LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的γ-Al2O3包覆及其性能

以氢氧化铝溶胶为前驱体在LiNi0.5 Mn1.5 O4正极材料表面制备尖晶石结构γ-Al2 O3包覆层,借助XRD、SEM、TEM及电化学方法对电极材料的主要性能进行了研究。结果表明：LiNi0.5 Mn1.5 O4表面γ-Al2 O3包覆层形成条件为600℃下煅烧0.5 h,较佳包覆量约为3％（摩尔比）;γ-Al2 O3包覆层形貌完整,厚度约为5～10 nm,（311）晶面间距约0.24 nm;γ-Al2O3包覆的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料30周充放电循环（0.2 C）后的比容量为112.1 mAh／g,4 C倍率下的比容量为82.0 mAh／g,容量保持率较基体分别提高了约10％和17.2％。因此,γ-Al2 O3包覆层减小了LiNi0.5 Mn1.5 O4与电解液的接触,有效抑制了基体与电解液之间的副反应,其电化学反应可逆性、循环稳定性及倍率性能得到了提高,有望用作动力锂离子电池正极材料。     

Li_(1.1)Ni_(1/3)CO_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的制备与性能研究

以Li2CO3、Ni CO32Ni OH24H2O、Co CO3H2O和Mn CO3为原料,采用高温固相法,制备了Li1.1Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料.通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征,并采用恒电流充放电测试系统对该材料的电化学性能进行测试.结果表明:第2次球磨时加锂盐合成的Li1.1Ni1/3Co1/3Mn1/3O2样品结构完整,为-Na Fe O2型二维层状结构,属于R-3m空间群,且该样品的阳离子混排程度较低,颗粒大小比较均匀.该样品在0.1 C放电倍率和2.4~4.6 V电压范围的首次放电比容量为182.7 m Ah/g,循环57次后,容量的仍高达保持率为95.1%,表现出良好的循环性能.     

钠离子电池正极材料Na(Fe_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3))O_2的制备及电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成钠离子电池正极材料Na(Fe1/3Ni1/3Mn1/3)O2,通过扫描电镜、充放电测试等方法,对Na(Fe1/3Ni1/3Mn1/3)O2材料的表面形貌以及电化学性能进行研究,并探索络合剂柠檬酸用量对材料电化学性能的影响.结果表明:当柠檬酸与该材料中过渡金属总摩尔比为1∶1时,合成的Na(Fe1/3Ni1/3Mn1/3)O2材料晶粒分散均匀,粒径均一,颗粒大小约为0.5μm.电化学性能测试表明该产物具有高的放电比容量、优良的循环性能和倍率性能.在10 m A/g的电流密度下首次放电比容量为132.2 m Ah/g,25次循环之后容量仍能达到112.2 m Ah/g,容量保持率达到84.9%.在1 C的放电倍率下,其放电比容量仍能达到84.1 m Ah/g.     

球形LiMn1.5Ni0.5O4材料的嵌脱动力学

为明晰Li Mn1.5Ni0.5O4正极材料的动力学性能,采用水热辅助共沉淀法合成了尖晶石Li Mn1.5Ni0.5O4正极材料,并采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和电化学阻抗(EIS)研究了材料的结构和锂离子嵌脱动力学.实验结果表明:共沉淀法制备的Li Ni0.5Mn1.5O4材料颗粒呈均匀球形,且平均粒径较小,粒度分布较窄.在循环过程中,Li Ni0.5Mn1.5O4的电荷转移电阻增大,锂离子扩散系数减小,进而电子电导率和离子电导率下降.温度升高后,Li Ni0.5Mn1.5O4材料的溶液电阻变化不大,但是电荷转移电阻逐渐增大,锂离子扩散系数逐渐减小;此外,随着温度的升高,Li Ni0.5Mn1.5O4材料的溶解速度加快,从而导致SEI膜的厚度增大.Li Ni0.5Mn1.5O4材料的嵌脱锂动力学与温度和循环次数有密切关系.     

水热法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4及其电化学性能的研究

以LiOH·H2O、MnSO4·H2O和NiSO4·6H2O等为原料,采用水热法合成尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料.利用扫描电子显微镜、粉末X-射线衍射仪、电化学测试分别对材料形貌、结构和电化学性能进行表征.研究加入不同锂量和热处理对尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料的初始容量、放电平台以及循环性能的影响.结果表明:经过850℃热处理所合成的材料分布均匀、结晶和电化学性能良好.当LiOH溶液为0.162 g·mL-1时,尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料在1 C倍率电流(140 mAh g-1)条件下,首次放电比容量为111.0 mAh·g-1.且该样品的循环性能优越:经150充放电循环后的容量衰减率仅为4.5%.     

