石墨烯和碳纳米管二元复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

主要以石墨烯(Gen)、碳纳米管(CNTs)及其二者的复合材料石墨烯/碳纳米管(Gen/CNTs)为研究对象,将其以不同的含量、比例添加在LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中,制备了一系列软包电池。通过XRD、SEM、电化学性能等测试研究了不同导电剂与正极材料结合情况,以及导电剂含量配比对锂离子电池性能的影响。结果表明：电池的性能与导电剂含量密切相关,并且复合导电剂的性能优于单一导电剂。在石墨烯/碳纳米管比例相同的情况下,随着导电剂添加量增加,电池的内阻显著降低,放电容量、倍率性能、循环性能均得到改善。导电剂为1.5%Gen/CNT (3/7,质量比)时,0.2 C下放电比容量可达163.2 mAh/g,在5 C下放电比容量仍可达85.5 mAh/g,其循环性能也最好,1 C循环200次后,容量保持率可达103.12%。     

不同导电剂对锂离子电池正极材料磷酸钒锂电化学性能的影响

研究了导电剂种类和导电剂含量对磷酸钒锂电化学性能的影响。以Li_3V_2(PO_4)_3为正极材料,研究了石墨烯、乙炔黑和Super P Li三种导电剂对磷酸钒锂电化学性能的影响。恒电流充放电和电化学阻抗测试结果表明,不同的导电剂对电极的电化学性能有显著的影响。以Super P Li为导电剂的磷酸钒锂正极材料表现出最高的放电比容量和最优异的倍率性能,交流阻抗值小。在此基础上探究了Super P Li含量对磷酸钒锂电化学性能的影响,结果表明添加质量分数10%Super P Li的电池具有较小的阻抗和较高的放电比容量、循环性能和倍率性能。     

多维度二元导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电池性能的影响

将超级导电炭黑Super-P(SP),碳纳米管(CNT)和石墨烯(GN)任取2种等比例添加到LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中制备扣式电池,探究二元导电剂对电池性能的影响,此外设立单一导电剂SP作为对照组。采用X射线衍射仪分析导电剂的结构,并使用扫描电镜分析导电剂的形貌,此外还测试了电池的电化学性能。添加质量分数为3% GN/SP二元导电剂的电池首次放电比容量最高,为181.1 mAh/g; 添加质量分数为3% CNT/GN二元导电剂的电池循环性能最好,0.2 C循环100周容量保持率为76.2%;添加质量分数为3% CNT/SP二元导电剂的电池倍率性能最优,阻抗最低。结果表明,二元导电剂对电池性能的提升能力均优于单一导电剂SP。      

镁掺杂磷酸铁锂的碳热还原法制备及表征

采用沉淀法制备出磷酸铁,将其与碳酸锂、葡萄糖混合,并掺杂适量的镁,以碳热还原法制备出磷酸铁锂正极材料。制备的磷酸铁粉体D_(50)=2.94μm并呈正态分布。合成的镁掺杂磷酸铁锂颗粒呈类球形,D_(50)=2.80μm;不同镁掺杂量的磷酸铁锂XRD谱没有显著差别。掺杂后的LiFe_(1-x)Mg_xPO_4/C随着x值的增加,比容量有一定的上升。当x=0.01时,0.1C放电比容量为162mAh/g,1C放电比容量达到135mAh/g,循环性能优异。     

共沉淀法制备磷酸铁锂的热处理过程研究

以硫酸亚铁、磷酸、氢氧化锂为原料,通过共沉淀法合成磷酸铁锂前驱体,再经过焙烧得到高倍率性能磷酸铁锂复合材料(LiFePO_4/C)。研究了前驱体焙烧过程中温度对样品形貌及电化学性能的影响。结果表明:产出物相为磷酸铁锂,颗粒呈现较好的球形形貌,750℃煅烧得到的样品显示出最高的电化学性能,电导率为5.10S/m,振实密度为1.19g/cm~3,在0.1C倍率下首次放电比容量达到145.8mAh/g,内阻为139.64Ω,循环伏安曲线上下对称,有很好的循环可逆性。     

