Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4用于锂离子交换的实验研究

一定温度下,用固相反应结晶的方法合成具有尖晶石结构的金属复合氧化物Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4。尖晶石型金属复合氧化物在化学组分及化学计量数方面有非常灵活的特性,在维持自身晶体结构不变的条件下,通过改变自身化学计量数的方法可插入或者抽出一些替换离子。尖晶石型金属复合氧化物作为离子交换剂具有热稳定性强、抗辐射能力强、合成简单以及良好的选择性等优点。本文对合成的尖晶石型金属复合氧化物Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4进行了实验表征,包括X射线衍射仪结构表征,检测酸性条件下Li~+的抽出值、饱和交换容量值测量、分配系数测定等。实验研究结果表明,本复合氧化物结构稳定,能够插入或者抽出Li~+,具有较高的Li~+选择性和离子记忆性。用硝酸处理过的样品对Li~+交换容量达到9.7mmol/g。     

Li~+、Co~(3+)和F~-共掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的结构与性能

用均匀设计法优化了Co~(3+)、Li~+、F~-共掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的组成和性能,并用XRD、SEM和恒电流充放电技术研究掺杂对材料结构、形貌和充放电性能的影响。结果表明,共掺杂和未掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4均具有Fd3m尖晶石结构,掺杂离子以固溶体形式存在,Co~(3+)、Li~+和F~-共掺杂能同时提高材料的放电比容量和循环性能,其中Li_(1.02)Co_(0.07)Ni_(0.41)Mn_(1.5)O_(3.955)F_(0.045)的放电容量为145.4 m A·h/g,50个循环后容量保持率为97.1%。     

尖晶石型Li_(1.02)Ni_(0.05)Mn_(1.93)O_4正极材料的合成及电化学性能

采用无焰燃烧法在500℃燃烧反应3 h并在700℃二次焙烧3、6、9 h和12 h合成了尖晶石型Li_(1.02)Ni_(0.05)Mn_(1.93)O_4(LNMO)正极材料,研究了焙烧时间对LNMO正极材料结构、形貌、电化学性能以及动力学性能的影响。制备的所有样品均具有LiMn_2O_4的尖晶石型结构,并且随着焙烧时间的延长,样品的颗粒尺寸逐渐增大,结晶性逐渐增强。焙烧时间为6 h样品(LNMO-6)展现出较为优异的电化学性能,在1 C,该样品的首次放电比容量为118.7 m A·h/g,经200次充放电循环后其容量保持率为87.0%,甚至在5 C和10 C高倍率下循环1 000次后仍具有76.3%和75.5%容量保持率。循环伏安和电化学阻抗测试结果表明:样品LNMO-6具有最大的Li~+扩散系数(3.74×10~(–15) cm~2/s)以及最低的表观活化能(22.72 k J/mol)。     

多孔掺杂型钛系离子筛的制备及吸附性能

用52.40 nm的PMMA纳米微球作模板,用配制好的前驱液进行填充,并通过程序升温焙烧的方法去除模板,合成多孔掺杂型的Li_4Ti_(4.98)Zr_(0.02)O_(12)离子筛;用0.100 mol·L~(-1)的盐酸对离子筛进行酸改型,并用XRD、SEM、饱和交换容量、pH滴定曲线等进行表征,考察离子筛的结构以及选择吸附性能。结果表明:制备的离子筛为尖晶石结构,平均孔径约为50 nm;酸改型后其尖晶石结构未被破坏;离子筛对Li+的饱和交换容量为6.43 mmol Li~+·g~(-1),对Li~+有较高的选择吸附性。     

