铝掺杂磷酸钒锂的制备及电化学性能研究

针对磷酸钒锂电导率低的问题,以硝酸锂、偏钒酸铵、磷酸二氢铵为原料,甘氨酸为络合剂和燃料,葡萄糖为碳源,硝酸铝为铝源,采用溶液燃烧合成法制备铝掺杂的Li_3V_2(PO_4)_3/C粉末,以改善其电化学性能。将制备得到的铝掺杂的Li_3V_2(PO_4)_3/C粉末作为锂离子电池正极材组装成电池进行了恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等电化学性能测试。结果表明:铝掺杂能有效提高磷酸钒锂电导率,不同的铝掺杂比例的磷酸钒锂具有不同的的电子电导率和锂离子扩散速率,从而具有不同的放电比容量、循环性能和倍率性能;当铝掺杂含量为1%时,磷酸钒锂具有最优的电化学性能,在充放电速度为10C循环500次后放电容量为104.6 mAh/g。     

石墨烯和碳纳米管二元复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

主要以石墨烯(Gen)、碳纳米管(CNTs)及其二者的复合材料石墨烯/碳纳米管(Gen/CNTs)为研究对象,将其以不同的含量、比例添加在LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中,制备了一系列软包电池。通过XRD、SEM、电化学性能等测试研究了不同导电剂与正极材料结合情况,以及导电剂含量配比对锂离子电池性能的影响。结果表明：电池的性能与导电剂含量密切相关,并且复合导电剂的性能优于单一导电剂。在石墨烯/碳纳米管比例相同的情况下,随着导电剂添加量增加,电池的内阻显著降低,放电容量、倍率性能、循环性能均得到改善。导电剂为1.5%Gen/CNT (3/7,质量比)时,0.2 C下放电比容量可达163.2 mAh/g,在5 C下放电比容量仍可达85.5 mAh/g,其循环性能也最好,1 C循环200次后,容量保持率可达103.12%。     

导电剂对锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3电化学性能的影响

分别以石墨烯、科琴黑、乙炔黑为导电剂,研究了采用不同导电剂对Li_3V_2(PO_4)_3锂离子电池电化学性能的影响,获得了性能较佳的科琴黑导电剂;然后改变配比,研究了不同科琴黑配比对电池电化学性能的影响。结果表明:在三种导电剂下,充放电电压范围为3.0～4.3 V,放电倍率为0.2C时,石墨烯、科琴黑、乙炔黑首次放电比容量分别为108、114、104 mAh/g;通过循环性能曲线表明,经过50次循环,放电比容量只发生了微小的变化。改变导电剂的配比,分别是LVP∶PVDF∶导电剂=85∶10∶5、LVP∶PVDF∶导电剂=80∶10∶10以及LVP∶PVDF∶导电剂=75∶10∶15,结果表明:在充放电电压范围为3.0～4.3 V,放电倍率为0.2 C时,三种配比下,首次放电比容量分别为105、114、96 mAh/g,这说明,导电剂的含量也能在一定程度上影响电池的化学性能,导电剂含量不宜过高,也不能过低,含量在10%时,其电化学性能最佳。     

锂离子电池正极材料Li_3V_(2-2x)/3Mg_x(PO_4)_3/C的制备及电性能研究

本文主要通过水热法制备了锂离子电池正极材料Li3V2-2x/3Mgx(PO4)3/C,并研究了掺杂金属元素Mg对Li3V2(PO4)3晶体结构和电性能的影响。结果表明,当Mg含量x=0.45(质量分数,下同)时,且在温度为750℃焙烧6 h的条件下所制备的样品具有较好的晶体结构、微观形貌和电化学性能。镁掺杂量在一定范围内变化不会影响磷酸钒锂本身的单斜结构。在3.0~4.8 V、0.1 C倍率下,Li3V1.70Mg0.45(PO4)3/C复合材料首次放电比容量高达154.4 mAh·g-1,首次库伦效率为94.32%,在不同倍率下循环25次之后的容量依然可以达到112.8 mAh·g-1。掺杂镁的样品与未掺杂的样品相比,容量和循环倍率性能均有了很大程度的提高。     

溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料Li1+xV3O8及性能研究

钒酸锂(Li1+xV3O8)具有比容量大的优点,锂离子电池正极材料的重要选材。采用溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料Li1+xV3O8,通过实验分析方法研究Li1+xV3O8的恒流充放电性能和电化学性能,对锂离子电池正极材料Li1+xV3O8的放电比容量进行定量分析,从结构与充放电机理、合成方法等方面出发进行性能测试和比较。实验分析得出,该材料能的电化学性能优于传统产品,充放电的容量较高,性能优越,为优化锂离子电池正极材料Li1+xV3O8制备提供指导。     

