正极材料LiFePO4性能的改进

介绍了LiFePO4作为钴、镍等锂电池代替品的优势及缺点,并针对纯磷酸铁锂极低的电子导电率和锂离子扩散速率这一缺点的改进进行总结。改进的方法主要有3种,一是对高温固相法、微波法、溶胶凝胶等合成工艺改进;二是对LiFePO4包覆导电材料,合成LiFePO4与导电物质的复合物;三是掺杂改性,改善LiFePO4内部的导电性。最后介绍了国内外LiFePO4的发展现状,提出国内LiFePO4发展所要面对的问题。     

纳米Al2O3包覆LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能（英文）

主要研究了纳米氧化铝包覆对LiFePO4/C复合正极材料结构和电化学特性的影响。采用溶胶凝胶方法把纳米氧化铝包覆在商业LiFePO4/C颗粒表面。研究了Al2O3包覆层的量对LiFePO4电极在室温和高温充放电性能的影响。结果显示:2wt%Al2O3包覆层能有效增加电池的循环容量,能延缓电池在高温条件下充放电的容量衰减,减小电极的界面阻抗。这归因于氧化铝包覆层对磷酸铁锂晶粒的表面起保护作用,减少电解液对磷酸铁锂晶粒表面的腐蚀,从而改善循环过程中磷酸铁锂的表面结构的完整和稳定,确保锂离子扩散通道的畅通。     

以FeCl3蚀刻废液为铁源制备锂离子电池正极材料LiFePO4

以模拟三氯化铁蚀刻废液为铁源制备了锂离子电池正极材料-磷酸铁锂,并对磷酸铁锂的结构和形貌进行了表征,对其电化学性能进行了测试。结果表明制得的磷酸铁锂产物结晶度较高,且无杂相,基本是球形颗粒,颗粒粒径为0.3～3μm;并且具有较好的电化学性能,0.5C的倍率下循环100圈后容量保持率为97.8%。     

碳热还原法合成Mg掺杂LiFePO4/C正极材料及电化学性能研究

利用碳热还原法合成了Li1-xMgxFePO4/C(x=0.00、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.1)正极材料,通过XRD、SEM、BET、CV、EIS和恒流充放电实验研究了不同掺杂量对产物结构和电化学性能的影响。结果表明少量Mg的掺杂未影响到LiFePO4的晶体结构,但显著改善了其电化学性能。其中,Li0.98Mg0.02FePO4/C材料具有更好的电化学性能,0.1C倍率放电时,首次放电容量达到165.2mAh/g,且循环性能良好。另外,对合成材料的红外光谱进行了研究和指认。     

多孔LiFePO4正极材料制备与研究进展

磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料因其安全性高、环境友好、理论比容量高以及工作电压适中等特点,吸引了众多研究者的关注,但该材料导电性差、锂离子(Li+)扩散速率低等缺点又限制了它的应用。目前LiFePO4正极材料改性方法主要有碳包覆、锂位和铁位的金属阳离子掺杂、制备纳米级正极材料等。其中,纳米级LiFePO4正极     

纳米LiFePO4/C复合正极材料的制备及其性能研究

采用碳热还原方法、以不同掺碳(葡萄糖为碳源)方式合成LiFePO4/C复合正极材料,利用X射线衍射仪、高倍率透射电镜以及电池测试仪等手段对样品进行了分析研究,并探讨了不同掺碳方式对复合LiFePO4/C正极材料性能的影响.结果表明,采用湿法加入葡萄糖制备的LiFePO4/C正极材料中LiFePO4的粒径范围在40～80nm左右,为纳米材料尺度,0.05C倍率下首次放电比容量达到160mAh/g,1C倍率下循环50次后,容量衰减仅为1.2%.     

以Fe2O3为原料合成FePO4及其在正极材料LiFePO4合成中的应用

以Fe2O3、NH4H2PO4和H2NCONH2为原料,采用流变相法合成FePO4,探究了温度对其合成过程的影响。以此FePO4为铁源,再采用流变相法制备出正极材料LiFePO4。产物FePO4和LiFePO4的晶型、形貌分别通过XRD和SEM表征,XRD结果表明,FePO4属三斜晶系,具有α-石英结构,而LiFePO4属于斜方晶系,具有橄榄石结构;SEM结果表明,FePO4样品颗粒呈层状分布,LiFePO4晶体形貌为类球形,两者分散度良好,平均粒径均为2μm左右;对所得正极材料LiFePO4进行恒电流充放电测试,其初始放电容量达163.4 mAh/g。采用循环伏安、交流阻抗等对LiFePO4电化学性能表征,结果均显示其电化学性能良好。表明以Fe2O3为原料采用流变相法所得磷酸铁是合成锂离子电池正极材料磷酸铁锂的较理想的铁源。     

