过渡金属离子掺杂对磷酸铁锂性能的影响

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵、葡萄糖为原料,添加不同的过渡金属乙酸盐(乙酸锰、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锌),在氩气保护下采用高温固相法制备LiFePO_4/C复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、同步热分析、恒电流充放电、电化学阻抗、循环伏安等方法研究掺杂金属离子及掺杂量对LiFePO_4/C晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,LiFe_(0.9)M_(0.1)PO_4/C(M=Mn、Co、Ni、Zn)样品的晶体结构均与橄榄石型LiFePO_4相同。掺杂过渡金属阳离子可以提高LiFePO_4/C的还原电位,降低氧化电位,缩小氧化还原峰间距,提高化学反应的可逆性。掺杂后的样品在5C下的放电性能较好,以LiFe0.9Ni0.1PO4/C的放电容量最高,达到89mAh/g。     

锂离子电池LiFePO4/C复合正极材料掺杂金属离子的制备及改性研究

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵、碳酸镁、碳酸锰为原料,葡萄糖为碳源,采用两步球磨高温固相法合成了锂离子电池正极LiMgxFe1-xPO4/C、LiMnxFe1-xPO4/C、LiFe1-x-yMnxMgyPO4/C复合材料。讨论了镁、锰金属离子对LiFePO4/C结构和性能的影响。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等方法研究了镁、锰金属离子掺杂对LiFePO4/C晶体结构和表面形貌的影响;利用电化学方法研究了镁、锰掺杂对LiFePO4/C充放电性能和循环稳定性的影响。结果表明,镁、锰金属离子掺杂合成的LiFePO4/C具有单一的橄榄石结构,颗粒尺寸均匀,具有良好的电化学性能和循环稳定性。掺杂的LiMg0.1Fe0.9PO4/C、LiMn0.1Fe0.9PO4/C、LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C在0.1C下首次放电比容量分别为128.4mAh/g、110.8mAh/g、131.8mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiFe_(1-2x)Mn_xMg_xPO_4/C的电化学性能研究

通过高温固相合成法以MnCO3为锰源、(MgCO3)4·Mg(OH)·5H2O为镁源,葡萄糖为碳源,在氩气气氛下合成二元掺杂Mn、Mg的LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C和LiFePO4/C正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)进行结构表征,通过恒电流充放电实验研究了LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C和LiFePO4/C电化学性能。结果表明,二元掺杂Mn、Mg的LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C呈现橄榄石结构,无杂质产生。与未掺杂的LiFePO4/C相比,掺杂后LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C提高了电导率,0.1C倍率下放电可逆容量为131mAh/g,表现出良好的电化学性能。     

LiFe_(1-x)Ni_xPO_4复合正极材料的制备及性能研究

采用两步固相原位烧结掺杂法制备了一系列镍掺杂的锂离子电池正极材料LiFe1-xNixPO4(x=0、0.03、0.05、0.07、0.10、0.15).Ni替代部分Fe,改变了LiFePO4的晶胞参教,细化了晶粒.充放电实验研究表明,低放电倍率(0.1C)时,LiFe0.095Ni0.05PO4的首次放电容量最大,为155mAh/g,较LiFePO4增加了22.8%;0.5C时,其容量为132mAh/g,较LiFePO4增加了14.7%;放电倍率增加为1C时,其容量也能达到122mAh/g,较LiFePO4增加了16.1%.适量掺杂Ni可提高LiFePO4的充放电比容量,改善其高倍率充放电性能.     