锂离子二次电池负极材料Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)的合成及其电化学性能研究

为了提高锂离子二次电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的能量密度,本研究以LiOH·H_2O、TiO_2、NH_4VO_3为原料,采用水热法合成了一系列Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)(0≤x≤0.20)材料。对所合成的材料进行的分析测试表明,800℃是合成Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)(0≤x≤0.20)最适宜的热反应温度。实验结果还表明,钒掺入Li_4Ti_5O_(12)后,材料仍然保持了尖晶石型结构;同时材料的循环稳定性依然优越,且大倍率充放电特性得到显著改善。因此,与Li_4Ti_5O_(12)材料相比,钒掺杂的Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)材料具有更佳的倍率性能和更高的能量密度,更适用于动力锂离子电池。     

BaZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3无铅厚膜陶瓷的电卡效应

通过流延法与常压空气气氛固相烧结工艺制备锆钛酸钡(Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3)无铅厚膜陶瓷,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、Agilent 4284A阻抗分析仪和RADIANT RT–66A铁电分析仪对其晶体结构、微观形貌、电学性能进行了表征,用Maxwell关系估算了材料的电卡效应,即等温熵变和绝热温变。结果表明:Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3厚膜陶瓷钙钛矿相纯且结构完整,微观结构致密;Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3厚膜陶瓷呈现弛豫型铁电体特征;材料具有良好的极化特性,耐击穿电压达20 MV/m。材料的绝热温变ΔT在电场20 MV/m及温度100℃时达1.2 K。     

Li_2Mn_(0.5)Ti_(0.5)O_3的合成与锂离子交换研究

利用固相反应热结晶的方法合成尖晶石型复合金属氧化物Li_2Mn_(0.5)Ti_(0.5)O_3。具有尖晶石型结构的氧化物,可以在嵌入替代离子改变自身氧和锂化学计量数的同时,维持晶体结构的稳定性。这种特性能够用于离子交换研究,用来满足提取锂的需求。采用X-射线衍射方法、原子吸收检测法、Kd值检测等方法对所合成的复合金属氧化物进行锂离子脱嵌性能测试。实验分析表明,离子交换机理是实现锂离子脱嵌的主要原因,硝酸浸出锂离子后的实验样品对锂离子的交换能力高达6.2 mmol/g。     

Bi_4Ti_3O_(12)掺杂(Ba,Sr)TiO_3基电容器陶瓷介电性能研究

采用传统固相法制备了Bi_4Ti_3O_(12)掺杂(Ba_(0.71),Sr_(0.29))TiO_3(BST)陶瓷。研究了Bi_4Ti_3O_(12)掺杂量对BST电容器陶瓷介电性能、物相组成和微观结构的影响。结果表明:随着Bi_4Ti_3O_(12)掺杂的增加,BST陶瓷的相对介电常数逐渐减小,介电损耗先减小然后增大,Bi_4Ti_3O_(12)掺杂后的BST陶瓷仍为钙钛矿结构。当Bi_4Ti_3O_(12)掺杂量为1.6 wt%时,BST陶瓷的综合介电性能最好,εr为3744,tanδ为0.0068,ΔC/C为+1.70%,-44.61%,容温特性符合Y5V特性。     

熔盐燃烧合成LiNi_(0.01)Cr_xMn_(1.99-x)O_4(x≤0.07)正极材料及电化学性能

采用熔盐燃烧法制备Ni和Cr共掺杂尖晶石LiNi_(0.01)Cr_xMn_(1.99-x)O_4(掺杂Cr的量x≤0.07)正极材料,以改善锂离子电池正极材料的电化学性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其晶体结构、微观形貌和物相组成进行表征,并利用恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对电化学性能进行研究。结果表明,样品均为单相尖晶石LiMn_2O_4结构,颗粒尺寸在50～100 nm。x=0.05样品具有高的Li~+扩散系数和低的电荷转移电阻,表现出优良的动力学性能和电化学性能。在1 C,x=0.05样品首次放电比容量为114.3m A×h×g~(-1),循环500次后的容量保持率为74.8%,即使在20和30 C的较高倍率,经过1 000次长循环后,仍分别保持51.9%和43.1%的容量保持率。适量的Ni-Cr共掺杂提高了LiMn2O4的晶体结构稳定性,改善了电化学性能。     

