Mg~(2+)掺杂及碳包覆共改性Li_4Ti_5O_(12)材料的制备及表征

以固相烧结的方法合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,同时进行了Mg2+离子掺杂和碳包覆共改性以提高Li4Ti5O12的导电性及综合性能,从而实现其大倍率充放电条件下保持高的比容量。采用XRD、SEM和循环伏安等测试手段,考察了金属离子掺杂及复合碳源包覆共改性对Li4Ti5O12结构和电化学性能的影响。结果表明:掺杂3%的Mg2+同时加入质量分数为0.5%的无机碳源和10%的有机碳源对材料本身的结构没有影响,明显降低了Li4Ti5O12的电荷转移阻抗,使材料的电导率有了很大的提高。0.2 C倍率条件下首次放电比容量为173 m Ah/g,10 C倍率条件下放电比容量为104m Ah/g。与纯相的Li4Ti5O12相比,改性后的材料倍率性能及其他综合性能都有很大的提高。     

Mg~(2+)掺杂LiFePO_4/C的结构及电化学性能

用固相法合成了LiFePO4/C、LiFe0.95Mg0.05PO4/C和LiFe0.9Mg0.1PO4/C.Mg2+的掺杂可提高放电比容量和循环性能,LiFe0.95Mg0.05PO4/C的0.2 C首次放电比容量为155 mAh/g;LiFe0.9Mg0.1PO4/C以10.0 C循环20次,放电容量几乎无衰减.     

Mg~(2+)掺杂对LMO电化学性能的影响

以Li(AC)、Mn(AC)2和MgO为原料,运用高温固相两段烧结法合成LiMgxMn2-xO4,合成条件:按物质的量比例Li∶Mn∶Mg=1.3∶(2-x)∶x(x=0、0.02、0.04、0.06),首次烧结温度450℃,烧结时间4~6 h;二次烧结温度750℃,煅烧时间为48~72 h。合成物质运用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行材料表征,对组装的电池进行了循环伏安(CV)测试。结果表明LiMg0.04Mn1.96O4为纯的尖晶石结构,空间群Fd3m,表面结构为类球形,无尖锐突起。CV测试表明LiMg0.04Mn1.96O4充放电平台为4.16 V/4.06 V和4.00 V/3.80 V;与尖晶石LiMn2O4相比,有较高的峰值电流。循环充放电研究表明:Mg2+改善了锂电池的循环充放电性能,提高了电池使用寿命。     

阳离子掺杂对LiMn_2O_4结构和电性能的影响

采用固相法合成了尖晶石LiMn_(2-x)M_xO_4(M=Co、Cr、Al、Ti,x=0、0.05、0.1、0.15)正极材料,研究了不同金属阳离子掺杂和掺杂量对LiMn_(2-x)M_xO_4结构及电性能的影响。通过X射线衍射图谱分析,离子半径较小的Co、Cr、Al掺杂使材料晶胞收缩,尖晶石结构更加稳定。材料初始容量随着掺杂量提高而降低,但循环性能显著提高。其中Co掺杂在x=0.1时,LiMn_(2-x)M_xO_4样品1 C首次放电比容量为117.6 mAh/g,前20次容量保持率达92.9%,综合性能最优。     

掺杂稀土Eu对LiMn_2O_4结构和性能的影响

采用机械液相活化法合成了具有尖晶石结构的可用作锂离子蓄电池正极材料的LiMn2O4化合物,并对其进行了掺杂稀土铕(Eu)元素的修饰。对材料进行了X射线衍射、循环伏安、充放电等测试。实验结果表明,掺入铕元素所合成的材料具有标准尖晶石结构,较好的电化学可逆性能,较优良的高温性能。该材料在EC DMC(1:1) 1mol/L LiPF6电解液中表现出了较优良的充放电性能,其首次放电比容量达130 mAh/g。以中间相碳微球做负极时,在室温下经300次循环后,容量持有率大于85%,在55℃下,经200次循环后容量持有率大于80%。同时运用用晶体场理论简要分析了稀土Eu在尖石结构中的作用机理。     

Mg~(2+)掺杂钛酸锂负极材料的制备与性能研究

以高温固相烧结法进行钛酸锂负极材料的制备,实验中分别采用未掺杂和少量Mg2+掺杂的方式。利用扫描电镜进行了形貌观察,利用X射线衍射仪对样品进行物相分析,还进行了室温恒流充放电测试。结果表明:掺杂少量的Mg2+后颗粒的粒度稍微增大,但未引起粉体材料结构的变化,掺杂少量Mg2+后改善了钛酸锂粉体的导电性,降低了粉体的极化现象,提高了充放电的循环容量及稳定性,充分证明Mg2+的掺杂是比较有效的。     