喷雾干燥法合成锂离子电池复合正极材料xLiFePO4.yLi3V2(PO4)3及性能研究

采用喷雾干燥和高温固相法合成了一系列xLiFePO4·yLi3 V2( PO4)3复合正极材料.电化学测试结果表明,0.95LiFePO4·0.05Li3 V2( PO4)3复合正极材料具有较高的比容量、优良的循环性能和倍率性能,在电压范围为2.0V～4.3V,0.1C,1C,5C条件下的放电容量分别为162.7,147.7和122.3 mAh·g-1.0.5LiFePO4·0.5Li3 V2(PO4)3和0.3LiFePO4·0.7Li3 V2 (PO4)3复合正极材料则表现出了良好的倍率性能,5C,10C充放电条件下容量保持率分别为:77％,73％,88％,82％.     

碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响

以LiOH·H2O、NH4VO3、NH4H2PO4和葡萄糖为原料,采用水热法制备碳包覆的磷酸钒锂化合物,利用XRD、SEM、TEM、恒流充放电测试、交流阻抗测试等手段,对产物的结构、形貌和电化学性能进行表征,研究了碳含量对材料电化学性能的影响。结果表明,在750℃焙烧的样品为单一纯相的单斜晶体结构,颗粒大小约1μm,分散性良好,且在颗粒表面包覆了一层无定形碳。在倍率0.1 C的电流密度下,在3.0~4.8 V电压范围内,碳含量为10.63%的样品首次放电容量达到163.6 m Ah/g;循环50次后,放电容量仍为156.5 m Ah/g,容量保持率为95.7%。     

多维度二元导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电池性能的影响

将超级导电炭黑Super-P(SP),碳纳米管(CNT)和石墨烯(GN)任取2种等比例添加到LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中制备扣式电池,探究二元导电剂对电池性能的影响,此外设立单一导电剂SP作为对照组。采用X射线衍射仪分析导电剂的结构,并使用扫描电镜分析导电剂的形貌,此外还测试了电池的电化学性能。添加质量分数为3% GN/SP二元导电剂的电池首次放电比容量最高,为181.1 mAh/g; 添加质量分数为3% CNT/GN二元导电剂的电池循环性能最好,0.2 C循环100周容量保持率为76.2%;添加质量分数为3% CNT/SP二元导电剂的电池倍率性能最优,阻抗最低。结果表明,二元导电剂对电池性能的提升能力均优于单一导电剂SP。      

复合导电添加剂对磷酸铁锂电池性能的影响

磷酸铁锂基锂离子电池由于具有高的安全性能和优异的循环性能是新能源领域的研究热点。而磷酸铁锂材料本身导电性差,在实体电池制作过程中容易出现内阻较大和倍率性能不佳等问题,因此需要研究导电添加剂组成对电池性能的影响。本文用商业化的LiFePO4、石墨和电解液为主要原料,以碳纳米管(CNT)和导电碳黑(Super P)为导电添加剂,制作了20 Ah容量兼倍率型的磷酸铁锂软包电池。扫描电镜(SEM)分析测试表明导电碳黑Super P和CNT分散均匀,可与磷酸铁锂颗粒形成点和线的接触,进而可以提供更多的附加导电通路。应用该复合导电添加剂所制作的磷酸铁锂动力电池具有1.0 mΩ内阻,电池首次效率在91%以上,正极材料克容量0.5C发挥到146.32 mAh·g-1,9C/1C接近100%,倍率性能优异,电芯经过2165周循环电池容量保持率为91.78%,循环性能优秀;而使用常规导电碳SP+KS-6的分容比容量是139.06 mAh·g-1,电池内阻均值为3.25 mΩ,电芯经过2003次循环,容量保持率为87.63%。经过优化实验条件,正极中添加3%SP+1%KS-6+1%CNT复合导电剂的电芯整体性能最佳。     

高性能锂离子电池正极材料LiFePO_4/C的制备及表征

采用喷雾干燥-高温固相法合成Li Fe1-xMgxPO4-yFy/C(x=0.02;y=0,0.02)正极材料,并进行了物理性质和电化学性能测试。结果表明,掺杂后的样品均为橄榄石结构,粉末颗粒形貌为多孔状球形。Li Fe_(0.98)Mg_(0.02)PO_(3.98)F_(0.02)/C表现出最好的电化学性能,0.1C首次放电比容量和库伦效率分别为158.9m Ah/g和93.5%;1C放电比容量为145m Ah/g,循环50次后容量保持率为98.9%。与LiFePO_4/C和Li Fe_(0.98)Mg_(0.02)PO_4/C相比,Li Fe0.98Mg_(0.02)PO_(3.98)F_(0.02)/C具有更高的比容量、更稳定的循环性能和更好的倍率性能。     

