锂离子二次电池正极材料晶体结构与电化学性能

对比分析了锂离子电池的正极材料锂钻氧系、锂锰氧系、锂镍氧系材料以及目前颇具潜力的正极替代材料：含铁的聚阴离子化合物和高分子聚合物的微观晶体结构特征，讨论了由于材料晶体结构的差异产生的不同电化学性能提出了锂离子二次电池正极材料在结构上所必须具备的特征。     

锂离子电池正极材料LiVPO4F的合成及分析

通过2步高温固相反应来合成LiVPOF正极材料.第一步是将五氧化二钒、磷酸二氢铵和乙炔黑在N2的保护下合成中间体VPO4(即为α);第二步是VPO4和LiF进一步反应生成单相LiVPO4F.考察了乙炔黑不同的过量百分比(过量25％时,合成的LiVPO4F为β1,过量50％时,合成的LiVPO4F为β2)对产物组成和电化学性能的影响.结果表明:β1的产物组成和电化学性能优于β2.XRD测试表明:所合成的LiVPO4F属于三斜晶系,其晶胞参数:a=0.5173im、b=0.5309 nm、c=0.7250 nm;红外测试表明:LiVPO4F的吸收峰主要是由V=O、O-V-O和PO4基团引起;SEM测试表明:样品β1颗粒均匀度优于样品β2,平均粒径为2μm左右.电化学测试表明:β1和β2在第一个循环的充电比容量分别为82.2、99.2 mAh/g,放电比容量分别为71.7、58.5 mAh/g,19周后,其充电比容量分别为64.7、58.8 mAh/g,放电比容量分别为在62.4、52.0 mAh/g.LiVPO4F的平均脱锂电位在4.3V以上,平均嵌锂电位在4.15V左右.这说明,样品β1具有更好的电化学性能.以上综合表明,LiVPOF作为一种锂离子电池正极材料具有良好的稳定性和可逆性.     

锂离子电池正极材料LiNi1-yAlyO2的制备及性能

在高温增加氧气压力的条件下 ,通过固态反应合成了锂离子电池正极材料LiNi1-yAlyO2 。讨论了合成条件对产物的电化学性能的影响 ,得到最佳的反应条件是 :2个恒温阶段的反应时间为 8h和 10h ;氧气压力为0 .2 0MPa ;反应温度 80 0℃ ;反应物Li,Ni,Al之间的摩尔比为 1.1∶0 .95∶0 .0 5。合成出具有晶型完整、电化学性能优良的LiNi0 .95Al0 .0 5O2 产品 ,其放电容量达 182 .3mA·h/g。结果表明 ,Al3 + 的添加对LiNiO2 的结构及电化学性能有较大的改善。     

锂离子电池正极材料LiCo1-xNixO2的制备和性能

以柠檬酸为螫合剂,采用溶胶-凝胶法,在800℃下的空气环境中合成了不同x值的锂离子电池正极材料LiCo1-xNixO2,当z＜0.5时,产物具有比较好的层状结构,并且随着z的增加,产物的充放电容量也随着升高;当x=O.5时,产物LiCo1-xNixO2的首次充放电容量分别为169和148 mA@h/g,循环10次后,放电容量仍达到129 mA@h/g.当z＞0.5时,由于发生分解反应,生成了非化学计量产物,其结构上存在缺陷,电化学性能也随着衰减.     

锂离子电池正极材料LiCo0.3Ni0.7-xSrxO2的合成及其电化学性能

在空气气氛中合成了LiCo0.3Ni0.7-xSrxO2二元掺杂锂离子电池正极材料,研究了不同掺Sr2 量对材料的结构与电化学性能的影响,用XRD、SEM及电性能测试考察了材料的结构、形貌及其电化学性能.结果表明:Sr2 的掺入量对材料的结构与电化学性能影响较大,随着掺Sr2 量的增加,X射线衍射图中材料的特征峰向低角度飘移,晶胞参数a和c增大,晶胞体积增大; 电性能测试结果表明:适量的掺Sr2 有利于提高材料中Li 的扩散能力,抑制John-Teller效应,降低阳离子混排现象,提高材料的电化学稳定性,当x=0.003,LiCo0.3Ni0.697-Sr0.003O2显示出较优的电化学性能,首次放电容量为162mA·h·g-1,首次放电效率为90.6%; 40次循环后其放电容量仍为153mA·h·g-1,容量损失为7%,显示出较好的循环稳定性.     