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2+LiMn_2O_4/软碳体系电池的研究

选用锰酸锂(Li Mn2O4)、复合镍钴锰酸锂(Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2)按不同比例混合作为正极,软碳作为负极材料,制备复合镍钴锰酸锂与锰酸锂混合型锂离子全电池(简称混合型锂离子全电池),选择质量分数为15%,35%的Li Mn2O4与Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2混合作为正极活性物质进行实验,研究Li Mn2O4对锂离子全电池充放电性能、安全性能、倍率放电性能、脉冲功率特性等的影响。结果表明:Li Mn2O4质量分数为35%时,既提升了锂离子全电池的电性能,又保证了其较高的安全性能;常温下电流为1I1(I1代表1 h率放电电流)充放电循环预计寿命可达到1 500周,55℃高温下电流为0.5I1充放电循环335周容量保持在92%以上;在放电深度(DOD)10%~80%内10 s脉冲充放电状态下,混合型锂离子全电池阻抗均在9 mΩ以下,50%DOD时的10 s放电比功率在700 W/kg以上。     

锂离子电池LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的电子结构

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法,计算LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的电子结构。结果表明:LiMn_2O_4中Mn存在4+和3+两种价态,其平均磁矩约为3.5μb;Mn3d和O2p轨道之间形成了强共价键,Li和O之间主要以离子键为主;Mn O之间较强的相互作用有利于晶格保持较高的稳定性,利于锂离子的可逆嵌入和脱出;当Ni部分取代Mn以后,嵌/脱锂过程中的氧化还原中心转变为Ni,Ni的掺杂同时抑制了Mn的还原,这对于低价态Mn的溶出起到了较好的抑制作用,提高了晶格的完整性。因此Ni掺杂对于提高材料的结构稳定性和电化学性能较为有利。     

Li_(1.52)Ni_(0.30)Mn_(0.78)Co_(0.06)O_(2.00)正极材料的电化学性能

以Li2CO3、Ni(CH3COO)2·2H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O和Na2CO3为原料,通过直接沉淀法制备了具有α-NaFeO2型层状结构的微米Li1.52Ni0.30Mn0.78Co0.06O2.00正极材料.通过X射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电、交流阻抗、循环伏安法等方法研究了样品的结构和电化学性能.结果表明:充电截止电压4.6V时样品的充放电性能最佳.在电流200 mAh·g-1时,该样品第1循环和第40循环的放电容量分别为150.2 mAh·g-1、155.0 mAh·g-1;样品的电化学反应受电荷传递阻抗和和Li+扩散的共同控制.     

锰基锂正极半导体材料禁带特性研究

采用高温合成法对掺杂Ni和Fe固体物质锰基锂正极材料进行研究,制备出锰基锂正极半导体材料Li Ni0.5Mn1.5O4,Li Ni0.5Mn1.5Fe0.1O4和Li Ni0.5Mn1.5Fe0.2O4,利用X射线衍射仪分析该产物的晶体结构,运用紫外可见光纤光谱仪测试该材料的光谱特征,采用高精度电池测试仪测试半电池的充放电特性.测试结果表明:锰基锂正极半导体材料为立方尖晶石结构,其晶体结构是立方晶系,Fd3m空间群.Li Ni0.5Mn1.5O4,Li Ni0.5Mn1.5Fe0.1O4和Li Ni0.5Mn1.5Fe0.2O4的紫外可见光吸收系数分别处于0.830,0.839和0.857时,禁带宽度分别为0.989 e V,0.966 e V和0.922 e V.半电池电特性测试表明:充放电电压范围处于3.45 V~4.8 V区间,充放电出现了2个平台.     

