Synthesis and Electrochemical Performance of Li2MnSiO4/C as Cathode Materials with High Capacity for Lithium ion Batteries

在三元液相体系中合成了球形Li2MnSiO4/C 复合正极材料,XRD、SEM和电化学性能测试对材料进行了表征。XRD测试表明Li2MnSiO4 具有正交结构,对应Pmn21空间群。SEM显示所得样品为小于1 μm的球形颗粒。将Li2MnSiO4/C 组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,在1.5~4.6 V,该样品的初始充电容量达310 mAh/g,放电容量高至 286 mAh/g,为理论比容量的85.9%;循环30 次后放电比容量为142 mAh/g。     

Li_(0.97)Al_(0.01)FePO_4正极材料性能研究

选用廉价易得的Al(OH)_3为掺杂铝源,制备掺杂量为x=0.01(计量数)的Li_0.97Al_0.01FePO_4和纯LiFePO_4正极材料,并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试.经过与LiFePO_4标准谱图对照,Li_0.97Al_0.01FePO_4样品的主要晶相为橄榄石结构的磷酸亚铁锂.在室温,0.1 C倍率恒电流充放电条件下,Li_0.97Al_0.01FePO_4的首次放电比容量为134.0 mAh·g~(-1),且放电容量在前15次循环中非常平稳,后略有减少.第20次循环放电比容量达到129.21 mAh·g~(-1),与未掺杂LiFePO_4材料相比,表现出更高的比容量和优良的循环性能.     

微乳液合成法制备锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4/C

利用微乳液法在温和条件下合成Li_2FeSiO_4/C的前驱体,煅烧后得到蠕虫形纳米Li_2FeSiO_4/C正极材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行表征。通过恒流充放电对材料的电化学性能进行测试。结果表明,采用此法合成的前驱体在700℃煅烧9 h得到的蠕虫形Li_2FeSiO_4/C在室温、1.5~4.8 V的电压范围内,于C/16、C/8和1C倍率下的首次放电容量分别为140.1,139和94.0 mAh/g,循环20次后的容量保有率分别为96.4%,81.2%和73.5%。该样品具有良好的循环稳定性与倍率性能。     

煅烧温度对溶胶-凝胶法制备的Li_2FeSiO_4/C正极材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4/C,研究煅烧温度对材料结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗测试(EIS)和充放电测试等方法对不同煅烧温度下合成的Li_2FeSiO_4/C材料的结构、表观形貌及电化学性能进行表征。结果表明:在650℃下合成的Li_2FeSiO_4/C具有良好的电化学性能,0.1C倍率下的首次放电比容量达到159.1(m A·h)/g,50次循环后容量保持率高达92.1%。     

复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料的制备与电化学性能研究

以超声波辅助沉淀法合成的纳米级球形FePO4·2H2O为原料,采用碳热还原法制备了复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电测试,循环伏安和交流阻抗测试表征了FePO4·2H2O和LiFePO4/C的物相、结构和电化学性能。结果表明,溶液浓度为0.1 mol/L时制备的FePO4·2H2O为分布均匀的纳米级球形颗粒。复合金属掺杂显著提高了LiFePO4的放电比容量,Ni和Nb复合掺杂的LiFePO4/C复合材料表现出了最佳的电化学性能,0.1 C倍率条件下首次放电容量158.8 mAh/g,1 C倍率下首次放电容量150.2 mAh/g,100次循环后容量保持率分别为98.30%和97.8%。Ni和Nb复合掺杂后提高了LiFePO4的锂离子扩散速率和电导率。     

5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的草酸共沉淀法合成及性能

通过草酸共沉淀法成功合成了5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,采用XRD、SEM、充放电试验和循环伏安法对合成产物进行表征。XRD和SEM分析结果表明,所合成的正极材料LiNi0.5Mn1.5O4具有立方尖晶石结构（空间群为Fdˉ3 m）,结晶度高,粒度适中且比较均匀。电化学测试结果表明,合成产物具有优良的电化学性能,它仅在4.7 V附近有一个放电平台,0.1 C的放电容量高达133 mAh/g,50次循环后放电容量仍保持在128 mAh/g以上,1和3 C的放电容量在30次循环后也分别保持在122和101 mAh/g以上     