Al掺杂Li_2MnSiO_4锂离子电池正极材料的合成和电化学性能

以Li2SiO3、Mn(CH3COO)2.4H2O和Al(OH)3为原料,用传统高温固相合成法成功制备出Li2Al0.1Mn0.9SiO4锂离子电池正极材料。采用XRD、FESEM分析了正极材料的相组成、结构和形貌,利用电池测试仪测试了正极材料的电化学性能。研究结果表明,固相合成的产物主相为Li2Al0.1Mn0.9SiO4,同时存在少量的杂质,产物表面形貌为非球形颗粒,颗粒尺寸为100～500 nm。实验结果表明,Al掺杂后,正极材料的可逆容量和循环寿命都得到提高。正极材料电化学性能提高的机理在于Al掺杂稳定了Li2MnSiO4正极材料的结构。     

锂离子电池正极材料LiMnO_2的表面修饰及电化学性能

运用热处理技术分别制备B2O3、CuO和FePO4包覆的LiMnO2锂离子电池正极材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的晶体结构和表观形貌进行分析,通过恒电流充放电以及电化学阻抗技术(EIS)分析其电化学性能。结果表明:包覆后材料的电化学阻抗与Warburge阻抗值有所增大,但包覆能有效抑制正极材料LiMnO2在电化学过程中锰的溶解,改善和提高材料的充放电循环性能和结构的稳定性。     

LiFePO4/C锂离子电池正极材料的电化学性能

以碳凝胶作为碳添加剂,采用固相法制备了复合型LiFePO4/C锂离子电池正极材料.研究了不同掺碳量对样品性能的影响.利用X射线衍射仪、扫描电镜和碳硫(质量分数)分析方法对所得样品的晶体结构、表面形貌、含碳量进行分析研究.结果表明:样品中的碳含量(质量分数)分别为0%、5%、10%、22%,所得样品均为单一的橄榄石型晶体结构,碳的加入使LiFePO4颗粒粒径减小.另外,碳分散于晶体颗粒之间,增强了颗粒之间的导电性.合成样品的电化学性能测试结果表明,掺碳后的LiFePO4放电比容量和循环性能都得到显著改善.其中,含碳量为22%的LiFePO4/C在0.1 C倍率下放电,首次放电容量达143.4 mA·h/g,充放电循环6次后电容量为142.7 mA·h/g,容量仅衰减0.7%.     

锂离子电池正极材料LiCoO_2的制备试验

通过以LiOH.H2O和Co2O3为反应原料,高温合成法制备LiCoO2粉体。实验分别考察了用高温制备LiCoO2的合成温度、反应时间、原料研磨时间,及Li、Co配比对合成LiCoO2的影响,确定了LiCoO2的合成条件。     

锂离子电池正极材料LiNiO_2的合成

介绍了以氢氧化锂和硝酸镍为原料，通过高温法合成氧化锂镍的方法，并讨论了合成条件对产物结构的影响。实验结果表明：反应温度、反应时间、反应气氛、Li／Ni摩尔比对产物结构有较大的影响，通过合成条件的优化得到了具有高结晶层状结构的LiNiO2。     

锂离子电池正极材料Li1＋yZnxMn2-xO4的相转移法合成及性能研究

采用相转移法制备富锂掺锌的锰酸锂前驱体，然后在空气中进行焙烧反应合成了尖晶石型的Li1＋yZnxMn2-xO4粉体材料，并测试其结构形态特征。考察了该法合成的工艺条件对合成试样粉体产物电化学性能的影响。结果表明：当nLi：nZn：nMn=1．1：0．1：1．9时，反应时间为2h，在750℃空气环境下焙烧10h合成试样粉体过程较为简单，电极试样以10mA／g的恒电流密度充电至4．5V，并以相同的10mA／g恒电流密度放电至3．0V，其放电平台稳定在3．9V，比容量达到120mAh／g，性能稳定。     

共沉淀法制备正极材料LiFePO4的研究

以氢氧化锂、硫酸亚铁铵和磷酸氢二铵为原料,研究了液相共沉淀法制备LiFePO4正极材料和掺杂Co2+的LiFePO4改性正极材料,并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试.结果表明掺杂Co2+对正极材料的初始充电比容量为156.7 mAh·g-1,且循环60次后,容量仍有138.7 mAh·g-1,容量衰减率仅为11.4%.     

