5V锂离子电池尖晶石正极材料LiM0.5Mn1.5O4的研究评述

评述了锂离子电池锰酸锂正极材料的重要性，介绍了3d．过渡金属离子（Cr^3＋，Ni^2＋，Cu^2＋，Fe^3＋）掺杂在锰酸锂正极材料中的应用。研究了3d-过渡金属离子掺杂对锰酸锂正极材料结构和电化学性能的影响，并提出了其影响锂离子电池充放电和循环性能的机制。展望了3d-过渡金属离子掺杂在锂离子电池锰酸锂正极材料中的发展前景，并指出LiM0.5Mn1.5O4是非常有应用前景的5V锂离子电池正极材料。     

尖晶石锰酸锂制备及其电化学性能的研究

锰酸锂被认为是取代商品锂离子电池正极材料LiCoO2的候选材料,以二氧化锰、碳酸锂为原料,在空气气氛下进行烧结,控制烧结温度和时间,制备锂离子电池正极材料锰酸锂。用X射线衍射仪、电子扫描电镜对产物的结构特征、微观表面形貌和恒流充放电性能进行了表征。结果表明:所制得的正极材料为尖晶石型锰酸锂,结晶度高、无杂质相、材料颗粒的粒径均匀,首次充放电比容量为117.3 mAh/g(0.2C,3.3～4.4V);50次循环后,放电比容量为107.9 mAh/g,不可逆容量损失为9.4 mAh/g,比容量保持率为92.0%,得到了很好的综合电化学性能。     

锂离子电池正极材料锰酸锂派生物LiMn1.75Me0.25O4(Me=Ti, Fe, Ni)的制备与表征

在合成纯相尖晶石型锰酸锂的基础上 ,采用固相分段法制备了锰酸锂派生物LiMn1.75Ti0 .2 5O4 ,LiMn1.75Fe0 .2 5O4 和LiMn1.75Ni0 .2 5O4 。用XRD ,SEM和粒度测试仪分别对试样进行了表征。电化学检测表明 ,Fe和Ni元素能够提高锰酸锂的放电平台电压 ,Ti元素不能改善锰酸锂的电化学性能。从结构化学角度初步探讨了Fe ,Ni和Ti元素对纯相尖晶石型锰酸锂结构的影响。     

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。     

稀土镧掺杂层状锰酸锂正极材料的制备与性能

采用溶胶凝胶法制备层状LiMnO2,并掺杂不同比例的稀土元素进行改性.XRD分析结果表明,掺杂镧元素的层状锰酸锂呈斜方晶系,纯度较高.SEM照片显示这种产物为层状结构,且粒度大小分布较为均匀.用循环充放电测试考察了产物的电化学性能,结果显示掺杂6%La的层状锰酸锂正极材料的初次放电比容量为128 mAh/g,但循环稳定性较差;而掺杂了4%La的层状锰酸锂则表现了良好的循环稳定性,首次放电比容量达到了102 mAh/g,多次充放电之后容量基本没有衰减,仍然能保持较高的比容量.从交流阻抗数据分析,掺镧量为4%的样品扩散阻抗较小,充放电可逆性较好.     

锂离子电池及相关材料进展

新能源技术对人类社会未来可持续发展至关重要,锂离子电池可望大规模应用于电动汽车和太阳能、风能等清洁电能的储存。电动汽车电池还面临重量、体积、寿命、安全、成本和系统可靠性等诸方面的挑战。评述了钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂等正极材料;石墨、钛酸锂等负极材料;电解质材料和隔膜材料等的研究和应用,重点介绍了正极材料的掺杂和表面修饰改性技术。并对电池技术的进步和新一代锂离子电池应用于电动车辆和智能电网的前景进行了展望。     

正交Li1-xMnO2(0≤x≤0.95)首次充电过程中物相及结构的演变

用高精度非原位XRD结合Rietveld精修对正交Li1-xMnO2(简写为o-Li1-xMnO2,0≤x≤0.95)在首次充电(电化学脱锂)过程中物相及结构的演变进行了研究。结果表明,o-LiMnO2电极的电压升高速率与其结构的变化有关;随着电化学脱锂o-LiMnO2发生一系列相变。证实了文献的理论计算和由晶体学推测出的相变过程,即相变产物中先后出现岩盐型锰酸锂和类尖晶石型锰酸锂。相变结束后,产物中只有岩盐型和类尖晶石锰酸锂2种物相。随着充电的进行,都有Li+从岩盐型和类尖晶石锰酸锂晶格中脱出,二者晶胞参数逐渐变小,微结构也不断变化。     

聚丙烯酸络合法制备掺铝锰酸锂纳米粉体

采用溶胶-凝胶法并结合热处理工艺制备掺铝锰酸锂粉体,利用热重-差热分析、X射线衍射、透射电镜等方法对前驱体的热分解行为、粉体的结构及形貌进行表征.结果表明:直接以聚丙烯酸(PAA)为螫合剂合成了稳定的溶胶和凝胶,经750℃热处理后获得了粒径分布均匀、无团聚的尖晶石LiAlgMn2-xO4纳米粉体.随热处理温度升高,LiAl2Mn2-xO4纳米粉体的品粒尺寸不断增大,尖晶石型结构愈趋完整.掺杂少量铝并没有改变锰酸锂的尖晶石结构,但明显增强了结构稳定性,有助于改善电化学性能.     