Li2MnSiO4/C复合正极材料的合成及电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li2MnSiO4/C复合正极材料,并用TG-DTA,XRD和电化学性能测试对材料进行了表征.前驱体的TG-DTA曲线表明,合成Li2MnSiO4时烧结温度应高于500℃.XRD测试表明Li2MnSiO4具有正交结构,对应Pmn21空间群.将Li2MnSiO4/C组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,600℃烧结10h所得样品性能最好,首次放电比容量达到124.2mAh·g-1,为理论比容量的74.5%;循环30次后放电比容量为71.5mAh·g-1.     

Li2Mn1-xMgxSiO4正极材料合成与电化学性能

采用固相法合成了Li2Mn1-xMgxSiO4掺杂型正极材料,并用TG-DTA、XRD、SEM和电化学性能测试对材料进行了表征。前驱体的TG-DTA曲线和XRD物相分析表明,合成Li2MnSiO4时优化的煅烧温度为750℃。XRD测试表明Li2Mn1-xMgxSiO4具有正交结构,对应Pmn21空间群,掺镁可以提高样品主相的结晶度。掺Mg对微观形貌影响明显,适量掺杂可以得到粒径均匀、少团聚的亚微米级粉体。将Li2Mn1-xMgxSiO4组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,Li2Mn0.98Mg0.02SiO4样品性能最好,首次放电比容量达到124.6mAh/g,为理论容量的38%,循环20次后放电容量仍有60mAh/g。     

极片面密度和压实密度对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电循环测试、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安(CV)等手段研究极片面密度和压实密度对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响。结果表明:Li_3V_2(PO_4)_3/C的倍率性能随着面密度的增加而变差,且面密度越大极化现象越严重,20C时放电比容量差距高达22.8(mA·h)/g。EIS分析结果表明:随着面密度的增加,电荷转移阻抗增大,锂离子表观扩散系数降低。当极片压实密度过高或过低时,Li_3V_2(PO_4)_3/C的倍率性能均较差,压力为20 MPa时放电比容量最高,20C时放电比容量为94.0(mA·h)/g,而0和35 MPa时放电比容量仅70(mA·h)/g左右。EIS和CV测试结果表明:极片压实密度较小和较大的情况均不利于电荷和锂离子的转移。     

PEG固相还原制备LiFePO4及材料的电池性能

本文首次采用PEG固相还原Fez0。成功地制备了LiFePO。锂电池用正极材料。通过XRD、SEM表征了材料的相态和形貌,采用恒电流充放电法研究了材料的电化学性能。SEM图上可观测到材料呈现出微米球形团簇结构和蜂窝状的表面;XRD结果表明,晶相为橄榄石型磷酸铁锂。对电池的电化学测试表明,制备的LiFeP0。材料表现出优良倍率性能和循环稳定性,在0．1C和O．3C下,放电比容量分别为139．9mAh／g和127．5mAh／g,30次循环后比容量没有衰减。这种以廉价铁盐Fe2O3的PEG固相还原制备,为锂电池正极材料LiFePO4低成本制备提供了新的方法。     

溶胶凝胶法合成LiFePO_4/C复合正极材料

以柠檬酸铁(C_6H_5FeO_7)为碳源、无水氢氧化锂(LiOH)和磷酸(H_3PO_4)为主要原料,采用溶胶-凝胶法合成LiFePO_4/C复合正极材料,并探讨了柠檬酸铁不同浓度、不同搅拌时间与加料顺序对材料结构与性能的影响。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构、形貌进行了表征。通过恒流充放电,循环伏安与交流阻抗对材料的电化学性能进行测试。以此方法制得的LiFePO_4/C复合正极材料在0.1C倍率下首次放电比容量为139.4mAh/g,循环50次后,放电比容量仍保持在137.5mAh/g,衰减率仅为1.4%。     