分散剂对石墨烯正极浆料的影响

以脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）为分散剂,添加到含少层石墨烯粉末的三元材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂正极浆料中,制备出分散性较好的含石墨烯三元正极浆料。通过扫描电子显微镜（SEM）、电池测试系统及电化学工作站对含不同质量的分散剂的正极极片的形貌、电性能和内阻进行表征。研究表明,加入0.4 %的分散剂制作出的正极极片导电率最高,有效抑制正极浆料中石墨烯颗粒的团聚现象,降低正极材料界面内阻,提高循环性能;在2.75~ 4.2 V电压范围内,以1 C充电6 C放电情况下,循环500次后,容量从126 mAh/g衰减至106.2 mAh/g,容量保持率为84.2 %,而未加分散剂含石墨烯的容量保持率为80%。      

锂离子电池正极材料Li_3V_(2-2x)/3Mg_x(PO_4)_3/C的制备及电性能研究

本文主要通过水热法制备了锂离子电池正极材料Li3V2-2x/3Mgx(PO4)3/C,并研究了掺杂金属元素Mg对Li3V2(PO4)3晶体结构和电性能的影响。结果表明,当Mg含量x=0.45(质量分数,下同)时,且在温度为750℃焙烧6 h的条件下所制备的样品具有较好的晶体结构、微观形貌和电化学性能。镁掺杂量在一定范围内变化不会影响磷酸钒锂本身的单斜结构。在3.0~4.8 V、0.1 C倍率下,Li3V1.70Mg0.45(PO4)3/C复合材料首次放电比容量高达154.4 mAh·g-1,首次库伦效率为94.32%,在不同倍率下循环25次之后的容量依然可以达到112.8 mAh·g-1。掺杂镁的样品与未掺杂的样品相比,容量和循环倍率性能均有了很大程度的提高。     

钛酸锂材料的制备及电极配方研究

采用高温固相法制备了钛酸锂负极材料,通过XRD、SEM测试方法,对制备的钛酸锂材料进行物相分析与形貌表征。运用三种不同电极配方组装成扣式电池,对电极的容量、倍率、循环、交流阻抗进行测试,发现LTO-1电极电化学性能最好,1 C倍率循环100次容量保持率为97.7%,8 C倍率放电容量可达147.7 mAh/g。     

冷冻干燥法制备高性能电池级正极材料磷酸铁锂

以LiOH·H_2O为Li源,FeNO_3·9H_2O为Fe源,NH_4H_2PO_4提供磷酸根,柠檬酸作为碳源和螯合剂进行配料,采用简单的制备工艺冷冻干燥法合成了电池级正极材料磷酸铁锂粉末。通过XRD物相表征、电池充放电和循环伏安等测试手段探究了烧结工艺对碳包覆磷酸铁锂(LiFePO_4/C)正极材料的结晶性及电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度为750℃时获得的正极材料LiFePO_4/C电化学性能表现最好,在不同电流密度下0.1C、0.2C、1C、2C和5C的放电比容量分别为150.5、142.2、128.1、117.8和105.4 mAh/g。     

钴-氮共掺杂空心碳球提升硒正极电化学性能研究

为了解决传统的硒基复合正极材料导电性差,循环寿命短,倍率性能差,活性物质大量流失的问题。本文采用SiO₂纳米球为模板,N,N’-二水杨醛乙二胺钴为钴源,盐酸多巴胺为氮源和碳源,合成了一种新型的钴-氮共掺杂空心碳球(Co-N-C),并将其作为硒正极宿主材料复合得到Co-N-C/Se复合正极。在0.5C充放电电流密度下,Co-N-C/Se复合正极材料循环200圈后,比容量仍高达238 mAh·g^-1,且经过阶梯放电,在40圈后,2.0C大电流充放电密度下,比容量仍能维持在222 mAh·g^-1。利用导电碳骨架、多样性的化学吸附位点和催化活性位点协同作用成功获得高比容量、大倍率性能及长循环寿命的Li-Se电池。     