溶剂热法制备多级纳米结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)及其光电性能研究

采用溶剂热法制备多级结构钛酸铋(Bi_(4)Ti_(3)O_(12))纳米材料,该材料由纳米片堆叠成层状,再自组装成5μm微米球状结构。表征该Bi_(4)Ti_(3)O_(12)纳米结构的光电性能,并与纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的光电性能进行对比。结果表明,该多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的光电性能较纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)提高了10倍。紫外-可见光吸收谱表明多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的禁带宽度小于纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)。多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)材料中纳米片暴露的晶面是影响材料光电性能的重要因素。     

锂离子电池Li_4Ti_5O_(12)负极材料的研究进展及展望

Li_4Ti_5O_(12)是一种锂离子电池负极材料,它的优势是具有较高的负极电压,为电池带来可靠的安全性。然而,目前Li_4Ti_5O_(12)仍然存在着电子传导速率低和离子扩散速率慢的问题,制约了其高倍率性能的发展。本论文主要从构建Li_4Ti_5O_(12)的微纳结构、构建Li_4Ti_5O_(12)/碳的复合结构和构建Li_4Ti_5O_(12)的纳米阵列结构,综述了解决Li_4Ti_5O_(12)电子传导速率低和离子扩散速率慢问题的方法,并对Li_4Ti_5O_(12)电极的未来发展前景进行了分析与展望。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

尖晶石型钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))作为锂离子电池负极材料具有平稳快速的充放性能和优良的循环性能,与商品化碳材料相比其安全性和电化学性能更胜一筹,被广泛应用于现代电子移动设备、新能源汽车与各类储能系统等方面。因而,被认为是最具有发展潜力的电池负极材料之一。重点概述了尖晶石Li_4Ti_5O_(12)负极材料的制备方法和优缺点以及尖晶石Li_4Ti_5O_(12)的掺杂改性研究,并对其发展前景进行了展望。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

尖晶石型钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))作为锂离子电池负极材料具有平稳快速的充放性能和优良的循环性能,与商品化碳材料相比其安全性和电化学性能更胜一筹,被广泛应用于现代电子移动设备、新能源汽车与各类储能系统等方面。因而,被认为是最具有发展潜力的电池负极材料之一。重点概述了尖晶石Li_4Ti_5O_(12)负极材料的制备方法和优缺点以及尖晶石Li_4Ti_5O_(12)的掺杂改性研究,并对其发展前景进行了展望。     

Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料的制备及性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗研究复合材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明:溶胶-凝胶法能合成纯相Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料颗粒均匀。与纯相Li_4Ti_5O_(12)相比,引入Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的Li_4Ti_5O_(12)复合负极材料具有更低的锂离子嵌入/脱出阻抗,Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3质量分数为1%、2%、3%、4%、5%的Li4Ti5O12复合负极材料首次放电容量比纯相Li_4Ti_5O_(12)分别提高了6.2%、11.8%、15.5%、8.0%和2.0%。充放电循环20次后,Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3质量分数为3%的Li_4Ti_5O_(12)复合负极材料循环性能最好,平均每次循环容量衰减率为0.022%。     

添加氧化钛的尖晶石烧结性状

试验并研究了在1200℃～1700℃下添加TiO_2的尖晶石的烧结性状和烧结机理。结果表明添加0.5％(质量)以上的TiO_2大幅度改善了尖晶石的烧结能力。在低温状态下,TiO_2与MgAl_2O_4反应形成Mg_xAl_(2(1-x))Ti_(1+x)O_5固溶体,当温度进一步升高时从中分离出Al_2O_3和TiO_2。一认为尖晶石烧结能力的改善与Mg_xAl_(2(1-x))Ti_(1+x)O_5中分离的Al_2O_3、富镁尖晶石的形成以及MgAl_2O_4晶体中TiO_2的溶解密切相关。     