化学沉淀法制备磷酸铁锂正极材料的研究进展

磷酸铁锂(LiFePO4)是一种非常有应用前景的锂离子电池正极材料,化学沉淀法是制备这种材料的理想方法。本文从不同的前驱体合成路线角度出发,针对金属离子掺杂和表面碳包覆这两种改性手段,对化学沉淀法制备LiFePO4正极材料国内外的研究进行综述,对当前研究过程中存在的问题和未来的研究方向进行了评论和展望,为LiFePO4正极材料的研究提供了参考。     

锂离子电池正极材料LiFePO4改性研究

介绍了LiFePO4正极材料的结构特点和反应机理,详细讨论了金属离子掺杂、碳包覆和控制活性材料的尺寸等改性研究对LiFePO4材料的电化学性能的影响.从而进一步优化高性能锂离子电池正极材料的改性过程,促进锂离子电池性能的改善.     

锂离子电池LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4正极材料的合成及电化学性能EI北大核心CSCD

采用液相无焰燃烧法制备单晶多面体LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4材料,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(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:掺杂La^(3+)没有改变LiMn_(2)O_(4)的尖晶石结构。在25℃、1C和5C倍率条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4初始放电比容量分别为112.7和94.5mA·h/g,循环500次后,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4的容量保持率为64.42%和81.45%,而LiMn_(2)O_(4)样品的容量保持率分别为53.69%和56.9%;特别是在10C高倍率下,LiMn_(2)O_(4)样品的初始放电比容量仅有44.7mA·h/g,同样条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4首次放电比容量达73.5mA·h/g,循环500次后,容量保持率为81.09%。CV和EIS测试发现,掺杂后的材料有较好的循环可逆性,较大的锂离子扩散系数1.04×10^(-16)cm^(2)/s,对循环2000次后的极片进行分析,材料的晶体结构和颗粒形貌基本没有变化,适量的La掺杂能够稳定材料的晶体结构,有效抑制Jahn-Teller,提高材料的循环性能。     

复合锰源前驱体制备的尖晶石锰酸锂的结构与性能

以复合锰氧化物为锰源前驱体,采用多段高温热处理工艺合成了尖晶石锰酸锂(LiMn2O4),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)和充放电测试等研究了其晶体结构、微观形貌和电化学性能.结果表明:随着类球形Mn3O4组分在复合锰源前驱体中的占比提高,合成的尖晶石锰酸锂的晶格常数增大,晶胞体积变大...     

液相Al3+掺杂LiAlxMn2-xO4的化学合成及其电化学性能

采用工业上常用的碳酸锰热解法制备锰氧化物前驱体,与Li2CO3混合后焙烧得到锂离子电池正极材料LiMn2O4,并在碳酸锰制备过程中掺入铝离子制备LiAlxMn2?xO4(x=0.01,0.02,0.03,0.05,0.1)。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行表征,并对合成材料在常温和高温(55℃)下的电化学性能进行研究。结果表明:合成的前驱体及锰酸锂材料均无杂相;随着Al3+掺杂量的增加,LiAlxMn2-xO4颗粒尺寸不断长大;材料的首次充放电比容量随Al3+掺杂量的升高而下降,但循环性能提高;Al3+的掺入极大地提高了材料的循环性能,尤其是在高温条件下,当掺杂量x=0.05时,1C倍率下循环100次容量的保持率由未掺杂的72.2%升高到90.7%。     

尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中掺杂Fe的作用机理

利用湿化学法结合固相反应法制备了尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4和掺杂Fe的LiNi_(0.45)Fe_(0.1)Mn_(1.45)O_4材料,从晶体结构、表面形貌、充放电曲线特点、倍率性能等方面比较了掺杂Fe以后对材料的影响,并结合热重实验,通过测试失重量,进而分析了材料中的氧缺陷含量,推导出掺杂Fe的作用机理:尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料中掺杂Fe元素,能够使材料晶体中保持一定的氧缺陷,从而使得材料含有一定量的Mn~(3+),提高了材料充放电倍率性能。     

