原位合成方镁石-铁铝尖晶石材料的烧结工艺及性能研究

以镁砂细粉、Fe粉、Fe2O3粉和α-Al2O3粉为原料,采用原位合成法制备方镁石-铁铝尖晶石材料。不同气氛下烧成试验显示N2气氛是合成铁铝尖晶石的最佳气氛。通过XRD和SEM分析在N2气氛中不同热处理温度制备铁铝尖晶石材料的相组成及其显微结构,研究了烧结温度和铁加入量对试样烧结性能的影响。结果表明,试样在N2气氛中于1450、1500、1550℃下保温3h处理后都能原位合成出方镁石-铁铝尖晶石材料;烧结温度的提高有利于铁铝尖晶石的发育和试样烧结性能的提高;铁加入量为10％时烧结性能最佳。     

近三年来锰酸锂二次锂电池的研究进展

二次锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。总结了近三年来二次锂离子电池的研究进展。正极材料锰酸锂LiMn2O4为尖晶石晶体结构,Li+可在Mn2O4三维网络结构中嵌入-脱嵌,并完成充放电过程。锰酸锂的制备方法有高温固相反应、微波烧结法、固相配位反应法、溶胶-凝胶法、微乳化法、Pechini法及其它新的合成方法等。通过掺杂其它阳离子和阴离子,特别是多种元素同时掺杂,可提高正极材料的稳定性和可逆性。同时讨论了负极材料的制备方法;正极材料容量衰减机理及相应改善措施;电池制备工艺和其它有关研究。最后指出了今后的研究重点:电极材料的充放电性能与电极制备工艺间的关系、锂锰氧与碳负极直接组装成试验电池、开发固体电解质在二次锂电池中的应用。     

均相沉淀法制备Zn Fe2 O4负极材料及其储锂性能

采用均相沉淀法制备了ZnFe2 O4前驱体,探索了烧结温度对ZnFe2 O4结构和电化学性能的影响。用X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）表征了材料的微观结构和形貌;采用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗谱（EIS）和充放电测试了ZnFe2 O4作为锂离子电池负极材料的储锂性能。结果表明：随着烧结温度的升高,样品粒径增大;当烧结温度达到900℃时可以得到纯相尖晶石型ZnFe2 O4,其中在900℃下烧结的ZnFe2 O4样品具有最高的嵌锂活性、最好的电化学反应可逆性、最低的电化学反应阻抗和优良的倍率性能。     

LiAl0.05Mn1.95O4正极材料锂离子嵌脱动力学研究

采用超声辅助溶胶凝胶法成功制备了LiAl0.05Mn1.95O4正极材料,并利用循环伏安和电化学阻抗谱研究了不同合成方法对LiAl0.05Mn1.95O4正极材料锂离子嵌脱动力学的影响.结果表明:超声辅助溶胶凝胶法制备的尖晶石材料具有更好的可逆性和最小的电荷转移电阻;LiMn2O4(sol-gel)、LiAl0.05Mn1.95O4(sol-gel)和LiAl0.05Mn1.95O4(UASG)的交换电流密度分别为2.57×10-2、4.16×10-2、5.08×10-2mA.cm-2,固相锂离子扩散系数分别为3.27×10-10、4.94×10-10、6.91×10-10cm2.s-1,表明超声辅助溶胶凝胶法制备的样品具有较好的锂离子嵌脱动力学.     

尖晶石型锰酸锂制备及其电化学性能

锰酸锂被认为是取代商品锂离子电池正极材料的LiCoO2候选材料.以二氧化锰、醋酸锰及氢氧化锂为原料,蒸馏水为分散剂,在空气气氛下进行分段烧结,控制烧结温度和时间,制备了锂离子电池正极材料锰酸锂.用X射线衍射仪,电子扫描电镜对产物的结构特征、微观表面形貌和恒流充放电性能进行了表征.结果表明:所制得正极材料为尖晶石型锰酸锂,结晶度高,无杂质相,材料颗粒的粒径均匀,首次放电比容量为117.3 mAh/g(0.5 mA/cm2,2.8~4.4 V,vs.Li+/Li);50次循环后,放电比容量为107.9 mAh/g,不可逆容量损失为9.4 mAh/g,比容量保持率为92.0%.得到了很好的综合电化学性能.     