石墨烯纳米片导电剂对LiMn_2O_4电化学性能的影响

研究了碳纳米管和石墨烯纳米片二元混合导电剂对锰酸锂电池电化学性能的影响。试验结果表明:添加碳纳米管和石墨烯纳米片二元混合导电剂的极片的极限压实密度,与未添加石墨烯纳米片的极片相比提高了9%左右,且形成了良好的导电网络,其电池内阻较SP降低60%左右,电池放电比容量达到106.9 m Ah/g;在高温60℃存储后,电池的1 C容量恢复率最高为87.58%;在大倍率下,其8 C的放电容量是0.2 C容量的74.51%,在相同倍率下较纯碳纳米管导电剂的保持率好。这可能是由于至柔的石墨烯纳米片与LiMn_2O_4具有良好的接触界面和碳纳米管与石墨烯纳米片具有协同效应。     

尖晶石 LiMn_2O_4 电极的循环伏安研究

采用电化学线性扫描方法对所制备的尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４正极进行了研究分析。结果表明,分别代表锂离子嵌入和脱嵌两个阶段的两对氧化还原峰,只有在较慢的扫描速率下才能清楚地分开;而在同一扫描速率下,电极内导电物质越多使两对峰的分形越明显;尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４制备的时间越短,得到的氧化还原峰越平缓,分形越不明显,反映较无序的结构;在尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４中掺杂少量的镍以取代锰,其两步还原和氧化过程变得不清晰,可能是因为其它离子的修饰导致了材料晶格结构的区域无序化     

Li、Al复合掺杂的尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能

用固相法制备了Li、Al复合掺杂的尖晶石LiMn2O4,并研究了铝盐种类和掺Al量对电化学性能的影响.XRD和SEM等实验结果表明:掺杂Li、Al的材料Li1.05Mn1.90Al0.05O4具有尖晶石相,粒径为7～8μm.电化学性能测试结果表明:Li1.05Mn1.90Al0.05O4以0.2 C充放电的首次放电比容量为106.68 mAh/g,以1.0 C充放电10次后,容量保持率为99.4%,以2.0 C充放电10次后,容量保持率约为100%.     

LiMn_2O_4动力电池高低温性能的微观研究

研究了LiMn2O4动力电池在不同温度(-20、20、40和65℃)条件下充放电后的微观变化。结果表明:相对于常温(20℃)充放电的扫描显微镜图,低温(-20℃)和高温(40、65℃)充放电的正极和负极表面均发生了不同程度的晶体断裂,并且随着温度的升高,这种断裂更加严重,这也说明了低温和高温可能导致电池电解液发生分解或者是电池材料的结构发生变化,从而使电池在低温或高温条件下的性能降低;样品的X射线衍射光谱法(XRD)图表明不同温度下充放电样品正极的特征峰位置基本没有变化,即正极材料的结构基本不受环境温度的影响;而负极材料在40、65℃时在2θ约为36°和65°的两个特征峰消失,表明负极材料在高温时可能发生了副反应,导致负极材料的结构发生了变化。     

二元掺杂LiMn2O4正极材料的研究

采用高温固相法合成了二元掺杂的锂离子电池正极材料LiMxM'yMn2-x-yO4(M=Al,Ni,Co;M'=La,Sm;x=0.01,0.02,0.08;y=0.01,0.02).使用XRD和SEM分析了正极材料的结构和形貌,结果表明:材料具有良好的尖晶石型结构,颗粒分布均匀;充放电测试表明:掺杂不同元素对LiMn2O4电化学性能影响很大;相对其他正极材料,LiCo0.08La0.02Mn1.90O4在3.0～4.3 V电压区间内具有最好的电化学性能,首次放电比容量达120 mAh/g,50次循环后的放电比容量为109 mAh/g,容量衰减率为7%.     

Co3+、F-掺杂LiMn2O4的电化学性能研究

采用以柠檬酸为络合剂的溶胶-凝胶法合成了复合掺杂Co、F两种元素的锂离子蓄电池正极材料LiMn2-xCoxO4-yFyo采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及充放电循环等方法分析研究了不同掺杂量对材料结构、粒径及电化学性能的影响.结果表明,合成的材料具有良好的尖晶石结构和性能,其中LiMn1.88Co0.12O3.8F0.2在55℃条件下的循环性能已经接近室温下的测试结果.     