锂离子电池高电压正极材料LiNi_（0.5）Mn_（1.5）O_4的合成与性能

采用镍锰氢氧化物和碳酸锂为原料,在高温下合成LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。系统地研究了不同的退火工艺对LiNi0.5Mn1.5O4结构与电化学性能的影响。研究发现,合成的样品都具有标准的尖晶石结构和规则的八面体外形。电化学测试结果表明,在700℃下退火12h得到的样品电化学性能最佳。首次放电容量达到141mAh/g,40次循环后容量保持率为99.2%,5C放电时容量仍然达到122mAh/g。     

尖晶石型Li_4Mn_5O_(12)正极材料的合成

以LiOH·H2O和MnCO3为原料,采用两段固相法制备了亚微米级大小的尖晶石型Li4Mn5O12正极材料.通过充放电测试、X射线衍射、扫描电镜等现代实验方法研究了合成温度对材料的电化学性能的影响.研究表明:500℃烧结制备的样品表现出最佳的电化学性能.在0.2 C倍率电流条件下,第1循环和第30循环的放电容量分别为143.5 mAh·g-1和143.9 mAh·g-1;在2 C倍率电流下,样品的第1循环和第50循环的放电容量分别为109.2 mAh·g-1和126.1 mAh·g-1.     

尖晶石锂锰氧化物的电化学性能研究

以LiOH.H2O和Mn(CH3COO)2.2H2O为原料,用微波烧结和固相烧结相结合合成了尖晶石型Li4Mn5O12正极材料.XRD分析、DTA分析、循环伏安和充放电实验表明,先用300W的微波烧结30min,然后再用380℃后处理48 h可获得具有纯Li4Mn5O12物相的样品.该样品的初始放电容量为176mAh/g,40循环的放电容量为123 mAh/g.     

LiCoO_2包覆LiNi_(0.78)Co_(0.2)Zn_(0.02)O_2锂离子电池正极材料

采用共沉淀法制备了LiCoO2包覆LiNi0.78Co0.2Zn0.02O2锂离子电池正极材料,对材料进行XRD、SEM的分析结果表明,该材料具类α-NaFeO2(R-3 m)结构,而且微观颗粒大小均匀.电化学测试结果表明,用LiCoO2进行表面包覆后比未包覆材料的初期放电比容量略有降低,但是材料的循环性能明显提高.包覆材料的首次恒流(60 mA.cm2,3.0~4.2 V,vs.Li /Li)充、放电比容量分别为243.63 mAh.g-1和204.58 mAh.g-1,首次循环效率为83.97%,200次循环后比容量仍为197.06 mAh.g-1,不可逆容量损失仅为7.52 mAh.g-1,容量保持率达到96.0%以上,具有很好的循环性能.     

激光熔覆纳米La2O3/Ni基合金涂层

采用横流5kWCO2激光在低碳钢基体表面制备纳米La2O3/Ni基激光熔覆涂层。采用光学显微镜（OP）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）分别对熔覆涂层进行显微组织和相组成的观察。用显微硬度计和滑动磨损试验机对熔覆涂层的硬度和耐磨性进行测试。试验结果表明：熔覆层主要由γ-（Ni,Fe）,Cr23C6,LaNi10.5Si2.5等相组成,随离结合面距离增大,熔覆层的组织逐渐变细。随着纳米La2O3加入量及扫描速度增加,熔覆层组织变细。加入纳米La2O3后,平均硬度由未加时500HV0.5提高到约700HV0.5,耐磨性也得到不同程度的提高。在本试验条件下,添加质量分数为1.0%纳米La2O3熔覆层的耐磨性明显高于质量分数为1.5%纳米La2O3熔覆层的耐磨性。扫描速率采用250mm/min的熔覆层,其综合性能最佳。     

LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2材料的制备及其Nb2O5包覆改性

高镍层状LiNixCoyMn1-x-yO2（x≥0.6）三元材料具有较高的能量密度,但因锂镍混排、结构稳定性不佳等问题限制了其在锂离子电池中的应用。因此,采用Nb2O5包覆对三元材料LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2（NCM613）进行改性,并考察了不同包覆量对NCM613的形貌结构和电化学性能的影响,得出了最佳工艺条件的包覆量为0.75%。首先,采用共沉淀法制备了前驱体Ni0.6Co0.1Mn0.3(OH)2;然后利用高温固相法制备了裸样LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2（NCM613）;最后加入不同物质的量的Nb2O5粉末,通过球磨后高温烧结回火法制备了不同比例包覆量的Nb2O5@NCM613样品。XRD分析结果表明,各包覆样品与裸样NCM613的晶体结构相似,都具有完整的α-NaFeO2层状结构,阳离子混排程度较低;SEM分析结果表明,包覆样品和裸样NCM613均为1.0~1.5 μm的类球状粒子,且Ni、Co、Mn和Nb元素均匀分布在类球状材料表面;TEM分析结果表明,0.75Nb2O5@NCM613样品的Nb2O5包覆层厚度约为10~20 nm;材料电化学性能研究结果表明,在2.7~4.3 V、0.2C的电流密度条件下NCM613和0.75Nb2O5@NCM613的首圈放电比容量分别为208.11, 237.39 mA·h/g,1.0C循环100圈后,0.75Nb2O5@NCM613的放电比容量为176.43 mA·h/g,容量保持率高达86%。与裸样相比,在100圈循环后0.75Nb2O5@NCM613的阻抗明显降低,电化学极化降低,可逆性增强,这是因为Nb2O5包覆能提高材料的结构稳定性和电化学性能。可见,Nb2O5包覆高镍三元材料有利于推动高镍层状正极材料的工业化生产。     

