Li2MnSiO4正极材料合成过程的热反应动力学

采用热重-差示扫描量热技术研究了高温固相法合成Li2MnSiO4正极材料的反应过程。结果表明:Li2MnSiO4前驱体在加热升温过程中的两个失重区主要归因于原料的脱水和分解;在不同升温速率条件下测得的差示扫描量热曲线主要由5个吸热峰组成;利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法对前驱体分解失重阶段中三个吸热峰(>200℃)的反应活化能计算结果分别为:384.12、120.63、263.43 kJ/mol和350.78、117.16、227.59 kJ/mol;基于Kissinger法进一步确定了相关反应阶段的反应级数、频率因子和动力学速率方程。XRD测试说明:基于热力学结果的分步优化工艺能够减少终产物的杂质,改善合成质量。     

锂离子电池正极材料Li1.03CexMn1.97-xO4的制备及性能

采用以柠檬酸为络合剂的溶胶-凝胶法,制备具有尖晶石结构的Li1.03CexMn1.97-xO4(x=0.01,0.02,0.03)系列化合物。材料的晶体结构通过X射线衍射光谱(XRD)法进行表征,而其电化学性能通过循环伏安法(CV)和恒流充放电进行表征。XRD结果表明,合成的锂锰氧化物具有典型的尖晶石结构,但随着掺杂量的增加,CeO2杂质相逐渐出现。通过循环伏安法进行测试,其氧化峰与还原峰峰型明显。分别采用1/3C和1C倍率对正极材料进行恒流充放电测试,结果发现,Li1.03Ce0.02Mn1.95O4具有良好的循环性能,因而适量Ce元素的掺杂可以有效的改善尖晶石型锰酸锂的循环性能。     

高容量正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的合成及电化学性能

以LiOH.H2O、Ni(OH)2和Mn3O4为原料,采用固相法合成锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的倍率性能和高低温性能。结果表明:900℃下烧结10 h后可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,并具有良好的电化学性能,放电容量最高可达235.9 mA.h/g;在50℃下测试时该材料的放电容量高达284.4 mA.h/g,并表现出良好的循环性能,其倍率性能和低温性能还有待进一步改善。     

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Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成

采用碳酸盐共沉淀法合成了Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。用X射线粉末衍射仪、高频电感耦合等离子体原子发射光谱仪和扫描电子显微镜对材料的晶体结构、化学元素组成和表面形貌进行了分析研究。将正极材料Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2制成电极极片,组装成混合动力车用3Ah高功率电池进行测试。分析测试结果表明,合成的正极材料Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有典型的α-NaFeO2结构,粒径约为10μm。在室温(25℃),电池经2000次充放电循环后容量可保持80%;在50%DOD下,电池10 s脉冲输出功率密度为2100 W/kg,输入功率密度为2700 W/kg。     

LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C的合成及电化学性能

采用高温固相法合成Ni2+、Mn2+共掺杂的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学测试技术等研究材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明:Ni2+和Mn2+共掺杂后的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C材料仍然具有LiFePO4/C橄榄石型晶体结构,且掺杂后材料的放电比容量和循环性能都得到显著改善。在0.1C和1C下放电时,未掺杂LiFePO4/C的首次放电比容量仅分别为153和140 mA.h/g,而Ni2+、Mn2+共掺杂的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C材料首次放电比容量分别为165和145 mA.h/g,且在1C下循环100次后容量保持率仍然为97.6%。     

Li2Fe1-xMnxSiO4正极材料的合成及电化学性能

采用真空固相法成功地合成了锂离子电池正极材料Li2Fe1-xMnxSiO4,并用FTIR、XRD和电化学性能测试对材料进行了表征.FTIR和XRD测试表明,Mn很好地崮溶到Li2FeSiO4中.电化学性能测试表明,当w≌w(Mn)=0.1%时,合成的Li2Fe1-xMnxSiO4电化学性能最佳,首次放电容量达到67.7 mAh/g,20次循环后容量仍保持在44.8 mAh/g.     

