三种组分富锂锰基正极材料的物性和电化学性能研究

从成分、粒度、比表面积和结构形貌、离子价态、电池电化学性能、CV曲线和电化学阻抗等方面对3种不同组分的富锂锰基正极材料进行分析, 探讨富锂材料的本质特征, 深入分析富锂材料充放电过程反应机理。研究结果表明, 3种富锂材料中, Li_1.18Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂样品的电化学性能最优, 在0.05C和2～4.8 V电压范围内, 初始放电比容量高达261 mAh/g。试验结果对富锂材料的选择有一定指导意义。     

表面包覆对富锂锰基材料循环稳定性影响研究

采用TiO₂和Al₂O₃对富锂锰基材料Li[Li_0.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]O₂进行表面包覆改性, 研究了表面包覆对富锂锰基材料循环过程中放电容量和电压的影响。结果表明, Al₂O₃包覆富锂锰基材料的放电电压下降较缓慢, 而TiO₂包覆富锂锰基材料的放电容量下降较缓慢; 表面包覆后富锂锰基材料循环稳定性的变化与材料微观结构形貌相关性较小。     

NiFe2O4@LiMn2O4正极材料的制备及其电化学性能研究

以溶胶-凝胶法制备了不同质量百分比的NiFe₂O₄@LiMn₂O₄复合正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电化学性能测试等手段, 对NiFe₂O₄@LiMn₂O₄材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明, NiFe₂O₄的包覆并没有改变锰酸锂材料的晶体结构;锰酸锂颗粒表面没有观察到NiFe₂O₄材料存在。当NiFe₂O₄包覆量为1%时, 复合材料具有较好的电化学性能, 其首次充放电效率、循环性能和倍率性能都得到了一定程度的提高, 此时NiFe₂O₄呈薄膜型包覆在锰酸锂颗粒的表面, 厚度约为14 nm, 首次放电比容量(0.1C)为121.2 mAh/g, 10C倍率放电条件下放电比容量为84.8 mAh/g, 1C循环400周后容量保持率为90.64%。     

电解二氧化锰制备富锂锰基正极材料性能研究

以电解二氧化锰为锰源,采用球磨法和高温固相法制备了富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂。探索了烧结温度对富锂锰基材料结构和性能的影响, 确定了最佳温度条件。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对所合成的正极材料进行了结构和形貌表征, 同时通过充放电测试对材料电化学性能进行了测试。结果表明, 在850 ℃下, 以电解二氧化锰为锰源制备的富锂锰基正极材料具有较好的电化学性能, 在0.05C、0.1C、0.2C、0.5C和1C下的首次放电比容量为254.8、238.1、217.6、179.9和161.8 mAh/g。在0.2C下循环20次,容量保持率为93.66%, 在0.5C下循环50次容量保持率为90.03%, 在1C下循环100次容量保持率为88.31%。     

热处理温度对Al2O3表面修饰LiNi0.9Co0.1O2正极材料电化学性能的影响

在水溶液体系中, 制备了1%Al₂O₃修饰的镍基正极材料LiNi_0.9Co_0.1O₂, 并研究了热处理温度对正极材料性能的影响。结果表明, 1%Al₂O₃修饰后没有改变正极材料的结构和形貌, 650 ℃热处理后正极材料具有最佳的电化学性能, 首次放电容量为178.4 mAh/g, 库伦效率为82.4%, 0.5C倍率50次循环后的容量保持率为88.1%。     

铝掺杂对高镍无钴LiNi0.95Mn0.05O2正极材料结构与性能的影响

采用固相法合成了铝掺杂的层状高镍无钴LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料,并利用结构分析方法和电化学测试手段研究了铝掺杂对LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,Al均匀地掺杂到了正极材料二次颗粒体相中,不仅使材料晶胞参数发生了变化,还降低了材料的Li⁺/Ni²⁺混排程度。掺杂1%铝可以提高材料的长循环性能,这归因于掺杂样品中的Al能有效抑制材料在充电过程中的H2→H3相变程度。相比于未掺杂的样品,铝掺杂样品在1C、2.7~4.3 V的测试条件下循环300圈后,其容量保持率提高了11.3%。但Al³⁺的非电化学活性会降低材料的倍率性能。     

掺Sr制备高压实型NCM523正极材料

以Li₂CO₃和Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂为原料, 采用高温固相烧结法, 合成高压实型NCM523正极材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压实密度及充放电测试等方法, 对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征, 研究了掺杂Sr元素对三元正极材料性能的影响。实验结果表明, 掺Sr后, 三元正极材料的一次颗粒和晶胞体积增大; 掺杂样品的压实密度达到3.70 g/cm3, 比未掺杂样品提高7.2%左右。掺Sr量为0.10%的样品, 1C下比容量达到154 mAh/g, 体积比能量密度比未掺杂样品高8%, 100周循环后, 所合成的高压实型NCM523材料的容量保持率达到94.2%。     