高压喷雾干燥法制备锂离子电池正极材料LiMn_2O_4及其电化学性能

以Mn_3O_4、Li_2CO_3和聚乙二醇为原料,利用高压喷雾干燥法制备LiMn_2O_4正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电池充放电测试仪和原子发射光谱仪(ICP),对LiMn_2O_4正极材料的相组成特性、微观形貌、锂电性能和Mn的溶解量进行相关测试。结果表明:本方法制备的LiMn_2O_4正极材料具有良好的尖晶石结构,且300℃喷雾干燥后的颗粒形貌为规则球形;在55℃、0.2 C充放电条件下,首次放电比容量达120.8 mAh/g,100次循环容量保持率为80.3%。此外,Mn的溶解量也优于烘箱干燥法制备。     

F~-掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能研究

为改善LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的倍率性能和循环性能,采用二步固相法制备了F-掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.05,0.1,015,0.2)正极材料,讨论了不同F掺杂量对材料性能的影响。X射线衍射、扫描电镜结果表明,掺杂和未掺杂的正极材料都为单一的尖晶石结构,粒度分布均匀。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明:当F的掺杂量为x=0.1时(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(3.9)F_(0.1))正极材料的性能最好,0.1,0.5,1,2及5C倍率的首次放电比容量依次为129.07,123.59,118.49,114.49和92.57 mAh/g。1C倍率下循环30次,容量保持率仍为98.84%。     

Tb4O7掺杂Cr2O3-TiO2基高发射率涂层结构及辐射性能研究

目的提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的辐射性能。方法以Cr_2O_3、TiO_2、NiO、Tb_4O_7为原料,经喷雾干燥及高温烧结致密化处理,制备成具有尖晶石和钙钛矿混合结构的Cr_2O_3-TiO_2基复合团聚型粉体,利用大气等离子喷涂法在TC4钛合金表面制备Tb_4O_7掺杂型Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、IRE-2红外辐射测试仪,分别对样品的显微组织结构、物相组成及辐射性能进行了表征。结果团聚造粒后,复合粉体的球形度和流动性较好,可满足等离子喷涂连续使用。所制备的Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的熔化状态较好,扁平化程度较高,涂层中掺杂的Tb元素分布均匀。Tb~(4+)、Tb~(3+)等稀土元素离子,取代NiCr_2O_4尖晶石结构中半径相近的Ni~(2+)、Cr~(3+),导致单一晶体结构的整齐度被破坏,晶胞体积的变化引起晶体结构产生畸变,辐射条带显著加强和宽化。随着Tb_4O_7掺杂量的增多,涂层发射率逐渐上升,当掺杂量达到7.5%时,涂层在600℃的法向全发射率达到0.91。结论 Tb_4O_7稀土氧化物的加入可以有效提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的发射率,稀土掺杂诱发尖晶石晶体结构畸变,从而改善涂层的辐射性能。     

Cr~(3+)掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能

采用高温固相法合成了Cr~(3+)掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,研究了掺杂量对材料物理性能和电化学性能的影响。利用XRD、SEM对材料的结构和形貌进行了表征。结果显示,样品具有棱边清晰的尖晶石形貌。讨论了不同Cr~(3+)掺杂量对LiCrxNi_(0.5-0.5x)Mn_(1.5-0.5x)O_4(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)正极材料性能的影响。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明:当Cr~(3+)的掺杂量为x=0.1时(LiCr_(0.1)Ni_(0.45)Mn_(1.45)O_4)正极材料的性能最好,0.1、0.5、1、2及5 C的首次放电比容量依次为131.54、126.84、121.28、116.49和96.82 mAh·g~(-1),1 C倍率下循环50次,容量保持率仍为96.5%。     

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.     

报废动力电池镍钴锰酸锂三元正极材料高温氢还原-湿法冶金联用回收有价金属

通过高温氢还原和湿法冶金联用的方法回收报废动力电池镍钴锰酸锂三元正极材料中的镍、钴、锰以及锂金属,并对其回收机理及工艺进行研究。结果表明:报废三元正极材料经过高温氢气还原后,在层状镍钴锰酸锂结构中的锂迁移到表面,变成LiOH、LiOH?H_2O和少量的Li2_CO_3;镍钴锰由之前的Co~(2+)、Ni~(3+)和Mn~(4+)分别还原成了Co~0、Ni~0和MnO,其在还原水洗后物料的表面相分别为Ni(OH)_2和Co(OH)_2及MnO;还原后的LiOH、LiOH?H_2O和少量的Li_2CO_3经过水浸、酸洗、沉淀后,可得纯度为99.5%的Li_2CO_3,实现了锂与镍、钴、锰的分离;还原后的镍、钴和MnO经过硫酸酸浸后,镍、钴和锰浸出率分别为96.88%、97.23%和99.78%。浸出后溶液经氧化沉淀及萃取分离,锰沉淀分离率为98.46%,萃取分离后氯化钴和氯化镍溶液杂质含量低于10 mg/L。