纳米CuO表面包覆对Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2正极材料电化学性能的影响

为了提高球形Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2正极材料的电化学性能,通过非均匀成核法在材料颗粒表面包覆一层纳米CuO;采用XRD、SEM、TEM和充放电测试仪对所包覆材料进行测试与表征。结果表明:适量的CuO包覆可有效地提高Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2正极材料的电化学性能;当CuO包覆量为2%(质量分数)时,材料的电化学性能最佳。在0.1C、2.0~4.6 V充放电条件下,其首次放电容量为213.7 m A·h/g,首次库仑效率可达86.9%。此外,该材料在0.5C倍率下循环100次后其放电比容量仍为169.5 mA·h/g,容量保持率为79.3%;而未经包覆的Li_(1.13)[Ni_(0.5)Mn_(0.5)]_(0.87)O_2在相同循环条件下,容量保持率仅为65.5%。     

xLi_3V_2(PO_4)_3·LiVPO_4F/C复合正极材料的合成及储锂性能

用乙炔碳作为碳源,采用机械活化辅助碳热还原两步法合成xLi_3V_2(PO_4)_3·LiVPO_4F/C复合正极材料。采用XRD、SEM、TEM等技术对样品的晶体结构和微观形貌进行了表征,采用循环伏安法和恒流充放电等测试方法对合成样品的电化学性能进行分析研究。结果表明:xLi_3V_2(PO_4)_3·LiVPO_4F/C复合正极材料兼备了Li_3V_2(PO_4)_3的循环稳定性好、倍率性能佳的优点和LiVPO_4F能量密度高的优势,此外还弥补了Li_3V_2(PO_4)_3在3～4.7 V电压范围充放电时放电电压平台缺失的缺陷。该材料在3～4.7 V之间的循环稳定性较好,在1C倍率下最高放电比容量为119.7 m A·h/g,循环300圈后为97.5 m A·h/g。其倍率性能较好,在0.1C倍率下充放电可获得高达152 m A·h/g的放电比容量,倍率升高到8C时仍能保持100 mA·h/g的放电比容量。     

金属铁掺杂的LiMnPO4/C制备研究及电化学性能

采用固相法,在LiMnPO4晶格中引入铁离子合成LiFexMn1-xPO4/C固溶体提高其电化学性能,以酚醛树脂作为还原剂和碳源,通过确定Fe和Mn比例来优化材料的电化学性能。合成的LiFexMn1-xPO4/C颗粒均具有相似的类球形形貌,颗粒尺寸300~500nm,分布均匀。研究结果表明,材料电化学性能、可逆容量及倍率性能随Mn含量的增加而减小,Fe2 /Fe3 和Mn3 /Mn2 的氧化还原电位随之发生变化。通过充放电测试LiFexMn1-xPO4/C电化学性能可知,当x=0.5、600℃煅烧10h合成的LiFe0.5Mn0.5PO4/C样品具有较好的电化学性能：0.1C放电容量147.3mAh/g;2C倍率下循环100圈后,放电容量从115.2mAh/g降为112.7mAh/g,容量保持率为97.8%,材料在该倍率下能很好地发挥其电化学性能;10C倍率经过200圈循环后,容量保持率仍有89.6%。     

Li1+x(Fey/2Niy/2Mn1-y)1-xO2正极材料的合成及电化学性能

采用低温共沉淀-水热-煅烧法合成了锂离子电池Fe-Ni-Mn体系正极材料Li1+x(Fey/2Niy/2Mn1-y)1-xO2,并用XRD、SEM、ICP光谱和电化学性能测试对材料进行了表征.XRD测试和ICP分析表明,Fe、Ni取代Li2MnO3中的部分Mn,形成很好的固溶结构yLiFe1/2Ni1/2O2-(1-y)Li2MnO3 (y=0.l,0.2,0.3,0.4,0.5).SEM测试表明,取代量y不同,材料的表观形貌有所不同,y=0.4时材料的颗粒粒径均匀、较小,呈类球形结构.电化学性能测试表明,当y=0.4时,循环稳定性最好,充放电50次后放电比容量仍可维持在195.0 mAh/g,放电中值电压为3.5 V,y=0.4时样品在大倍率放电下的电化学性能表现良好.     