不同锰源对富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2性能的影响

采用MnCO3或MnO2为锰源,设计了两条工艺路线,并分析了这两种工艺对富锂正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2结构、形貌、振实密度及电化学性能的影响。研究结果表明,两种工艺制备的材料都具有层状结构,二次颗粒都呈球形,球形颗粒的直径都在2~15μm,一次颗粒0.2~1.0μm;但是在两种不同的工艺下,球形颗粒的聚集程度不一,其中以MnO2为锰源,制备的材料的颗粒接触最为紧密,而且其振实密度高,为1.5g·cm-3。以制备出的材料作为电池的正极材料,组装2032扣式电池,在0.1C(20mA·g-1),电压范围2.0~4.8V,测试材料的首次充放电,其中以MnCO3为锰源,制备的材料的首次放电比容量为最高,为262.1mAh·g-1,首次库伦效率为76.8%。在不同倍率(0.2C,0.5C,1.0C和3.0C)下测试电池性能,以MnO2为锰源,3.0C下的放电比容量为183.5mAh·g-1。因此,采用MnO2为锰源制备出的富锂正极材料具有较高的倍率性能。     

锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展

介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钒的氧化物以及导电高聚合物正极材料的发展现状和研究进展.LiCoO2在今后正极材料发展中仍然有发展潜力,通过微掺杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高,循环性能大大改善.环保、高能的三元材料和磷酸铁锂为代表的新型正极材料必将成为下一代动力电池材料的首选.     

固相反应条件对磷酸铁锂电化学性能的影响

以碳酸锂(Li₂CO₃)为锂源, 磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄)为磷源, 草酸亚铁(FeC₂O₄·2H₂O)为铁源, 柠檬酸(C₆H₈O₇·H₂O)为碳源, 采用固相反应法制备橄榄石晶型磷酸铁锂。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜, 能谱仪, 比表面积分析仪和电化学测试等设备和方法对磷酸铁锂材料的物相组成、结构、形貌和电化学性能进行表征, 研究煅烧温度和保温时间对磷酸铁锂电化学性能的影响, 并通过添加碳对试样进行包覆改性。结果表明, 在煅烧温度为700℃, 保温时间为12 h条件下制备的磷酸铁锂正极材料的电化学性能良好, 碳包覆能有效改善电极材料的性能。包覆碳后的磷酸铁锂电极材料在0.2C充电电流密度下首次放电比容量可达319.2 mAh·g-1; 在1C充电电流密度下循环100次后, 放电比容量保持在168.1 mAh·g-1。     

碳纳米管导电浆料的制备及其对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 电化学性能的影响

用CVD法制备碳纳米管,通过强酸超声处理后溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制备成碳纳米管导电浆料,利用XRD,SEM,BET考察了制备的碳纳米管导电剂浆料的结构和表面形貌,并考察了其作为导电剂对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池电化学性能的影响;研究结果表明经过王水处理后的碳纳米管获得了更好的分散性,并且得到了更多的介孔。添加了碳纳米管导电浆料的电池首次放电比容量是186.1 mAh/g,而未添加碳纳米管导电浆料的电池首次放电比容量是181.2 mAh/g。添加了碳纳米管导电浆料的电池循环性能更好,100次循环容量保持率是95.95%;添加了碳纳米管导电浆料的电池大倍率性能优越,在2C、3C、5C倍率下要明显高于单独用SP做导电剂的电池(1 C=180mA/g)。并且,添加碳纳米管导电浆料的电池电极界面阻抗要小。      

以金属铁粉为原料磷酸铁锂的制备和性能研究

以1~3μm金属铁粉和磷酸二氢锂为原料,采用高温固相法合成了无碳磷酸铁锂。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和电化学测试等方法对合成的磷酸铁锂材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。研究结果表明,采用1~3μm的金属铁粉和磷酸二氢锂为原料,高温固相法合成了具有橄榄石晶体结构的磷酸铁锂材料,粉末近似球形,振实密度较高,一次颗粒200~300 nm。600℃合成的磷酸铁锂存在杂质相,650~750℃下合成的磷酸铁锂具有完整的橄榄石晶体结构,产物为纯相。无碳的磷酸铁锂呈浅灰色,600~750℃下合成的磷酸铁锂材料0.1C充放电存在平台,显示两相充放电特性,比容量均在100 mAh·g-1左右,且极化较大。用蔗糖对其进行包覆改性得到碳包磷酸铁锂,其颜色呈黑色,改性后的磷酸铁锂电化学性能有了较大的提高,0.1C比容量达到了154 mAh·g-1,充电平台和放电平台之间的极化明显降低,具有较好的循环稳定性。     