Li_(1.07)(Ni_(0.4)Mn_(0.53))_(1-x)Al_xO_2正极材料的合成与性能

采用共沉淀法结合高温固相法制备Li1.07(Ni0.4Mn0.53)1-xAlx O2正极材料,利用SEM,XRD对所得试样的形貌和晶体结构进行表征,并研究材料的电化学性能.结果表明,少量Al的掺入减小材料的颗粒尺寸,降低材料的放电比容量,但可以提高材料的循环稳定性和倍率性能.其中x=0.01时所得试样在25℃,2.75~4.2 V,0.5 C倍率下的首次放电比容量为125.1 m Ah/g,100次循环后的容量保持率达到99.5%.此外,掺入适量Al后可以降低Li+在材料中的电荷传递阻抗,改善材料的低温放电性能.     

微波法制备锂离子电池正极材料LiFePO4的研究

采用微波法制备锂离子电池正极材料LiFePO4，通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、循环伏安和恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行表征，考察了葡萄糖、导电碳黑等不同碳源对目标材料性能的影响。结果表明，采用微波法能快速简便地制备出均相LiFePO4；于0．1C倍率下，以葡萄糖作为碳源的正极材料首次放电比容量可达131．1mA·h／g，充放电30次循环后，容量损失率为2．1％；以导电炭黑作为碳源的正极材料首次放电比容量为118．3mA·h／g，充放电30次循环后，容量损失率为5．2％。     

烧结工艺对锂离子电池正极材料磷酸钒锂结构和电化学性能的影响

磷酸钒锂因其具有较高的能量密度、良好的结构稳定性、安全性能以及低温性能而成为潜在的、最具有前途的锂离子电池正极材料。以LiOH·H_2O作为Li源,以V_2O_5作为V源,以NH_4H_2PO_4提供磷酸根,以柠檬酸为还原剂进行配料并球磨后通过碳热还原法制备Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料。通过XRD、恒电流充放电等测试手段研究了烧结温度和烧结时间对Li_3V_2(PO_4)_3正极材料结构及电化学性能的影响,通过多次试验获得制备性能优良的单斜Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的最佳烧结工艺参数。结果表明850℃、10 h合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C样品的结晶度最好,晶型最完整,结构最稳定,极化最低,放电比容量最高,循环性能最好。在电压范围3.0～4.3 V和0.1 C倍率下,其首次放电比容量为119 mAh/g,经过15次循环后其放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为99.7%。     

LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的合成与性能

采用共沉淀-高温固相法制备LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2锂离子正极材料,并使用X 射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）技术分别表征其结构和形貌.然后将所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料组装成扣式电池,并表征其电化学性能,探讨烧结温度和锂配量对其电化学性能的影响.结果表明：所得LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2正极材料的放电比容量随烧结温度的升高而增大,且在900℃时表现出最佳的电化学性能.室温下,1C倍率下,锂配量(n(Li)/n(Ni+ Co+ Mn)=1.09)时,正极材料的首次放电容量为143.7 mAh/g,50次循环后,正极材料的放电比容量仍有141.3 mAh/g,容量保持率为98.3%.     

石墨烯与导电炭黑Super-P复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

主要以石墨烯(Gen)、导电炭黑Super-P(SP)以及复合导电剂石墨烯/导电炭黑(Gen/SP)为研究对象,将LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂作为正极材料,通过制备浆料、涂布、卷绕等工艺,分别制备了单一导电剂SP、Gen,以及不同质量比复合导电剂Gen/SP的软包电池。采用XRD、SEM和恒流充放电等测试手段,研究了不同含量的导电剂与正极颗粒的复合情况,以及对电池性能的影响。结果表明,复合导电剂含量为1.0%时,电池性能最优;复合导电剂含量为0.5%时,电池性能最差。复合导电剂的电池性能优于单一导电剂,含量为1.0%的复合导电剂Gen/SP (5∶5,w/w)制备的软包电池性能最优,0.1 C首次放电比容量为160.38 mAh/g,0.5 C循环100次后容量保有率为97.3%。     

压电材料K0.5Na0.5NbO3表面修饰高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2的电化学性能研究