锂离子电池正极材料LiMn_2O_4紫外可见光谱研究

<正>极材料因为其成本低廉,环境友好,高能量密度而被广泛应用.本文采用高温固相法制备Li Mn2O4正极材料,运用X射线衍射仪和扫描电镜分析其结构和微观形貌,采用紫外可见光分光光度仪测试该材料的光谱特征,并计算禁带宽度.结果表明:Li Mn2O4材料有菱形结构的几何外形,粒径分布处于1 um~2 um之间,为立方尖晶石结构,Li Mn2O4溶于双氧水和HNO3样品,溶解时间为40 min,80 min,120 min时,禁带宽度分别为2.24eV,2.22eV和1.85eV.     

以Mn3O4为锰源合成高性能LiMn2O4正极材料

以Mn3O4为锰源,采用固相反应法,在较低的温度(650℃)制得尖晶石LiMn2O4正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒流充放电等技术对其相组成、微结构和电化学性能进行表征。结果表明该正极材料结晶良好,一次粒径约为150 nm。它的电化学性能,尤其是循环性能,明显优越于在较高温度合成的LiMn2O4。在电流密度为74 mA?g-1时,测得比容量为128 mAh?g-1,在1 480 mA?g-1时,比容量为105 mAh?g-1;在室温、148 mA?g-1充放电200次循环后,容量保持率为93%。     

复合材料Li_4Ti_5O_(12)/SnO_2的制备及电化学性能研究

采用化学沉积法制备Li4Ti5O12/Sn O2复合材料,讨论了Sn O2的含量对负极材料电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征.结果表明:复合材料中的Sn O2不会改变钛酸锂的尖晶石结构和形貌,当Sn O2质量分数为5%时,材料的电化学性能最优;电压在1~3 V,进行恒流充放电测试,结果表明:0.1 C倍率时,Li4Ti5O12的首次放电比容量为167.83 m Ah/g,而5%复合材料的首次放电比容量为178.21 m Ah/g.     

烧结温度对Li_(1.1)Mn_(1.85)Al_(0.05)O_4正极材料结构和电化学性能的影响

通过共沉淀法制备了正极材料Li1.1Mn1.85Al0.05O4的前驱体M3O4,并探究600~900℃区间烧结温度对细粒度材料样品电化学性能的影响规律.通过XRD物相分析、SEM图像分析,激光粒度测试、电化学滴定测定Mn价态分布、d Q/d V-V微分容量分析以及恒电流充电循环测试,研究了Li1.1Mn1.85Al0.05O4材料的综合电化学性能等.实验结果表明:经过细化的样品在高温烧结时,存在不同程度的氧缺陷,并随温度升高而增大.细粒样品超过750℃烧结,氧缺位在晶格显著出现并伴随着Mn3+富化、Mn4+贫化现象,并导致晶格膨胀,结构稳定性下降,循环性能劣化.Mn尖晶石系材料制备时应防止粒度过细,并在750℃以下烧结处理.     

电解液对超级电容器Mn_3O_4电极材料性能的影响

以应用于超级电容电极的锰氧化物材料为主要研究对象,用溶剂热法制备四氧化三锰(Mn3O4)电极材料,以X线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料性能进行了表征,采用循环伏安法、恒电流充放电法和电化学阻抗法对材料电性能进行了测试,分别以1 mol/L硫酸钠(Na2SO4)和6 mol/L氢氧化钾(KOH)为电解液研究了不同电解液对Mn3O4电极材料性能的影响.结果表明,当电流密度为0.5 A/g时,Mn3O4在KOH电解液中的比电容为48 F/g,相比在Na2SO4电解液中所得的比电容22 F/g要大.