LiFePO4/C复合材料制备过程中碳源及碳包覆方法的研究进展

LiFePO4以其价格低廉、稳定性好、循环性能好和无毒等优点,有望成为下一代锂离子电池的正极材料,但是LiFePO4电导率低和锂离子扩散系数小限制了它的实用化。碳包覆作为一种非常有效的导电改性方法,受到极大关注。在碳包覆中采用不同的碳源和不同的碳包覆方法,对LiFePO4的电化学性能影响不同。结合国内外的研究现状,综述了LiFePO4/C复合材料制备过程中不同碳源以及不同的碳包覆方法对其电化学性能影响的研究进展。     

超临界水热制备LiFePO4及煅烧碳包覆改性研究

本文以FeSO_4、H_3PO_4和LiOH为原料,采用超临界水热过程制备了亚微米级LiFePO_4颗粒.在此基础上,为了提升制备的LiFePO_4正极材料的物理和电化学性能,对其进行了后续煅烧碳包覆改性研究.同时,通过XRD、SEM、充放电测试、CV和EIS测试手段,对LiFePO_4正极材料改性前后的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:后续固相煅烧碳包覆改性能够显著改善LiFePO_4的结晶性能,减小颗粒粒径,降低电荷传递阻抗,以及大幅度地提升放电容量和循环性能;以PVP为模板剂、蔗糖为碳源,700℃煅烧1 h得到的LiFePO_4/C颗粒粒径小、分布均一,室温0.2 C倍率的首圈放电比容量为153.1 mAh/g,1 C倍率充放电时,放电比容量可保持在144.2 mAh/g,1 C循环50次,容量保持率达到97.1%.     

纳米LiFePO4/C复合材料的制备和性能

以Fe(NO3)3·9H2O、H3PO4和稀氨水为原料,用控制结晶法制备FePO4·x H2O,研究了表面活性剂CTAB和PEG对FePO4·x H2O材料的影响。再以Li2CO3、蔗糖和高温烧结后的FePO4为原料用碳热还原法制备了纳米LiFePO4/C复合材料。用SEM、XRD、充放电测试、循环伏安测试等手段对该复合材料进行表征,研究其电化学性能。结果表明:添加表面活性剂制备的LiFePO4/C复合材料纳米颗粒呈球形且团聚减少,提高了材料的倍率性能和循环性能,其中添加CTAB制备的LiFePO4/C材料的颗粒最小、分散性较好,0.1C时的首次放电比容量为159.8 m Ah·g-1,10C倍率下比容量仍达到132.4 m Ah·g-1。     

聚丙烯酰胺改性LiFePO4/C正极材料的研究

以聚丙烯酰胺(PAM)作为分散剂, 采用液相控制结晶-碳热还原法制备LiFePO₄/C正极材料, 考察了PAM对LiFePO₄/C正极材料性能的影响, 采用热化学分析、X射线衍射、扫描电镜、碳含量分析和充放电测试等分析测试手段对材料进行表征。结果表明, 将PAM溶于酸液中且添加量为1.5wt%时制备的LiFePO₄平均粒径约为100 nm, 颗粒分散较为均匀; 该材料在0.1C、1C、2C、5C和10C倍率下首次放电比容量分别为153.8、142.5、138.4、128.7和124.3 mAh/g, 1C倍率下循环100次后容量保持率仍在99%以上; 交流阻抗分析表明: 1.5wt%PAM改性后的材料的各种阻抗值均降低, 锂离子的导电速率提高了28倍。PAM改性后的LiFePO₄/C正极材料的离子及电子导电性提高了, 具有优良的倍率性能与循环性能, 有利于大规模推广应用。     

纳米FePO4的合成及其正极材料LiFePO4/C的电化学性能研究

以Fe3+为铁源,采用控制结晶技术合成了纳米FePO4.xH2O,将FePO4.xH2O于500℃热处理4 h后得到纳米FePO4前驱体,然后通过碳热还原在不同温度下煅烧合成橄榄石结构的纳米LiFePO4/C样品.采用差热/热重、X射线衍射、扫描电镜、比表面测试、电化学性能测试等分析测试方法对纳米FePO4.xH2O、FePO4前驱体及不同煅烧温度下制得的纳米LiFePO4/C样品进行表征.研究结果表明,700℃烧结10 h合成LiFePO4/C样品的粒径在40~100 nm左右,比表面积为79.8 m2/g;700℃煅烧合成样品在电压2.5~4.2 V,倍率为0.1C、1C、5C、10C、15C时的放电比容量分别达到156.5、134.9、105.8、90.3和80.9 mAh/g,具有较好的倍率性能;样品还表现出较好的容量保持率.     

烧结方式对LiFePO4/C复合正极材料电化学性能的影响

对LiFePO4/C复合前驱体,分别采用静态氮气气氛,动态氮气气氛及静态真空三种烧结方式进行碳热还原合成LiFePO4/C复合正极材料.采用XRD、SEM、CV和充放电循环测试等方法分析和表征材料的结构、形貌和电化学性能.结果表明,烧结方式对所得材料的结晶度、晶粒大小、碳含量、合成温度以及电化学性能均有显著影响.真空烧结所得材料结晶度高,而动态气氛烧结对材料颗粒细化及均匀化都有积极影响,同时也能有效促进锂离子扩散动力学.动态气氛烧结可将材料的烧结温度降低到500℃,且所得材料表现出优异的电化学性能.0.5C倍率下循环首次放电比容量达到163.4 mAh/g,50次循环后容量保持率为99.02%.     