表面包覆尖晶石型LiMn2O4电化学性能研究

介绍了用软化学法制备表面包覆有LiCoxMn2-xO4的尖晶石型LiMn2O4,以及用循环伏安、恒流充放电和电位衰减方法试验了包覆前后样品的电化学性质。试验结果表明：包覆样品比未包覆的初始容量低;经50次循环后,未包覆样品的容降为56．2％,而表面包覆样品的容降则为33.5％,而且,包覆样品在电解液中的化学稳定性明显比未包覆样品高。结果还表明：表面层LiCoxMn2-xO4的存在减少了LiMn2O4在电解液中的溶解,提高了尖晶石型LiMn2O4的循环稳定性。     

F-Cr复合掺杂LiMn2O4的合成及性能研究

采用机械活化-固相合成法制备了尖晶石LiCr0.06Mn1.94O4-xFx锂离子电池正极材料,并用XRD、SEM、EDS和充放电测试等研究了其组成、结构、形貌和电化学性能.结果表明:LiCr0.06Mn1.94O4-xFx(0.04≤x≤0.20)样品为单一尖晶石结构,形貌较好,粒径分布均匀;F-含量增加,晶胞参数增大,但对LiCr0.06Mn1.94O4-xFx的相结构和晶体形貌影响不大;F-和Cr3 复合掺杂不仅提高了材料的比容量,还增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的循环性能.     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4的掺杂改性

采用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和充放电循环等手段对掺杂F、Co元素的LiMn2O4材料性能进行测试,并比较了不同烧结温度及不同F元素掺杂量材料的性能。结果表明液相法制备的LiCoxMn2-xO4-yFy材料在800℃左右连续烧结晶型较好,F的掺杂量不会改变材料的晶型,但晶格参数随着温度和F的掺杂量增加而增加;电性能测试表明LiCoxMn2-xO4-yFy材料的充放电曲线有两个电压平台,且LiCoxMn2-xO4-yFy材料的循环稳定性较纯LiMn2O4有了明显提高,尤其以800℃条件下连续焙烧24h、y为0.2时的材料电性能较好。     

掺杂元素对LiMn2O4结构和性能的影响

用价廉的氧化物取代锂离子电池正极活性物锂钴氧化物 ,是锂离子电池进一步发展及扩大其应用领域的重要保证。锂锰氧化物是最有希望的正极活性物质。但锂锰氧化物的不稳定性制约着它的应用。如何获取结构稳定的锂锰氧化物成为当今锂离子电池研究的热门课题。用掺杂方法被认为是稳定锂锰氧化物结构的有效方法 ,本文综述了近期掺杂锂锰氧化物的合成及性能的研究状况     

尖晶石LiMn2O4的表面改性研究

研究了表面包覆TiO2的尖晶石LiMn2O4.XRD、SEM研究结果表明:经包覆处理后的材料仍为尖晶石结构,粒径均匀.电化学性能测试表明:表面包覆可很好地抑制LiMn2O4材料在电解液中Mn的溶解,提高了循环性能.经包覆处理后的样品的电化学反应阻抗增加.2%包覆量的样品的初始容量为114 mAh/g,常温下,20次循环后容量保持率为100%,100次循环后容量保持率为95%.     

F-掺杂LiMn2O4的结构及高温性能

采用溶胶-凝胶法合成了掺杂F-的LiMn2O4。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)对掺杂F-的LiMn2O4材料的组成、结构、微观形貌等进行了分析与表征,用恒电流充放电测试了不同F-掺杂量的LiMn2O4在高温(55℃)下的电化学性能。XRD结果表明:在一定的掺杂范围内,所合成的材料具有良好的晶型,且为尖晶石立方结构。电化学测试结果表明:F-的掺杂提高了材料的比容量,增强了材料的稳定性,改善了其在高温下的循环性能,但降低了其在高温下的储存性能。     

不同形貌LiMn2O4的电化学及Li+扩散性能

合成了球形和立方体形貌的MnCO3前驱体,再用熔融浸渍和程序升温法煅烧,得到两种LiMn2O4正极材料.XRD和SEM分析表明:两种LiMn2O4均为纯净立方尖晶石型,颗粒形貌保持完好.球形材料的性能优于立方体形材料,在3.50～4.30 V充放电,0.1C首次放电比容量为133.4 mAh/g,5.0C平均放电比容量...     

LiMn2O4合成原料的热分析研究

对Li2CO3、EMD及其混合物料进行了TG-DSC热力学测试,分析了合成原料的热力学性质及反应机理.结果表明:Li2CO3在700℃才发生分解反应,在1000℃下还未完全分解.EMD在升温过程中发生了两次分解反应,产物分别为Mn2O3和Mn3O4.Li2CO3和EMD的混合物料因低温共熔物的形成,在400℃就发生反应,700℃时反应完成.