Li2Mn1-xMgxSiO4正极材料合成与电化学性能

采用固相法合成了Li2Mn1-xMgxSiO4掺杂型正极材料,并用TG-DTA、XRD、SEM和电化学性能测试对材料进行了表征。前驱体的TG-DTA曲线和XRD物相分析表明,合成Li2MnSiO4时优化的煅烧温度为750℃。XRD测试表明Li2Mn1-xMgxSiO4具有正交结构,对应Pmn21空间群,掺镁可以提高样品主相的结晶度。掺Mg对微观形貌影响明显,适量掺杂可以得到粒径均匀、少团聚的亚微米级粉体。将Li2Mn1-xMgxSiO4组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,Li2Mn0.98Mg0.02SiO4样品性能最好,首次放电比容量达到124.6mAh/g,为理论容量的38%,循环20次后放电容量仍有60mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的制备及电化学性能

采用液相共沉淀法和固相烧结法分别制备镍钴锰复合氢氧化物(Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料。通过X射线衍射和电化学性能测试对所得样品的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2具有很好的α-NaFeO2层状结构,以20 mA/g的电流密度在2.5～4.3 V的电压区间充放电时,最高首次放电比容量达175 mA.h/g,首次库伦效率在89%～90%之间。当首次放电比容量为160～170 mA.h/g时,30循环未见容量衰减。锂含量对其电化学性能影响的结果表明:锂含量(n(Li)/n(Ni+Co+Mn))在1.03～1.09的范围内,随着锂含量的增加,放电比容量略有减小,但循环性能、中值电压以及平台性能都得到提高;当锂含量超过1.09时,循环性能、中值电压以及平台性能开始降低。     

钇掺杂LiFePO4锂离子电池正极材料的制备与性能

用固相法合成LiFe1-xYxPO4 (x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)锂离子电池正极材料,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粉末比电阻法和充放电性能测试表征材料的晶体结构、微观形貌、电子电导率和电化学性能。结果表明,少量的钇掺杂并未改变材料的晶体结构,但改善了材料的微观结构,提高其电子电导率,改善可逆容量和电化学性能。在10 mA/g的电流密度下,LiFe0.97Y0.03PO4首次放电容量可达146.54 mAh/g。     

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.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2的循环性能

采用共沉淀法可以制备出首次放电容量高达210 mA.h/g的LiNi0.5Mn0.5O2材料(2.8~4.5 V,电流密度30 mA/g),但材料循环性能受制备过程中的处理工艺影响很大,处理不严格将导致材料循环性能严重下降。围绕材料的循环性问题,对其机理进行了分析并在此基础上对制备工艺进行了进一步改善:分别从配锂方式,烧结过程中的升降温速率以及烧结的保温制度进行了系统研究。结果表明:采用改进配锂方式,缓慢升温速率(2℃/min),高低温结合的烧结制度和快速风冷工艺所制备的材料首次放电容量达到188 mA.h/g,30个循环后仍保持在174 mA.h/g,循环效率有了明显的提高。     

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。     

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。     

掺F锂离子电池正极材料Li1.03Co0.10Mn1.90FzO4-z的制备及电化学性能

以Li2CO3、Mn2O3、Co2O3及LiF为原料,采用高温固相法合成了掺F的Li1.03Co0.10Mn1.90FzO4?z锂电池正极材料。通过离子发射光谱(ICP)和电位分析法确定了材料的化学组成,用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试仪分析了 F 掺杂量对材料结构、形貌和电池性能的影响。结果表明,掺 F 的Li1.03Co0.10Mn1.90FzO4?z正极材料为尖晶石结构,在F掺入量z≤0.10时,随着掺杂量的增加晶胞参数逐渐增加,当F掺杂量继续增加时,晶胞参数的增幅有所减小。适量的F?与金属离子Li+、Co+的复合掺杂提高了材料的放电比容量,同时增强了材料结构的稳定性。电化学性能测试表明,Li1.03Co0.10Mn1.90F0.15O3.85的首次放电比容量达到111.0 mA·h/g,0.2C倍率下30次循环后容量保持率为97.0%。     

液氮淬火法制备高性能锂离子电池正极材料LiFePO4/C

以FePO4、Li2CO3和葡萄糖为原料,用液氮急速淬火法制备单一橄榄石结构的锂离子电池正极材料LiFePO4/C。结果表明:淬火使得LiFePO4晶格中产生Li空位,有利于提高其电子导电性。淬火样品的一次颗粒细小(100~500 nm),无明显团聚,并形成多孔结构;该样品在1C、2C和4C倍率下的首次放电比容量分别为151.4、138.0和116.7 mA.h/g,循环100次后的容量保持率高达99.3%、98.6%和94.5%。     

Synthesis and electrochemical properties of LiNi0.4Mn1.5Cr0.1O4 and Li4Ti5O12

Spinel compound LiNi_0.4Mn_1.5Cr_0.1O₄ (LNMCO) and Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) were synthesized by the sol-gel method and the solid-state method, respectively. The particle sizes of the products LiNi_0.4Mn_1.5Cr_0.1O₄ and Li₄Ti₅O₁₂ were 0.5 to 2 um and 0.5 to 0.8 um, respectively. All samples exhibited excellent electrochemical properties. A LiNi_0.4Mn_1.5Cr_0.1O₄/Li₄Ti₅O₁₂ (LNMCO/LTO) cell was fabricated and was demonstrated to exhibit good electrochemical properties at the high current rate of 1 C. When the specific capacity was determined based on the mass of the LNMCO cathode, the LNMCO/LTO cell delivered 125 mAh g⁻¹ at 1 C and 77 mAh g⁻¹ at 5 C. The capacity retentions after 30 cycles were 94.4 % and 83.1 %, respectively.     

