPO4F was evaluated as a cathode material for secondary lithium batteries,and exhibited an improved reversibility and cycleability,which may be attributed to the addition of Al^3＋ ion by stabilizing the triclinic structure.     

多孔LiFePO4正极材料的研究进展

锂离子电池是高效、清洁的储能装置,在便携式电子产品、储能设施和电动汽车等领域具有广泛的应用前景,对于缓解能源危机和环境污染具有重要意义。橄榄石型LiFePO_4是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而,相对低的本征电子电导率与锂离子扩散速率限制了LiFePO_4倍率性能的发挥,阻碍其在动力锂离子电池领域的大规模商业化应用。纳米化是一种能有效改善LiFePO_4倍率性能的方法,但纳米粒子存在表面能高,易团聚结块,性能衰减较快等问题。近些年的研究表明,三维多孔结构的LiFePO_4兼具纳米与微米级活性材料的优点,是LiFePO_4正极材料的研究热点和重要的发展方向。本文从合成方法、形貌结构、电化学性能以及结构—性能关系等方面系统总结多孔LiFePO_4材料的研究进展,并展望其发展前景。     

1,2-丙二醇对锂离子电池正极材料LiFePO_4性能的影响

采用1,2-丙二醇作为表面活性剂,在水热反应中合成正极材料LiFePO4。用XRD、SEM、粒径分布测试和恒电流充放电方法,分别研究了1,2-丙二醇对LiFePO4的结构、形貌、粒径和电化学性能的影响。结果表明：加入适量的丙二醇不改变LiFePO4的橄榄石结构,但可使材料的结晶粒度变小,粒径分布变得均匀;当丙二醇加入量为10 mL时,得到的LiFePO4平均粒径d（0.5）=1.128μm,粒径分布范围为0.316~6.607μm;该材料在0.2C倍率下的首次放电比容量为144 mAh/g,循环性能良好。