LixNi0.5Mn0.5O2正极材料的合成及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法合成了层状LixNi0.5Mn0.5O2(x=1.00,1.05,1.10,1.15)正极材料,并研究了配锂量x为1.0,1.05,1.0和1.15时对终产物的结构及电化学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)表征LixNi0.5Mn0.5O2材料的结构,使用充放电实验、EIS及CV研究了LixNi0.5Mn0.5O2的电化学性能。结果表明,x为1.10时材料具有良好的层状特征,且材料中锂/镍的混排程度最小。x为1.10时材料内阻小,有更好的循环稳定性和可逆性。在测试温度55℃和电压2.0～4.5V范围内,材料的首次放电比容量达到了239.6mAh/g,在循环20周后,容量保持率为98.2%。     

高电压正极材料LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4合成与性能研究

5V尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4以其高能量密度、价格低廉、无环境污染等特点而被视为最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一。分别采用蔗糖、葡萄糖两种不同碳源,通过液相混合、掺铬、高温煅烧制备出镍铬锰酸锂。对样品的结构、形貌、粒度、粒度分布及电性能等用XRD、SEM、粒度测量和电池充放电性能测试进行了分析。结果表明,加葡萄糖可制得粒子更细、粒度分布更窄的亚微米级的尖晶石型LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4,且具有更好的电化学性能,在3.4～5.2V范围、1C放电比容量可达143mAh/g,循环100次后容量保持率为99.3%。     

液相沉淀-多元醇还原法合成LiFePO4/C正极材料的电化学性能

以钛白工业副产物七水硫酸亚铁为铁源,用液相沉淀制得无定形FePO4·xH2O前躯体,然后在多元醇中与锂源反应制得LiFePO4材料,过程在常压下进行,无需煅烧与惰性气体保护。用XRD、SEM及电化学分析考察多元醇乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)对材料物相和形貌的影响。结果表明:三甘醇所得样品的锂离子扩散速率最小;此样品的晶粒尺寸最小,结晶最完整,无明显杂相生成。在室温下放电倍率为0.1C、1C和5C时,该正极材料的首次放电比容量分别达到148.8、129.3和102.8 mA·h/g,其碳包覆样品的首次放电比容量分别达到155.6、139.9和112.2 mA·h/g,且循环性能良好。     

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.     

Al2O3包覆LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4正极材料的制备及其电化学性能

以Al(NO3)3?9H2O为包覆原料,通过燃烧法制备得到LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4@Al2O3正极材料。通过X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等测试分析材料的电化学性能。结果表明,Al2O3包覆没有改变LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4的尖晶石型结构,包覆层厚度约10.6nm。LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4@Al2O3正极材料电化学性能得到了明显改善,1 C和10 C倍率下初始放电比容量分别为119.9 mAh?g-1和106.3 mAh?g-1,充放电循环500次后容量保持率分别为88.4%和78.2%,而未包覆的LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4在1 C和10 C倍率下初始放电比容量分别为121.2 mAh?g-1和104.0 mAh?g-1,500次循环后容量保持率分别为84.1%和67.6%。LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4@Al2O3活化能为32.92 kJ?mol-1,而未包覆材料的活化能为36.24 kJ?mol-1,包覆有效降低了材料Li+扩散所需克服的能垒,提高了材料的电化学性能。     

Li1＋2xZn1—xPO4的合成及其锂离子的导电性

以Li2CO3,ZnO和NH4H2PO4y为原料,采用传统固相合成法和柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备了组成为Li1 2xZn1-xPO4(x=0-0.5)的固体粉末和烧结体,对合成材料作了DTA,TG,XRD和SEM等分析,并用交流阻抗技术测定了样品的导电性,实验结果表明,与传统的固相合成方法相比,溶胶-凝胶法可以使样品合成温度降低约400℃,并且具有较高的导电率。     

Li2MnSiO4/C复合正极材料的合成及电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li2MnSiO4/C复合正极材料,并用TG-DTA,XRD和电化学性能测试对材料进行了表征.前驱体的TG-DTA曲线表明,合成Li2MnSiO4时烧结温度应高于500℃.XRD测试表明Li2MnSiO4具有正交结构,对应Pmn21空间群.将Li2MnSiO4/C组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,600℃烧结10h所得样品性能最好,首次放电比容量达到124.2mAh·g-1,为理论比容量的74.5%;循环30次后放电比容量为71.5mAh·g-1.     