均相沉淀法制备ZnFe_2O_4负极材料及其储锂性能

采用均相沉淀法制备了Zn Fe2O4前驱体,探索了烧结温度对Zn Fe2O4结构和电化学性能的影响。用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了材料的微观结构和形貌;采用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗谱(EIS)和充放电测试了Zn Fe2O4作为锂离子电池负极材料的储锂性能。结果表明:随着烧结温度的升高,样品粒径增大;当烧结温度达到900℃时可以得到纯相尖晶石型Zn Fe2O4,其中在900℃下烧结的Zn Fe2O4样品具有最高的嵌锂活性、最好的电化学反应可逆性、最低的电化学反应阻抗和优良的倍率性能。     

尖晶石型Li_4Mn_5O_(12)正极材料的合成

以LiOH·H2O和MnCO3为原料,采用两段固相法制备了亚微米级大小的尖晶石型Li4Mn5O12正极材料.通过充放电测试、X射线衍射、扫描电镜等现代实验方法研究了合成温度对材料的电化学性能的影响.研究表明:500℃烧结制备的样品表现出最佳的电化学性能.在0.2 C倍率电流条件下,第1循环和第30循环的放电容量分别为143.5 mAh·g-1和143.9 mAh·g-1;在2 C倍率电流下,样品的第1循环和第50循环的放电容量分别为109.2 mAh·g-1和126.1 mAh·g-1.     

复合材料Li_4Ti_5O_(12)/SnO_2的制备及电化学性能研究

采用化学沉积法制备Li4Ti5O12/Sn O2复合材料,讨论了Sn O2的含量对负极材料电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征.结果表明:复合材料中的Sn O2不会改变钛酸锂的尖晶石结构和形貌,当Sn O2质量分数为5%时,材料的电化学性能最优;电压在1~3 V,进行恒流充放电测试,结果表明:0.1 C倍率时,Li4Ti5O12的首次放电比容量为167.83 m Ah/g,而5%复合材料的首次放电比容量为178.21 m Ah/g.     

尖晶石型正极材料LiCrxMn2-xO4的电化学特性

采用高温熔融固相浸渍法合成了掺杂铬元素的尖晶石型锰酸锂LiCrxMn2-xO4.XRD测试结果显示所合成的产品均为尖晶石结构.以该活性物质作为锂离子电池的正极材料,通过充放电测试、微分容量以及循环伏安方法的研究表明,掺铬尖晶石型LiCrxMn2-xO4材料在充放电电压区间内所发生的电化学反应经历两个阶段,同时表明铬的掺入能够有效抑制尖晶石型锰酸锂材料的可逆容量的衰减,提高了材料的稳定性.     

锂离子电池正极材料LiMgxMn2-xO4的合成及性能

利用相转移法合成了LiMgxMn2-xO4前驱体,在电炉中于一定温度下烧结一定时间,得到锂离子电池正极材料粉体,并利用XRD、SEM、IR等对材料粉体进行结构形态表征.考察焙烧温度、焙烧时间、Mg的掺杂含量等对产物结构和电化学性能的影响.实验结果表明:当Mg的掺杂量x=0.06,于750℃焙烧15 h时所制备的样品材料结构稳定且呈尖晶石型,样品电极的充放电性能良好,首次放电比容量达125 mAh/g,放电平稳,样品电极可逆循环性能良好.     

微波合成LiMn2O4正极材料及其电化学性能的研究

本文以Li2CO3 、MnO2为原料,采用微波热处理合成锂离子电池正极材料LiMn2O4,研究了热处理温度,Li/Mn摩尔比对产物结构和电化学性能的影响,同时研究了微波热处理和传统热处理两种加热方式的差别.通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试分别对产物的结构、形貌及电化学性能进行表征,结果表明：采用微波法在750℃保温15 min,快速地制备出尖晶石型LiMn2O4,纯度高,尺寸分布均匀,约100-300 nm;于0.1C倍率下,以微波法制备的正极材料首次放电比容量可达112.38 mA·h/g,1C倍率充放电50次循环后,容量保持率为91.6％;以传统方法制备的正极材料0.1C倍率下首次放电比容量为94.07 mA·h/g,1C倍率充放电50次循环后,容量保持率为71.4％     

尖晶石型锰酸锂的复合掺杂改性

以固相烧结法制备的尖晶石型锰酸锂为基础,对其结构中掺杂复合非金属元素B和F,合成了B、F掺杂的尖晶石。通过X射线衍射、扫描电镜、电化学分析方法对试样的晶体结构、表面形貌及电化学性能进行表征。结果表明,采用B、F包覆的锰酸锂与纯锰酸锂的X射线衍射结果相似,波峰尖锐且峰值高;随着B的掺入,尖晶石作为正极材料充放电的循环性能得到了提高,但是其初始容量较低,仅为102.3mA·h/g。随着加入复合非金属元素B和F,样品的初始容量提高到了110.9mA·h/g,50次循环后的容量保持率为83.14%。实验结果表明,复合掺杂有效提高了锰酸锂的电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiCexNdxMn2-2xO4（x=0～0.018）的Pechini合成及表征