溶胶-凝胶法制备球形Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能研究

为提高Li4Ti5O12材料的振实密度,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂,通过溶胶-凝胶法合成了球形Li4Ti5O12材料。利用TGA/DSC、XRD、SEM、CV和恒流充放电仪对材料的结构、形貌和电化学性能进行测试。结果表明,在800℃热处理12 h所得样品为单一的尖晶石晶体结构,结晶度较高,颗粒基本呈规则球形、流动性较好,粒径分布均匀,并表现出较好的电化学性能,振实密度达1.86 g/m L。在室温下以0.1 C充放电时,其首次放电比容量为173.19 m Ah/g,50次充放电循环后其放电比容量保持率为97.4%。     

废旧LiCoO_2材料再生LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料及性能

以废旧LiCoO_2电池为原料,通过预处理、酸浸、共沉淀步骤,实现了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料的再生。ICP-OES分析浸出液中的元素含量,SEM和XRD表征材料形貌和结构,扣式电池的电化学测试定量分析材料的电化学性能。研究表明,利用浸出液可以再生与空白形貌相似和层状结构良好的正极材料(R-NCM),(R-NCM)在0.2C、2.8～4.3V电压范围内进行充放电循环测试,首周放电比容量可达到210.8mAh/g,经过50周充放电循环后放电比容量仍有183 mAh/g,容量保持率为87%,表现出良好的循环稳定性,为废旧锂离子电池的再生提供支撑并指出发展方向。     

Ni^2+掺杂对LiFePO_4正极材料电化学性能的影响

采用固相反应法在惰性气氛下合成了橄榄石型LiFePO4及其Ni^2＋掺杂正极材料,采用XRD,SEM和充放电等方法对目标材料进行了表征。XRD分析表明,掺杂少量Ni^2＋后的LiFePO4晶体结构并未发生变化;SEM观察发现,掺杂后,样品的粒径变小;充放电测试得出,比未掺杂的LiFePO4具有更好的电化学性能,首次放电比容量达145mAh·g^-1,高于纯的LiFePO4正极材料的容量90mAh·g^-1,经100次循环后掺杂Ni^2＋的LiFePO4和LiFePO4样品的容量保有率分别为91％和53％。     

球形Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料的制备及其性能研究

以TiCl4和导电碳黑为原料,通过外凝胶法制备出掺碳球形前驱体,再通过一定的热处理后制备出了锂离子电池球形Li4Ti5O12/C复合负极材料。采用XRD、SEM、比表面及电化学性能测试等分析手段表明,掺碳抑制了Li4Ti5O12晶粒的生长,增大了比表面积,提高了材料的反应动力学性能;掺碳后Li4Ti5O12的振实密度有所降低,但仍明显高于采用传统固相反应法和溶胶-凝胶法制备的非球形产品,掺5%碳的Li4Ti5O12振实密度可达1.71g/cm3;当充放电倍率为1.0C时,在1～3V之间充放电,其首次放电比容量高达144.2mAh·g-1,经过100次充放电循环后,其放电比容量仍有118.2mAh·g-1。     

Y(Ⅲ)/Mg(Ⅱ)复合掺杂非晶态氢氧化镍材料的电化学性能

采用微乳液化学共沉淀法制备出稀土Y(Ⅲ)与Mg(Ⅱ)复合掺杂非晶态氢氧化镍粉体材料。应用XRD、SAED、SEM及Raman测试样品材料的表观形貌及微结构特征,同时研究样品材料电极的电化学性能。结果表明:复合掺杂Y(Ⅲ)/Mg(Ⅱ)的非晶态氢氧化镍粉体微结构缺陷较多,无序性增强,呈不规则的类球形;材料粉体作为MH-Ni电池正极活性物质,在充放电过程中电化学阻抗较小,在以0.2C充放电,终止电压为1.0V的制度下,其放电比容量高达到364.75mAh·g-1,同时放电中值电压较高并稳定于1.276V,1C下其放电比容量可达348.82mAh·g-1,充放电循环50次容量保持率为91.87%,显示出良好的较大倍率放电性能和循环可逆性能。