溶胶-碳热法制备LiFe_(1-x)Co_xPO_4/C及其电化学性能研究

采用溶胶—碳热法制备LiFe1-xCoxPO4/C(x=0,0.05,0.1)复合正极材料。研究发现:钴离子掺杂不改变磷酸铁锂的晶体结构特征,在LiFePO4/C复合材料掺杂金属离子后,材料的电化学性能得到改善。原因是掺杂可以使材料内部产生部分缺陷,缺陷的产生有利于提高材料的导电性,从而提高电化学性能。LiFe0.95Co0.05PO4/C具有最好的电化学性能,循环中最高的放电容量为152.3mAh/g,50次循环后放电容量为146.4mAh/g,容量保持率为96.2%。     

掺杂基 LiFe0.99M0.01PO4/C的制备及结构与性能的研究

以往的研究证实,采用PAM模板合成法合成的LiFePO4/C复合材料,具有颗粒尺寸小,倍率放电性能好,电化学比容量较高等特点[1].本文在此基础上对复合材料进行体相掺杂高价金属离子,所得掺杂基LiFe0.99M0.01PO4/C(M=Nd3+、Co3+、Cr3+、Mn3+)改性材料的比容量有了进一步提高.研究结果表明,C/3充放电时,复合LiFePO4/C的容量为108mAh·g-1,而掺杂基LiFe0.99M0.01PO4/C的比容量分别提高到140、129、120和115mAh·G-1,而且循环性能也非常稳定.电导率研究表明,体相掺杂使得体相电导率提高了5到7个数量级,与文献值较为接近.XRD衍射图谱表明,掺杂后各个材料的结构依然保持有序的橄榄石结构.     

掺碳LiFePO4的合成及性能研究

为提高LiFePO4的电化学性能,通过固相合成法制备了掺碳的LiFePO4正极材料,并用XRD、SEM、电化学工作站及充放电测试等对样品的性能进行了研究分析.结果表明,少量的碳掺杂并未改变LiFePO4的晶体结构但显著改善了其电化学性能,LiFePO4/C样品的粒度较小,粒径分布均匀,0.1C首次放电比容量为141.9mAh/g,循环50次后容量下降了11.2mAh/g,以1C倍率首次放电比容量为126.5mAh/g,循环50次后容量保持率为87.2%.     

一种合成LiFePO4的新方法

结合共沉淀原理和腐蚀电化学原理,提出了一种合成LiFePO4的新方法.对新方法合成路线中的反应物、添加物以及热处理条件作了实验分析,并用XRD分析了LiFePO4的晶体结构和晶粒尺寸分布,用SEM分析了形貌,用充放电测试技术分析了材料的比容量及其电化学性能.结果表明:新方法在合成中不引入其它杂质离子,避免了常规共沉淀合成工艺中过滤.洗涤等过程对LiFePO4前驱体的不利影响.用新方法制备的LiFePO4晶粒分布在20-70 nm,在0.1C下首次放电容量为147 mAh/g.新方法有利于对LiFePO4的Mg2 掺杂改性,明显地提高LiFe1-xMgxPO4的电化学性能.     

Mn掺杂LiFePO4的结构及电化学性能研究

利用高温固相反应法在惰性气氛下合成了掺Mn的LiFePO4正极材料.考察了Mn2 的掺杂浓度对于目标化合物结构及其电化学性能的影响.应用XRD、循环伏安和恒流充放电等方法对产物进行了结构表征和性能测试.结果表明,产物具有单一的橄榄石型结构,Mn2 掺杂并未影响目标产物的结构,而是与LiFePO4形成了LiFe1-yMnyPO4(y为Mn的掺杂浓度)固溶体.目标产物具有优良的电化学性能.充放电测试表明,在0.1C倍率下放电,LiFe0.5Mn0.5PO4材料的首次放电比容量达129.1mAh/g,在4.1及3.5V处各存在一个放电平台.充放电循环20次循环后,容量仍保持在120.9mAh/g.利用循环伏安测试分析了Mn的改性效果及锂离子在目标化合物中脱嵌的过程.     

