锂离子导体包覆镍锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能

采用原位包覆法制备表面包覆Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)的Li Ni0.5Mn1.5O4(LNMO),即LNMO@LATP正极材料。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学测试等手段对其物相结构、表面形貌及电化学性能进行研究。结果表明:LATP以无定型态紧密包覆于Li Ni0.5Mn1.5O4的表面,包覆层厚度约为5 nm。由于LATP包覆层具有保护电极材料表面和提高锂离子导电的双重作用,减少了电极过程的副反应,降低了电化学极化,提供了更多的锂离子扩散通道,导致LNMO@LATP具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能,特别是在高温的情况下。室温下在0.2C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为141.5和142.6m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到99.2%和98.0%;而在10.0C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为93.5和70.6 m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到66.1%和49.5%。当循环温度提高到55℃时,LNMO@LATP和LNMO在0.2C循环80次后的放电容量保持率分别为95.5%和79.2%;而在10.0C放电循环80次后,放电容量保持率分别为88.0%和51.0%。     

锂离子电池富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的制备及掺杂改性

以乙酸盐为原料,采用喷雾干燥法制备层状α-NaFeO2结构的富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2及掺杂Cr的Li[Li0.2Ni0.15Cr0.1Mn0.55]O2。采用X射线衍射、扫描电镜、半电池充放电和电化学阻抗谱等方法研究材料的物相、结构、形貌及电化学性能。结果表明:Cr掺杂使材料的颗粒变粗,但不改变材料的结构,而使材料的层状特征更为明显;Cr掺杂后材料的电化学性能得到明显改善,电荷转移阻抗Rct从275.0降低到105.0,循环稳定性和倍率性能均有所改善,Li[Li0.2Ni0.15Cr0.1Mn0.55]O2材料1C倍率下的放电比容量为140.0 mA.h/g,循环50次后放电比容量为133.7 mA.h/g,远高于未掺杂Cr材料的比容量,未掺杂Cr材料在1C倍率下放电比容量为107.1mA.h/g,循环50次后放电比容量为102.1 mA.h/g。     

溶胶-凝胶法制备LiCoxMn2-xO4及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了颗粒较小(100～300nm)、分布均匀的尖晶石LiCoxMn2-xO4粉体,研究了不同掺杂水平对其结构及电化学性能的影响.结果表明,掺杂少量Co于LiMn2O4中并不改变材料的尖晶石结构;随着Co掺杂量增加,材料结构稳定性提高,极化降低,首次放电比容量逐渐减小,但充放电循环性能却明显改善;在低温(500℃)条件下退火6h后,LiCoxMn2-xO4粉体的放电比容量稍有增加,但对循环性能影响不大;在电流密度0.1mA/cm2和截止电压3.5～4.4V时,LiCo0.1Mn1.9O4粉体首次放电比容量达123mAh/g,20次循环后的稳定放电比容量为106mAh/g,具有较好的电化学性能.     

LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C的合成及电化学性能

采用高温固相法合成Ni2+、Mn2+共掺杂的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学测试技术等研究材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明:Ni2+和Mn2+共掺杂后的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C材料仍然具有LiFePO4/C橄榄石型晶体结构,且掺杂后材料的放电比容量和循环性能都得到显著改善。在0.1C和1C下放电时,未掺杂LiFePO4/C的首次放电比容量仅分别为153和140 mA.h/g,而Ni2+、Mn2+共掺杂的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C材料首次放电比容量分别为165和145 mA.h/g,且在1C下循环100次后容量保持率仍然为97.6%。     

Zn掺杂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2结构与电化学性能的影响

用溶胶凝胶法制备了Li Ni1/3Co1/3-x Mn1/3Znx O2(x=0,1/24,2/24,4/24)锂离子电池正极材料。由X射线衍射和扫描电镜对其分析结果表明,Zn掺杂不改变Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的α-Na Fe O2层状结构,当掺杂量达到4/24时,杂相产生。电化学研究表明,当Zn掺杂量为2/24时,Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2首次放电容量由未掺杂的169.2 m Ah·g-1降低为160.1m Ah·g-1,但循环性能明显提高,30次循环后的容量保持率由未掺杂的89.2%升至97%。并且在20、40、60和80 m A·g-1不同的电流密度下继续循环20次后,当再次恢复到20 m A·g-1的电流密度时,放电容量可恢复到150.3 m Ah·g-1。     

掺F锂离子电池正极材料Li1.03Co0.10Mn1.90FzO4-z的制备及电化学性能

以Li2CO3、Mn2O3、Co2O3及LiF为原料,采用高温固相法合成了掺F的Li1.03Co0.10Mn1.90FzO4?z锂电池正极材料。通过离子发射光谱(ICP)和电位分析法确定了材料的化学组成,用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试仪分析了 F 掺杂量对材料结构、形貌和电池性能的影响。结果表明,掺 F 的Li1.03Co0.10Mn1.90FzO4?z正极材料为尖晶石结构,在F掺入量z≤0.10时,随着掺杂量的增加晶胞参数逐渐增加,当F掺杂量继续增加时,晶胞参数的增幅有所减小。适量的F?与金属离子Li+、Co+的复合掺杂提高了材料的放电比容量,同时增强了材料结构的稳定性。电化学性能测试表明,Li1.03Co0.10Mn1.90F0.15O3.85的首次放电比容量达到111.0 mA·h/g,0.2C倍率下30次循环后容量保持率为97.0%。     