高倍率性能磷酸亚铁锂/碳正极材料的制备与表征

以水溶性酚醛树脂为碳源, Li₂CO₃为锂源, 纳米FePO₄前躯体为铁源和磷源, 以水为介质, 采用湿法研磨混合均匀, 然后通过高温固相法制备出纳米磷酸亚铁锂/碳(LiFePO₄/C)复合材料。采用XRD、SEM、TEM、TG和拉曼光谱对该复合材料进行了表征, 并研究了其电化学性能。结果表明, 制备的LiFePO₄/C纳米颗粒为类球形, 表面均匀地包覆了一层约5 nm厚的碳层, 作为锂离子电池正极材料表现出良好的倍率性能和循环性能, 在0.2 C(1 C=170 mAh·g^-1)、0.5 C、1 C、2 C、5 C、10 C下首次放电容量分别为151、150、146、142、132、119 mAh·g^-1, 20 C下的首次放电容量也达105 mAh·g^-1, 且循环50次几乎无衰减。     

锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展

橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)由于安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点被公认为是最具发展潜力的锂离子动力与储能电池正极材料。综述了近年来磷酸铁锂正极材料在制备和改性方面的最新进展。在此基础上,提出了磷酸铁锂正极材料未来的主要研究和发展方向。     

F掺杂 LiFePO4/C的固相合成及电化学性能

用廉价三价铁离子化合物为铁源,聚丙烯作还原剂和碳源,两步固相法合成F掺杂原位碳包覆LiFePO4正极材料.结果表明,合成产物具有完整的橄榄石型LiFePO4晶体结构,粉末形状近似球形,尺寸分布在50～200nm范围内,两步固相法更好地抑制了LiFePO4晶粒的长大.电化学测试结果表明,F掺杂提高了材料倍率放电性能,有效降低了材料电极的极化.在1C,2C,3C(C为150mA/g)充放电倍率下,LiFePO3.98F0.02/C的比容量分别为146mAh/g,137mAh/g,122mAh/g,1C循环55次后放电容量达到初始容量的99.3%.     

以Fe2O3为原料通过水热–高温煅烧法合成LiFePO4/C纳米复合材料及其电化学性能研究（英文）

采用三氧化二铁(Fe2O3)为铁源,抗坏血酸作碳源,通过在200℃下水热反应并经煅烧后合成出LiFePO4/C纳米复合材料.抗坏血酸在水热反应体系中不但作为最终反应产物的碳源,而且还起到了限制LiFePO4颗粒生长的作用.抗坏血酸的用量对产物的形貌、结构、碳含量有重要影响,进而影响产物的电化学性能.当抗坏血酸用量为1 g时,制得的LiFePO4/C纳米复合材料的粒径在220～280 nm.该材料用作锂离子电池的正极材料时,在0.1C的电流密度下循环500次后其放电容量仍保持159 mAh/g,并且具有较好的倍率性能.     

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。     

微波辅助固相法合成锂离子电池正极复合材料Li2FeSiO4/C

以Na2SiO3.9H2O和FeCl2.4H2O为原料,采用低热固相反应获得了分散均匀的β-FeOOH/SiO2前驱体;再以Li2CO3为锂源、聚乙烯醇和超导电炭黑为复合碳源,通过微波辅助固相法合成了Li2FeSiO4/C材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒电流充放电测试等方法对材料的结构、微观形貌及电化学性能进行表征.650℃下微波处理12 min可获得结晶好、晶粒细小均匀的Li2FeSiO4/C材料;在选用的微波合成体系下,超导碳和聚乙烯醇热分解的无定形碳不仅利于合成反应的顺利进行,而且提高了Li2FeSiO4的整体导电性能.制备的复合正极材料在60℃下0.05C倍率首次放电容量为129.6 mAh/g,0.5C倍率下为107.5 mAh/g,0.5C下15次循环后保持为104.8 mAh/g,具有较好的放电比容量和良好的循环稳定性能.结果表明,微波辅助固相合成工艺是制备Li2FeSiO4/C复合材料的一种很有前景的方法.     

Effect of rhodium substitution on the electrochemical performance of LiFePO4/C

The effect of rhodium (Rh) substitution on the electrochemical properties of LiFePO₄/C cathode materials was studied. The results of electrochemical measurement show that Rh substitution can improve the rate capability of LiFePO₄/C. However, heavy Rh substitution causes a discharge capacity loss. The LiFe_0.975Rh_0.025PO₄/C sample shows an excellent high rate performance and its discharge capacity at a 10 C rate is 117.0 mAh g⁻¹ with a discharge voltage plateau of 3.31–3.0 V versus Li/Li⁺. LiFe_0.975Rh_0.025PO₄/C also shows a noticeably better cycling life at high temperature than LiFePO₄/C. It still remains a capacity of 135.4 mAh g⁻¹ at the 300th cycle at 55 °C under a 1 C rate, which is 82.0% of its initial capacity.