电化学脱嵌法盐湖提锂多孔LiFePO4电极的制备

电化学脱嵌法盐湖提锂技术因其选择性高、吸附量大、绿色无污染等优点,越来越受到人们的关注,但盐湖卤水矿化度高、黏度大,导致实际提锂速率较低。基于此,以NH₄HCO₃为造孔剂,制备了具有良好渗透性和传质性能的多孔LiFePO₄电极,以改善提锂过程动力学性能。结果表明:造孔改性后电极表面具有微裂纹-微孔的复合结构,可显著强化溶液的传质过程,降低电化学极化。以多孔电极进行电化学脱嵌法提锂,其嵌锂容量由传统电极的25.6 mg（Li）/g（LiFePO₄）增加至多孔电极的35.2 mg（Li）/g（LiFePO₄）,且提锂过程的平均电流密度由8.7 A/m2提高至17.9 A/m2,提锂效率显著提高。此外采用多孔电极循环提锂30次后容量保持率高达98%,表现出良好的循环性能。      

高值化利用含Sb(Ⅲ)废水制备Fe3O4/Sb2O4@C复合材料及其性能研究

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),以其吸附废水中的Sb(Ⅲ),得到nZVI/Sb颗粒; 将其在500 ℃下氧气煅烧8 h,制得Fe₃O₄/Sb₂O₄材料; 再以葡萄糖为碳源、600 ℃氮气热处理,制备了Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料,并对其性能进行了研究。结果表明,nZVI吸附含Sb(Ⅲ)废水的适宜条件为:中性溶液Sb(Ⅲ)初始浓度100 mg/L,nZVI投加量1.2 g/L,室温下吸附50 min,该条件下废水中Sb(Ⅲ)去除率为73%; 引入Sb₂O₄后,铁基负极的首次放电比容量高达1065.6 mAh/g; 包覆碳后,Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料电化学性能明显改善,100 mA/g电流密度下,循环150圈后放电比容量仍可保持在483.7 mAh/g,电流密度2000 mA/g时,放电比容量仍有118.2 mAh/g。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

锂离子电池Li2FeP2O7正极材料的制备及其电化学性能

采用固相球磨法制备了Li2FeP2O7/C正极材料,研究了烧结温度、碳包覆含量以及碳源对其结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明: 高温固相烧结合成样品的适宜温度为680 ℃,以柠檬酸为碳源、碳包覆量为5%时,合成的Li2FeP2O7/C晶型完整,晶粒较小且均匀,0.1C倍率下的放电比容量可达102.6 mAh/g,0.5C倍率下的初次放电比容量可达83.4 mAh/g,循环30次后放电比容量为80.7 mAh/g,展现了较好的循环性能以及倍率性能。     

混合电容器负极材料钛铬酸锂/钛酸锂复合材料合成及性能研究

采用两步法制备了具有核壳结构的钛铬酸锂/钛酸锂复合材料,比较了包覆钛铬酸锂前后和不同干燥方式下负极材料的形貌和电化学性能。结果表明,喷雾干燥法制备的复合材料具有较好的球形结构和表面特性,综合电化学性能较好,可逆比容量可达到160.7 mAh/g, 200次1C循环后容量保持率95.4%,材料在15C充放电倍率下其比容量为1C的81%,倍率性能优异。利用交流阻抗测试,对材料的失活机理进行了初步探索,表明电荷和锂离子传递阻力的增加是材料容量衰减的主要原因     

铌掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料结构和电化学性能的影响

通过高温固相法合成铌掺杂Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_1-xNb_xO₂(x=0,0.01,0.02,0.03)正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学测试手段分析铌掺杂的影响。结果显示,铌掺杂没有改变材料的α-NaFeO₂层状结构;充放电循环结果显示Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_0.98Nb0.02O2在1C充放电倍率、电压为3.0~4.3 V条件下,经过50周循环后的容量保持率为95.9%,而没有经过掺杂处理材料的容量保持率为85.3%;交流阻抗测试结果证明了铌掺杂可以降低材料的电化学阻抗,从而提高材料电化学性能。     

共沉淀反应时间对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料形貌和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体, 并通过高温固相法合成LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料, 研究了反应时间对Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料的形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明, 随着反应时间增加, 前驱体和正极材料的二次颗粒粒径逐渐增大;若反应时间过短, 二次颗粒粒径小, 易加剧电化学循环过程中材料与电解液的副反应, 正极材料循环性能较差;若反应时间过长, 二次颗粒粒径过大, 增加了锂离子扩散路径, 也不利于正极材料在高倍率下的循环。反应16 h制备的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料具有适中的颗粒粒径, 拥有优异的电化学性能, 在1C倍率经过180圈循环容量保持率可达75.3%, 5C倍率经过300圈循环容量保持率可达56.0%。     

硼掺杂对LiNi0.825Co0.115Mn0.06O2高镍正极材料微观形貌及电化学性能的影响

采用高温固相法合成了硼掺杂LiNi_0.825Co_0.115Mn_0.06O₂高镍正极材料,并研究了硼掺杂量对LiNi_0.825Co_0.115Mn_0.06O₂正极材料微观形貌结构、电化学性能的影响。结果表明,经过硼掺杂后,材料的一次颗粒形貌由原来的类椭球状变为成径向排列的放射状,并且随硼掺杂量增加改变更加明显; 电化学性能测试发现,适量硼掺杂能够有效提高材料的循环性能; 1%硼掺杂的材料在2.7~4.3 V电压区间、2C倍率下充放电循环300圈后,容量保持率仍有91.46%,比未掺杂样品的容量保持率高5个百分点。