采用原位包覆法制备压电材料K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)表面修饰高镍正极材料LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂,并对其进行电化学性能研究。XRD图谱表明,KNN表面修饰样品并未改变高镍正极材料的层状结构。通过XRD结构精修也证实了KNN的存在且本体材料的晶体结构未受影响。EDS面扫描结果表明,KNN已成功地包覆在高镍正极材料的表面。电化学性能测试结果表明,在2.8～4.3 V电压范围内,0.1 C倍率下改性样品KNN@NCM83的初始放电比容量升高;循环100圈后,改性样品仍保持157.8 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为82.3%,而原始样品NCM83仅保持133.6 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为75.2%。与原始样品相比,KNN@NCM83表现出了更优异的倍率性能,在5 C和10 C倍率下的放电比容量分别为155.6、148.6 mA·h/g,表明KNN能有效提高高镍正极材料的Li⁺     

W掺杂改性富锂锰层状正极材料

富锂锰材料具有高的比容量和充放电电压平台, 但不可逆容量较大。本文通过对富锂锰正极材料进行W掺杂, 增强了过渡金属与氧的键合作用, 抑制了材料首次充放电过程中晶格氧的脱出, 同时, XRD精修结果表明W掺杂增大了富锂锰层状材料结构的层间距, 促进了锂离子的扩散, 降低了材料的电化学阻抗, 有效改善了材料的循环稳定性和倍率性能。电化学测试发现W掺杂量为3%时性能较优, 在0.2、3、5 C放电比容量分别为211.3、132.6、114.61 mAh/g, 与未掺杂富锂锰材料的充放电容量相比, 分别提高了10.5%、7.8%、12.58%。      

磷酸钒盐在水系锌离子电池中的应用

锂离子电池因锂资源储量有限、分布不均及一定的安全问题,导致其在大型储能领域的应用受限.水系锌离子电池因其资源丰富、安全环保、易于组装以及价格低廉等优势在大规模储能领域具有极大前景.但是由于锌离子与正极材料基体具有较强的静电吸附作用,导致其动力学缓慢以及部分正极材料在水系电解液中存在溶解等问题,限制了水系锌离子电池的发展.在目前的正极材料中,磷酸钒盐因其结构稳定、电压平台高、功率密度高等特点受到研究者的关注.然而,磷酸钒盐作为水系锌离子电池正极材料时,较差的电子电导率和溶解问题,制约其循环稳定性和倍率容量.本文综述各类磷酸钒盐及其衍生物的物相结构、合成方法、储锌性能和储锌机制,归纳提高电化学性能的方法如构建纳米结构、调节电子结构、包覆导电材料、调控电解液等.最后,总结了磷酸钒盐储锌正极材料现阶段存在的挑战,并对其未来的发展方向提出了展望.     

不同放电倍率磷酸铁锂电池循环性能研究

磷酸铁锂电池的容量、能量、内阻和开路电压是其性能的重要指标,也是涉及电池管理系统设计的重要参数.这些特性均与电池充放电倍率紧密相关.通过对40 ℃下不同放电倍率的LiFePO₄锂离子电池的容量、能量、交流阻抗和开路电压等循环性能试验,研究不同放电倍率循环下以上特性的变化规律.结果表明,电池放电容量与放电倍率间满足幂函数规律; 高倍率下循环,电池容量衰减更快; 在循环过程中,放电倍率对电池的欧姆阻抗和电化学阻抗的影响程度不同,欧姆内阻受倍率影响很小,电化学阻抗则随着放电倍率升高,增加越快; 另外,在循环后期,放电倍率越高,开路电压下降越快; 大电流下,电池放出能量降低,产热增加,老化加快,寿命降低.      

铌掺杂对镍基正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能影响

解决镍基正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的电化学循环稳定性和高温循环性能是其产业化推广应用的关键。研究了掺杂铌改性高镍正极材料,优化材料的电化学性能,提升循环稳定性。首先以硫酸盐为原料,在N₂保护气氛下,采用共沉淀法合成三元球形Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,通过高温固相反应与LiOH·H₂O,Nb₂O₅合成Li（Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1）_1-xNb_xO₂（x=0,0.01,0.02,0.03）系列正极材料。X射线衍射结果表明,Nb5+离子可少量进入正极材料晶格,并在正极材料表面形成化学稳定性好的Li₃NbO₄。当x=0.02时,在室温25 ℃,电压2.75~4.2 V,0.2 C倍率下首次放电比容量为172.9 mAh/g,100次循环后容量保持率为97.47%,在50 ℃,0.5 C倍率下循环20次容量基本不变,平均放电比容量为183.7 mAh/g,且该样品具有较好的倍率性能。