锂离子动力电池正极材料的研究进展

介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂的性能,以及它们作为动力电池正极材料的可行性。磷酸铁锂和锰酸锂以其优异的性能成为最热的动力电池正极材料,并且锰酸锂的研究及应用进展表明锰酸锂已经成为锂离子动力电池正极材料的首选。     

不同放电倍率磷酸铁锂电池循环性能研究

磷酸铁锂电池的容量、能量、内阻和开路电压是其性能的重要指标,也是涉及电池管理系统设计的重要参数.这些特性均与电池充放电倍率紧密相关.通过对40 ℃下不同放电倍率的LiFePO₄锂离子电池的容量、能量、交流阻抗和开路电压等循环性能试验,研究不同放电倍率循环下以上特性的变化规律.结果表明,电池放电容量与放电倍率间满足幂函数规律; 高倍率下循环,电池容量衰减更快; 在循环过程中,放电倍率对电池的欧姆阻抗和电化学阻抗的影响程度不同,欧姆内阻受倍率影响很小,电化学阻抗则随着放电倍率升高,增加越快; 另外,在循环后期,放电倍率越高,开路电压下降越快; 大电流下,电池放出能量降低,产热增加,老化加快,寿命降低.      

LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的合成与性能

采用共沉淀-高温固相法制备LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2锂离子正极材料,并使用X 射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）技术分别表征其结构和形貌.然后将所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料组装成扣式电池,并表征其电化学性能,探讨烧结温度和锂配量对其电化学性能的影响.结果表明：所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的放电比容量随烧结温度的升高而增大,且在900℃时表现出最佳的电化学性能.室温下,1C倍率下,锂配量(n(Li)/n(Ni+ Co+ Mn)=1.09)时,正极材料的首次放电容量为143.7 mAh/g,50次循环后,正极材料的放电比容量仍有141.3 mAh/g,容量保持率为98.3%.     

碳热还原法制备LiFePO4/C锂电池正极材料的研究

以Fe2O3为铁源,NH4H2PO4为磷源,Li2CO3为锂源,蔗糖为碳添加剂,应用碳热还原一步烧结法制备了LiFePO4/C复合粉体材料,系统的研究了烧结温度、烧结时间和锂铁比对样品电化学性能的影响。研究结果表明,对电化学性能影响因素最大的是烧结温度、其次是锂铁比,最后是烧结时间。当烧结温度为700℃、锂铁比为1.00、烧结时间为12 h时样品所得的电化学性能最佳,它在0.1C,0.5C和1.0C倍率下的首次放电比容量分别为130.1,118.2和105.6 mAh.g-1,经20次循环后,不同倍率下样品的容量的保持率分别为99.8%,98.9%和97.5%。     

多孔碳涂覆层对高硫载量电极的改性研究

锂硫电池具有能量密度高、对环境友好,原材料廉价等优势,有望成为下一代最有发展潜力的动力电池之一。但锂硫电池的库伦效率低、循环性能差是制约了其实用化的主要障碍。通过在高硫载量硫/碳(S/SP(super-P)/CNT(carbon rano tube),硫载量为90%)电极的表面涂覆一层非活性物质层(多孔碳层),制备了带涂覆层的S/SP/CNT复合电极(C-S/SP/CNT复合电极)。采用热重(TGA)方法分析了S/SP/CNT复合材料中硫的含量。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对复合电极(C-S/SP/CNT)循环前后的表面形貌进行了表征。结果表明, S/SP/CNT复合材料中硫含量高达90%,循环100周后电极的表面没有明显的团聚现象。碳多孔层不但能够物理吸附充放电过程中溶解在电解液中的多硫化物,抑制穿梭效应,且其良好的导电能力,能进一步提高电极的导电性能,增加电极反应的活性位点。采用恒流放电的方法对复合电极的电化学性能进行了测试。C-S/SP/CNT复合电极的首次放电容量达1192.3 mAh·g~(-1),循环300周后的可逆容量仍有442.9 mAh·g~(-1),表现出良好的循环性能。