过锂量对富锂锰基正极材料Li1.2xNi0.1Co0.2Mn0.5O2结构与电化学性能的影响

采用流变相法合成得到Li_(1.2+x)Ni_(0.1)Co_(0.2)Mn_(0.05)O_2(x=0, 0.036, 0.060, 0.096),探讨过锂量对结构和电化学性能的影响。X射线衍射(XRD)对样品进行结构分析证明所有样品具有典型的α-NaFeO_2结构和较小的阳离子混排度。扫描电镜(SEM)对样品进行表征证明不同过锂量的材料,颗粒相对均匀,表面光滑。电化学性能测试结果表明:最佳过锂量为x=0.036时,正极材料Li_(1.236)Ni_(0.1)Co_(0.2)Mn_(0.5)O_2在0.05C、2～4.8V测试条件下进行电化学性能测试,25和55℃下该材料初始放电容量分别为215.3和297.1 mAh·g-1,首次库伦效率分别为66.6%和84.6%,0.2 C下循环50次后容量保持率分别为89.0%和87.8%,且x=0.036时该材料具有最佳的倍率性能。     

Synthesis and electrochemical properties of Li4Ti5O12

The spinel compound Li₄Ti₅O₁₂ was synthesized by a solid state method. In this synthesizing process, anatase TiO₂ and Li₂CO₃ were used as reactants. The influences of reaction temperature and calcination time on the properties of products were studied. When calcination temperature was 750 °C and calcination temperature was 24 h, the products exhibited good electrochemical properties. Its discharge capacity reached 160 mAh g⁻¹ and its capacity retention was 97% at the 50th cycle when the current rate was 1 C. When current rate increased to 10 C, its first discharge capacity could reach 136 mAh g⁻¹, and its capacity retention was 85% at the 50th cycle.     

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。     

丝网印刷氧化石墨烯对锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 三元正极的改性及性能影响

通过丝网印刷方法,在由LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、导电添加剂和聚偏氟乙烯制成的电极表面涂覆了一层薄薄的氧化石墨烯。在充电截止电压为4.3 V的条件下进行了循环性能和倍率性能测试。结果表明：未改性电极在恒电流充放电测试中容量下降且极化增加,而包覆改性后电极的容量衰减程度和极化增加速度降低。这是由于氧化石墨烯涂层抑制了LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂电极和电解质之间的部分副反应,使得改性电极的循环稳定性和倍率性能显著提高,为提升LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂电极性能提供了一种环境友好且非常有效的方法。     

Insertion/removal kinetics of lithium ion in spinel LiCuxMn2-xO4

The insertion/removal processes of lithium ion in spinel lithium manganese oxide（LiMn204） and copper doped spinel lithium manganese oxide （LiCuxMn2-xO4） on a powder microelectrode were studied by electrochemical impedance spectroscopy（EIS）, cyclic voltammetry（CV） and X-ray diffractometry（XRD）. The insertion/removal process of lithium ion in the spinel oxides consists of three steps： charge transfer of lithium ion on the surface of the spinel oxides, diffusion and occupation of lithium ion in the lattice of the spinel oxide. Similar to chromium, the doping of copper in spinel lithium manganese oxide results in the increase of the charge transfer resistance and the double layer capacitance for lithium insertion or removal, and the decrease of the diffusion coefficient of lithium ion in the lattice of spinel oxide. However, the insertion capacitance, a parameter reflecting the occupation of lithium ion in the lattice of the spinel oxide, is hardly influenced by the doping of copper. The influence of the doped copper on the kinetic process of lithium insertion/removal in spinel lithium manganese oxide is related to the contraction of spinel lattice.     

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%。     

Cr3+掺杂LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备及性能研究

采用高温固相法合成了Cr₃₊掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄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Cr₃₊掺杂量对LiCr_xNi_0.5-0.5xMn_1.5-0.5xO₄(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Cr₃₊的掺杂量为x=0.1时(LiCr_0.1Ni_0.45Mn_1.45O₄)正极材料的性能最好,0.1C、0.5C、1C、2C及5C的首次放电比容量依次为131.54mAh g_-1、126.84mAh g_-1、121.28mAh g_-1、116.49mAh g_-1和96.82mAh g_-1,1C倍率下循环50次,容量保持率仍为96.5%。     

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。