Cr3+对LiFePO4/C材料结构和电化学性能的影响

采用二步固相反应法合成了具有橄榄石结构的LiFe0.98Cr0.02PO4/C复合正极材料,并通过XRD、SEM、恒流充放电、循环伏安等分析测试手段对材料的物相结构及电化学性能进行表征。结果表明:LiFePO4材料引入Cr3+未改变其原有的晶体结构,但合成材料的颗粒尺寸明显减小,颗粒粒径约为200nm;获得的LiFe0.98Cr0.02-PO4/C复合材料具有良好的电化学性能,0.2C倍率下首次放电比容量为144.9mAh·g-1,50次循环后,容量保持率为99.6%,10C倍率放电比容量可达到116.3mAh·g-1。循环伏安性能测试表明Cr3+的掺杂提高了Li+在材料中脱嵌过程的可逆性。     

葡萄糖对微波水热合成正极材料LiFePO_4的结构和性能的影响

以FeSO_4·7H_2O,LiOH·H_2O和H_3PO_4为原料,葡萄糖为改性剂,采用微波水热法合成具有正交晶系橄榄石结构的LiFePO_4/C复合材料。借助XRD,SEM,EDS和电化学性能测试等分析,研究葡萄糖对产物组成、结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明:葡萄糖改性后,LiFePO_4结构中Fe,P和O原子间的结合增强,颗粒尺寸减小,表面有碳层包覆,电化学性能提高。LiFePO4/C在0.1C倍率下的首次放电比容量为125.6mAh/g;1.0C倍率下的首次放电比容量为106.2mAh/g,30次循环后的容量保持率为91.3%。     

F掺杂对LiFePO4／C材料电化学性能的影响

以FePO4·4H2O,LiOH·H2O,LiF和柠檬酸为原料,采用一步固相混合烧结法制得F掺杂LiFePO4／C材料,研究了烧结温度和F掺杂量对LiFePO4／C电化学性能的影响。XRD和SEM分析表明,所得样品均为橄榄石型LiFePO4,颗粒粒径在1～2μm。电化学测试表明,LiFePO3．97F0．03／C在0．1C下的初始放电容量为144．7mAh·g^-1,1C放电比容量为123mAh·g^-1且具有良好的循环性能。     

机械活化辅助固相法合成LiFePO4-C材料及性能

为研究机械活化处理对原料形貌和终产物电化学性能的影响,通过机械化学活化辅助固相法,以碳酸锂(Li2CO3)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)和草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)为原料,蔗糖为碳源,合成LiFePO4-C复合材料.利用X射线衍射、扫描电镜、LAND电池测试系统等对合成材料进行表征和电化学性能检测.结果表明,通过机械活化,原料达到微米级的均匀混合和充分接触,提高了反应活性,利于传质过程和高温固相反应,获得颗粒细小均匀、结晶良好的LiFePO4-C材料,放电比容量为146.93 mA·h/g(充放电倍率为0.2 C),40次循环后放电比容量为143.40 mA·h/g,容量保持率为97％.     

电化学合成磷酸铁锂正极材料的前驱体

以NH4H2PO4、锂盐和纯铁为主要原料,采用电化学法合成磷酸锂铁前驱体,再通过磷酸锂铁前驱体合成锂离子电池正极材料LiFePO4/C。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及充放电性能测试等方法对其晶体结构、微观形貌和电化学性能进行分析研究。结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石型晶体结构。其中在无水乙醇溶剂中合成的LiFePO4/C正极材料粒径细小且分布均匀,具有最好的电化学性能,在0.2C的放电电流下,首次放电比容量达到142.3mAh/g,充放电循环30次后放电比容量仍保持在141.2mAh/g。     