锂离子电池正极材料LiFePO4掺碳纳米管的性能研究

以Li2CO3、FeSO4·7H2O、(NH4)2HPO4和Na2EDTA为原料,掺杂碳纳米管采用水热法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4.研究了表面活性剂和碳纳米管对产物形貌和电化学性能的影响.结果表明:LiFePO4/MWCNTs样品属于橄榄石结构,在0.1C、3.0～4.3V条件下的首次放电比容量为145 mAh·g--,第20次循环的比容量为144.3 mAh·g-1.     

LiMn2O4/CNTs and LiNi0.5Mn1.5O4/CNTs Nanocomposites as High-Performance Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

The demand of higher energy density and higher power capacity of lithium(Li)-ion secondary batteries has led to the search for electrode materials whose capacities and performance are better than those available today. Carbon nanotubes(CNTs), with their unique properties such as 1D tubular structure, high electrical and thermal conductivities, and extremely large surface area, have been used as materials to prepare cathodes for Li-ion batteries. The structure and morphology of CNTs were analyzed by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), and transmission electron microscopy(TEM). The functional groups on the purified CNT surface such as –COOH, –OH were characterized by Fourier Transform infrared spectroscopy. The electrode materials were fabricated from LiMn2O4(LMO), doped spinel LiNi0.5Mn1.5O4, and purified CNTs via solid-state reaction. The structure and morphology of the electrode were characterized using XRD, SEM, and TEM. Finally, the efficiency of the electrode materials using CNTs was evaluated by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy.     

基于基团贡献法估算(富锂)锂离子电池正极材料Li1+ xM 1- x O2 的热力学性质

富锂Li_1+xM_1-xO₂材料的研究主要集中在其结构和电化学性能上,而很少关注其热力学性能。开发具有高能量密度和容量的新型富锂材料取决于这种材料的结构、热力学性质和电化学性质之间的固有关系。对富锂材料Li_1+xM_1-xO₂的热力学性质了解不足,使得新型Li_1+xM_1-xO₂材料的开发和利用受到限制。鉴于Li_1+xM_1-xO₂材料缺乏热力学数据,根据基团贡献方法的原理对LiAlO₂进行拆分。基于热力学原理,提出了用于估计LiAlO₂的ΔG^θ_f,298、ΔH^θ_f,298和C_p的数学模型。采用基团贡献法估算了56种固体无机化合物的ΔG^θ_f,298和ΔH^θ_f,298以及54种固体无机化合物的C_p,298,以检验该模型的可靠性和适用性。利用基团贡献法估算了固体无机化合物的数学模型。利用基团贡献法拟合的基团参数选择的实验数据准确可靠。在结果令人满意的基础上,建立了用于估算3种类型的Li_1+xM_1-xO₂材料的ΔG^θ_f,298,ΔH^θ_f,298和C_p的数学模型,并估算了63种常见Li_1+xM_1-xO₂材料的ΔG^θ_f,298、ΔH^θ_f,298和C_p,298。     

锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3的合成与性能研究

以LiAc·2H<,2>O、V<,2>O<,5>、NH<,4>H<,2>PO<,4>、蔗糖和乙二醇为原料,采用液相多元醇法合成了锂离子电池正极材料Li<,3>V<,2>(PO<,4>)<,3>,研究了烧结温度对产物电化学性能的影响.XRD、SEM和充放电测试表明:在800℃下烧结10 h合成的样品为单斜晶系;在0.1C、3.0～4.3 V下充放电的首次放电比容量为126 mAh·g<'-1>,第20次循环的比容量为120 mAh·g<'-1>.