高容量正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的合成及电化学性能

以LiOH.H2O、Ni(OH)2和Mn3O4为原料,采用固相法合成锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的倍率性能和高低温性能。结果表明:900℃下烧结10 h后可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,并具有良好的电化学性能,放电容量最高可达235.9 mA.h/g;在50℃下测试时该材料的放电容量高达284.4 mA.h/g,并表现出良好的循环性能,其倍率性能和低温性能还有待进一步改善。     

正极材料Li（Ni1／3Co1／3-xMn1／3）MxO2（M=Ti，Mg）的合成及性能

采用草酸盐前驱体合成Ti4+、Mg2+掺杂正极材料Li(Ni1/3Co1/3-xMn1/3)MxO2(M=Ti, Mg).利用XRD和SEM对其结构和形貌进行表征,并采用循环伏安、交流阻抗、恒流/恒压充放电测试其电化学性能.结果表明:Ti4+、Mg2+掺杂后晶胞体积增大,大倍率充放电时LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学反应阻抗Rct降低,其大倍率充放电性能得到改善,Ti4+掺杂效果更好;当掺杂量x＝0.025时,材料晶型完整,具有单一的a-NaFeO2层状结构;1C倍率时Li(Ni1/3Co1/3-0.025Mn1/3)Ti0.025O2的第二循环放电容量为143.2 mA-h/g,2C时为128.0 mA-h/g,经100次循环后容量分别为132.5和115.8 mA-h/g,容量保持率为92.53%和90.47%.     

以Mn3O4为前驱体制备尖晶石型LiMn2O4及其性能

采用改进的固相反应法合成了高性能的锂离子电池正极材料LiMn2O4。首先,以廉价的MnSO4为原料,通过水解氧化法制备纳米级Mn3O4前驱体;然后,将Mn3O4和Li2CO3混合均匀,在750℃固相反应20 h,得到尖晶石型LiMn2O4。用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对Mn3O4前驱体和LiMn2O4样品进行表征,用充放电测试和循环伏安技术对LiMn2O4样品进行电化学性能研究。结果表明:所制备的LiMn2O4具有完整的尖晶石型结构,且晶体粒子分布均匀。所制备的LiMn2O4材料在3.0~4.4 V之间,室温(25℃)下,在0.2C倍率下首次放电比容量为130.6 mA.h/g;在0.5C倍率下首次放电比容量为127.1 mA.h/g,30次循环后,容量仍有109.5 mA.h/g,且样品具有较好的高温性能。     

初始Li/(Mn+Ni)摩尔比对LiNi0.5Mn0.5O2电化学性能的影响

以Li2CO3,MnCO3和Ni(OH)2为原料,采用一步固相反应制备锂离子电池层状结构正极材料LiNi0.5-Mn0.5O2,采用X射线衍射和扫描电镜对其结构和形貌进行表征,并研究配料时不同初始Li/(Mn Ni)摩尔比(1.0,1.05,1.1,1.2,1.5)对LiNi0.5Mn0.5O2电化学性能的影响。X射线衍射结果表明,在600℃预烧12 h而后800℃烧结24 h的条件下各样品结晶完整,初始Li/(Mn Ni)摩尔比为1.5时样品有未知相杂质生成。扫描电镜分析表明,随着初始Li/(Mn Ni)摩尔比的增大,颗粒团聚加剧。电化学测试结果表明,随着初始Li/(Mn Ni)摩尔比(≥1.05)的提高,初始容量有下降趋势。初始Li/(Mn Ni)摩尔比为1.05和1.1时样品首次放电容量分别为167.0 mA.h/g和147.2 mA.h/g,循环20次后容量保持率分别为88.2%和97.8%。     

铜人李春棠

与铜结缘,得以与李春棠先生结识、结交、结缘.正是由于铜的事业,我与春棠先生成了最亲密的朋友.忆起与他愉快合作、风雨兼程的岁月,掐指算来,已逾六载.您如果了解了中国铜工业,也就了解了李春棠先生.寒来暑往,我了解铜的过程,也是逐步了解李春棠先生的过程.正是通过他,我对铜喜爱日增,并迷恋上了铜,由此萌生了一个心愿:人生有穷,事业无限,要将铜的事业干得有声有色.     

Li3PO4对Li0.5La0.5TiO3/Li3PO4复合固体电解质的电性能影响

利用复阻抗谱分析技术考察了复合Li3PO4的Li0.5La0.5TiO3 (LLTO) 固体电解质的离子电导率,同时还利用X射线衍射图谱、扫描电镜观测和相对致密度测量等实验手段研究了LLTO电解质中第二相的分散情况。结果发现,加入Li3PO4第二相后,尽管复合固体电解质LLTO拥有比较高的致密度,但是Li3PO4会导致离子电导率的降低。通过分析LLTO的晶体结构,晶界的微观结构和锂含量,阐明了LLTO离子电导率恶化的原因,往LLTO基质中分散的Li3PO4导致的锂含量和微观结构的变化是引起锂离子传导行为改变的主要原因。     

Measurement of self-diffusion coefficients in Li ionic conductors by using the short-lived radiotracer of 8Li

For the effective use of short-lived radioactive beams, soon to be available at the Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex, the authors have developed a radiotracer method for diffusion studies in solids. The experimental test was performed by the measurement of the diffusion coefficients of Li in a sample of the compound βLiAl using an α-emitting radiotracer of ⁸Li (T_1/2=0.84 s). It was found that the time-dependent yields of the α particles from the diffusing ⁸Li that was initially implanted in the sample could be used as a measure of the diffusivity of the tracer in a nondestructive way. The method was applied to measure the self-diffusion coefficients of Li in βLiGa, and for investigating how the Li diffusion in the Li ionic conductors is affected by the concentration of atomic defects (i.e., the existence of the atomic vacancies of Li and the defects in Ga sites that are replaced by Li).