磷铁和碳酸锂制备LiFePO4的反应机理和性能研究

采用碳热还原法以磷铁和碳酸锂为原料合成了LiFePO4,用XRD、恒流充放电法和EIS对其进行表征,用TG-DTA分析了反应过程。预焙烧过程中磷铁中的磷与碳酸锂反应形成Li4P2O7和LiFeP2O7,再与中间产物Fe2O3、Fe3O4和补充磷源NH4H2PO4进一步反应生成LiFePO4。产物具有良好的电化学性能,在0.1C时放电容量可以达到151.68mAh/g,0.2和0.5C分别循环10和20次后放电容量仍有125.94和103.51mAh/g,衰减率分别为4.23%和7.24%。不同荷电状态的EIS结果表明:放电至2.4V具有最小的溶液阻抗;界面阻抗由于充放电至3.4V时包括一部分不稳定的SEI膜,因此比充放电至2.4V时大;随着充放电过程的继续,反应过程由反应控制逐渐变为扩散控制。     

锂源对LiFePO4组织结构及电化学性能的影响

利用不同的锂化合物Li2CO3、LiOH.H2O、LiNO3、LiF作为锂源,采用二步固相法合成了LiFePO4/C,研究了不同锂源对LiFePO4组织结构和电化学性能的影响。结果表明,在相同的合成工艺条件下,采用4种不同锂源合成的LiFePO4的电化学性能表现出明显差异。采用LiOH.H2O合成的LiFe-PO4的电化学性能最佳,0.1C下的放电比容量为161mAh/g,1C下的放电比容量达117mAh/g,且0.5C下循环容量无衰减。采用不同锂源合成的LiFePO4电化学性能差异的原因与LiFePO4的颗粒大小、粒径分布、团聚程度及是否存在杂相有直接关系。     

锂离子电池正极材料LiM0.1Ni0.4Mn1.5O4(M:Co,Cr,Fe)纳米纤维的制备与电化学性能

利用高压静电纺丝技术与溶胶凝胶法相结合制备出了锂离子电池正极材料LiM_(0.1)Ni_(0.4)Mn_(1.5)O_4(M:Co,Cr,Fe)纳米纤维。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)对材料的晶体结构和表面形貌进行了表征,并采用恒流充放电手段研究了材料在室温下的循环稳定性和倍率特性。结果表明:LiFe_(0.1)Ni_(0.4)Mn_(1.5)O_4材料以0.5C充放电循环100周后容量保持率高达95.5%,显示了良好的循环稳定性;而LiCr_(0.1)Ni_(0.4)Mn_(1.5)O_4材料以10C放电比容量仍高达120mAh/g,显示出了极好的倍率特性。     

复合正极材料LiFePO4/Al/C的制备及性能研究

采用二步固相法制备了LiFePO4/Al/C复合正极材料.利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜表征样品的晶体结构、形貌、粒径和包覆状态,并研究了铝粉加入量对复合材料电化学性能的影响.结果表明,金属Al与LiFePO4发生了界面反应,生成多种副产物,并在LiFePO4的表面形成钝化膜.在LiFePO4颗粒的表面包覆有不规则形状的金属铝和1～2 nm的碳层.当铝粉加入量为3wt%时,LiFePO4/Al/C复合材料的电化学性能最佳,室温10C倍率下放电克容量为117.8 mAh/g;样品在20℃下,0.1C放电克容量为105.6 mAh/g,相对于常温的放电容量比率为73.8%.     

Doping Effects on Electronic Conductivity and Electrochemical Performance of LiFePO_4

Olivine-structured pure LiFePO4 and doped Li(M, Fe)PO4 (M=La, Ce, Nd, Mn, Co, Ni) have been synthesized by a solvothermal method.X-ray diffraction and field emission scanning electron microscopy analyses indicate that the as-prepared LiFePO4 is well-crystallized nanopowders without any detectable impurity phases.The electronic conductivity of LiFePO4 is enhanced by around 1-3 orders by doping.It was found that doping alone is not sufficient for the high-rate performance of LiFePO4 and surface coating with such as carbon should be needed.The best dopant for LiFePO4 is Nd among those studied in the present work.Accordingly, doping with 1 mol fraction Nd leads to an increase in 70 mAh/g at 0.1 C for the hydrothermally synthesized sample and 50 mAh/g at 1.0 C after carbon-coating in comparison with the undoped samples.