采用X射线衍射仪、电池测试系统等,研究了采用Pechini法合成的锂离子电池正极材料LiCexNdxMn2-2xO4（x=0、0.012、0.014、0.016、0.018）的组织结构、首次充放电性能、循环稳定性能等。结果表明：当稀土元素掺入量较少（x≤0.014）时,样品由尖晶石型LiMn2O4相组成,否则,样品中将出现微量的杂质相（CeO2、Nd2O3）;适量的稀土元素掺杂将使LiMn2O4样品的初始容量减小、循环稳定性能增加。LiCe0.014Nd0.014Mn1.972O4样品具有较好的循环稳定性能,其初始放电容量为124.8 mAh/g,经30次循环充放电后的容量保持在116.3 mAh/g,容量保持率为93.2%。     

Electrochemical properties of spinel LiMn2O4 and LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1 synthesized by solid-state reaction

Two types of spinel cathode powders, LiMn2O4 and LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1, were synthesized by solid-state reaction. X-ray diffraction (XRD) patterns of the prepared samples were identified as the spinel structure with a space group of Fd 3 m. The cubic lattice parameter was determined from least-squares fitting of the XRD data. The LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1 sample showed a little lower initial capacity, but better cycling performance than the LiMn2O4 sample at both room temperature and an elevated temperature. The Vanderbilt method was used to test the electrochemical conductivity of the LiMn2O4 samples. The electrochemical impedance spec-troscopy (EIS) method was employed to investigate the electrochemical properties of these spinel LiMn2O4 samples.     

Structure characteristics and electrochemical properties of LiMn2O4 modified by LiCoO2

In order to improve the cycle performance of LiMn2O4, the modified LiMn2O4 was prepared by solid-state reactions using LiMn2O4 and LiCoO2 as precursors. XRD and EDS were used to study the structure properties of the modified LiMn2O4. The electrochemical properties of the modified LiMn2O4 were also investigated, The results show that Li and Co atoms could insert into the LiMn2O4 crystal lattice and a newly formed spinel phase, modified LiMn2O4 was obtained. The modified LiMn2O4 exhibits excellent cycle ability at room and elevated temperatures compared to pure LiMn2O4. The improved electrochemical stability of the modified LiMn2O4 attributes to the entrance of Li and Co ions inserted into the spinel crystal structure.     

Characteristics of LiCoO2, LiMn2O4 and LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2 as cathodes of lithium ion batteries

LiNi0. 45 Co0. 10 Mn0. 4sO2 was synthesized from Li2CO3 and a triple oxide of nickel, cobalt and manganese at 950 ℃ in air. The structures and characteristics of LiNi0. 45 Co0.10 Mn0. 45 O2, LiCoO2 and LiMn2 O4 were investigated by XRD, SEM and electrochemical measurements. The results show that LiNi0.4s Co0.10 Mn0. 45 O2 has a layered structure with hexagonal lattice. The commercial LicoO2 has sphere-like appearance and smooth surfaces, while the LiMn2 O4 and LiNi0.45 Co0. 10 Mn0. 45 O2 consist of cornered and uneven particles. LiNi0. 45 Co0.10 Mn0. 45 O2 has a large disLiMn2 O4 and LiCoO2, respectively. LiCoO2 and LiMn2 O4 have higher discharge voltage and better rate-capability than LiNi0. 45Co0.10 Mn0. 45 O2. All the three cathodes have excellent cycling performance with capacity retention of above 89.3 % at the 250th cycle. Batteries with LiMn2 O4 or LiNi0.45 Co0.10 Mn0. 45 O2 cathodes show better safety performance under abusive conditions than those with LiCoO2 cathodes.     

5V锂离子电池正极材料的制备和电化学性能研究

用液相法合成出用锂和镍取代的尖晶石锂锰氧化物正极材料.用XRD和FTIR对其进行了表征,并探讨了其在有机电解液的电化学性能.研究结果表明:在锂锰氧化物掺入适量的镍(锰∶镍的摩尔比为1.4∶0.6)可以改善尖晶石LiMn2O4的循环性能,提高放电平台,使其大部分容量往高电位方向移动,电池的放电电压提高,这样的材料适合做5V电池的正极材料.