LiMn_2O_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2混合正极材料性能研究

将商业化尖晶石材料Li Mn2O4(LMO)和层状三元正极材料LiMn_2O_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)按照一定比例混合,考察混合工艺对两种电极材料结构和电化学性能的影响。结果表明,球磨后混合材料的粒径减小;同时LMO的引入改善了NCA的循环稳定性和倍率性能,当LMO∶NCA的混合配比为7∶3时,混合材料具有最佳的性能,其50次循环后的容量保留率为94.89%,5 C倍率下的放电容量为90.2 m Ah/g;充放电测试表明球磨混合材料循环性能稳定,50次循环后容量保持率较高;球磨混合也改善了NCA的高倍率性能。     

Li_4Ti_(4.95)Nb_(0.05)O_(12)负极材料的制备及其电化学性能研究

采用二步固相法制备了Li_4Ti_(4.95)Nb_(0.05)O_(12)负极材料,扫描电镜、激光粒度分布仪、充放电测试和循环伏安等测试结果表明:合成的样品粒径分布均匀,Nb掺杂改性的Li_4Ti_5O_(12)具有优良的电化学性能,0.1 C、0.5 C、1 C和10 C首次放电比容量分别为174.1 m Ah/g、159.7 m Ah/g、147 m Ah/g和123.3 m Ah/g。10 C下,循环20次后容量保持为118.1 m Ah/g。     

钠离子电池正极材料Na(Mn_(0.4)Fe_(0.2)Ni_(0.35)Mg_(0.05))O_2的制备及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成钠离子电池正极材料Na(Mn_(0.4)Fe_(0.2)Ni_(0.4))O_2,并对其进行Mg元素掺杂合成Na(Mn_(0.4)Fe_(0.2)Ni_(0.35)Mg_(0.05))O_2材料,分别对2种材料的表面形貌、结构以及电化学性能进行了研究。结果表明:掺杂合成的样品Na(Mn_(0.4)Fe_(0.2)Ni_(0.35)Mg_(0.05))O_2同样具有O3型层状结构,虽然首次放电比容量降低至125.6 m Ah/g,但是其循环性能和倍率性能却明显优于原始样品。在循环50次之后,其放电比容量仍可达114.7 m Ah/g,对应的容量保持率为91.3%。在1 C倍率下,仍能释放出90.1 m Ah/g的可逆容量。此外,交流阻抗结果表明,该材料具有更小的电荷转移阻抗。     

钛酸钾晶须的性能和应用

<正> 各种晶须的研究和开发,由来已久。但真正达到工业化生产的晶须还不多。钛酸钾晶须是一种已经达到工业化规模生产的晶须。钛酸钾晶须的化学通式为K_2O·nTiO_2,其中已经达到实用化阶段的有K_2Ti_2O_5、K_2Ti_4O_9和K_2Ti_6O_(13)三种。 K_2Ti_2O_5和K_2Ti_4O_9的分子成层状结构,K离子位于层间,具有离子交换性,主要用作过滤材料、催化剂载体材料、离子交换剂和吸附材料。 K_2Ti_6O_(13)的分子成隧道结构,K离子位于隧道中,结构稳定,可以用作绝热材料、耐火材     

不同粒径的纳米二氧化钛合成钛酸锂负极材料

以锐钛矿TiO_2为钛源,LiAc为锂源,采用高温固相法制备Li_4Ti_5O_(12)负极材料,考察了不同纳米粒径的TiO_2对Li_4Ti_5O_(12)电化学性能的影响。X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,合成的样品为结晶度高的纳米级尖晶石结构的Li_4Ti_5O_(12)。0.2C倍率的充放电结果表明,LTO_(60)性能最好,首次放电容量为178.82mAh·g~(-1),100次循环后容量保持率高达97.39%。