共沉淀法制备正极材料LiFePO4的研究

以氢氧化锂、硫酸亚铁铵和磷酸氢二铵为原料，研究了液相共沉淀法制备LiFePO4正极材料和掺杂Co^2＋的LiFePO4改性正极材料，并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试。结果表明掺杂Co^2＋对正极材料的初始充电比容量为156．7mAh·g^-1，且循环60次后，容量仍有138．7mAh·g^-1，容量衰减率仅为11．4％。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2制备与电化学性能

采用球磨湿混和旋转合成相结合的新工艺制备了锂离子电池正极材料 L i Ni0 .5Co0 .5O2 ,并对材料进行了粒度、化学成分以及电化学性能测试。球磨湿混工艺能将原料混合均匀 ,并能有效地使粒度细化。旋转合成工艺能使混合料在均匀的温度场中进行反应 ,并使反应产物粒度均匀和成分均匀。制备的 L i Ni0 .5Co0 .5O2 为单一的 α- Na Fe O2 层状结构 ,粉末粒度分布范围窄 ,平均粒径约为 8μm～ 10μm。电化学性能测试结果表明 ,在 0 .2 m A/cm2 充放电流密度和 3 .0 V～ 4 .2 V电压范围内 ,首次充电容量为 173 m Ah/g,放电容量为 14 8m Ah/g。循环次数达 3 0次时 ,放电容量还有 12 9m Ah/g,循环稳定性良好。球磨湿混和旋转合成相结合的固相合成新工艺能制备出电化学性能良好的L i Ni0 .5Co0 .5O2 正极材料。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2制备与电化学性能

采用球磨湿混和旋转合成相结合的新工艺制备了锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2,并对材料进行了粒度、化学成分以及电化学性能测试。球磨湿混工艺能将原料混合均匀,并能有效地使粒度细化。旋转合成工艺能使混合料在均匀的温度场中进行反应,并使反应产物粒度均匀和成分均匀。制备的LiNi0.5Co0.5O2为单一的α-NaFeO2层状结构,粉末粒度分布范围窄,平均粒径约为8μm-10μm。电化学性能测试结果表明,在0．2mA/cm^2充放电流密度和3．0V－4．2V电压范围内,首次充电容量为173mAh/g,放电容量为148mAh/g。循环次数达30次时, 放电容量还有129mAh/g,循环稳定性良好。球磨湿混和旋转合成相结合的固相合成新工艺能制备出电化学性能良好的LiNi0.5Co0.5O2正极材料。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与性能研究

以Li2CO3,FeSO4·7H2O、(NH4)2HPO4和Na2EDTA为原料,采用水热法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4,研究了原料混合液pH值对产物形貌和电化学性能的影响.结果表明,在pH=8下合成的样品属于橄榄石结构,0.1C、3.0～4.3V条件下充放电的首次放电比容量为141mAh·g-1,第20次循环的比容量为138mAh·g-1.     

Li1+x(Fey/2Niy/2Mn1-y)1-xO2正极材料的合成及电化学性能

采用低温共沉淀-水热-煅烧法合成了锂离子电池Fe-Ni-Mn体系正极材料Li1+x(Fey/2Niy/2Mn1-y)1-xO2,并用XRD、SEM、ICP光谱和电化学性能测试对材料进行了表征.XRD测试和ICP分析表明,Fe、Ni取代Li2MnO3中的部分Mn,形成很好的固溶结构yLiFe1/2Ni1/2O2-(1-y)Li2MnO3 (y=0.l,0.2,0.3,0.4,0.5).SEM测试表明,取代量y不同,材料的表观形貌有所不同,y=0.4时材料的颗粒粒径均匀、较小,呈类球形结构.电化学性能测试表明,当y=0.4时,循环稳定性最好,充放电50次后放电比容量仍可维持在195.0 mAh/g,放电中值电压为3.5 V,y=0.4时样品在大倍率放电下的电化学性能表现良好.     

Effects of Mn-Precursor on Performances of LiMn2O4 Cathode Material for Lithium Ion Battery

通过固相烧结工艺,制备了铝掺杂的Li Mn2O4锂离子电池正极材料。其中球型化及鳞块状的Li Mn2O4分别由Al共沉积的锰氧化物(CMO)前驱体及电解二氧化锰(EMD)前驱体制备。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电感耦合等离子光谱仪及方型铝壳全电池充放电测试等手段对试样的物化指标进行了测试。结果表明两组试样都为纯相,同时以CMO为前驱体制备的Li Mn2O4材料具备较好的球型度,更高的振实密度以及更优异的电化学性能。     

钇掺杂LiFePO4锂离子电池正极材料的制备与性能

用固相法合成LiFe1-xYxPO4 (x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)锂离子电池正极材料,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粉末比电阻法和充放电性能测试表征材料的晶体结构、微观形貌、电子电导率和电化学性能。结果表明,少量的钇掺杂并未改变材料的晶体结构,但改善了材料的微观结构,提高其电子电导率,改善可逆容量和电化学性能。在10 mA/g的电流密度下,LiFe0.97Y0.03PO4首次放电容量可达146.54 mAh/g。     

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。