锰酸锂正极材料制备方法的研究进展

综述了制备锰酸锂正极材料的固相法和液相法的研究进展,重点介绍了基于传统方法的改性方法——元素掺杂法和包覆改性法。改性方法较明显地提高了锰酸锂正极材料的稳定性和电化学性能。     

In-Mg-Al共掺杂高电压钴酸锂正极材料的研究北大核心

钴酸锂正极材料(LiCoO_(2))具有较高的能量密度,是当今锂离子电池正极材料的主流。然而钴酸锂在高压条件下的不可逆相变与析氧会导致容量的快速衰减与安全隐患,严重制约了钴酸锂正极材料的实际应用。采用In-Mg-Al共掺杂方法,制备了高压钴酸锂正极材料,采用X射线衍射与扫描电镜研究其物相结构与表面形貌;采用电化学阻抗谱研究元素掺杂对正极表面固体电解质膜的影响。通过组装钴酸锂/金属锂扣式半电池与钴酸锂/石墨软包全电池评估其电化学性能。结果发现,In-Mg-Al共掺杂后,所组装的钴酸锂/金属锂扣式半电池在3~4.6 V区间的0.1 C放电克容量可达到217.6 mAh/g,在0.1~5C区间倍率性能均优于未经掺杂与经Mg-Al共掺杂的钴酸锂样品。所组装的钴酸锂/石墨软包全电池0.5 C循环500圈后容量保持率可达75.1%。     

球形锂离子电池正极材料的制备研究进展

球形锂离子电池正极材料-LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4及其掺杂材料具有堆积密度大、体积比容量高、电化学性能和加工性能优异等突出优点,是锂离子电池正极材料的重要发展方向,预计将在未来得以商品化。本文对以上球形正极材料的制备方法进行了归纳研究。     

正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg掺杂及电化学性能

为提高正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的循环性能, 采用氢氧化物共沉淀法对前驱体进行Mg掺杂, 再经过混锂、球磨、高温煅烧后, 分别对掺杂与未掺杂的正极材料进行了XRD、SEM及电化学性能的比较.研究结果表明:掺杂与未掺杂的正极材料都为标准的α-NaFeO₂型层状结构, 粒度大小无明显变化; 对于掺杂量为0.03与未掺杂的正极材料, 首轮放电比容量分别为138.2 mAh/g和145.3 mAh/g; 而循环50轮的放电比容量则分别为131.1 mAh/g和119.5 mAh/g.由此可见, 通过Mg掺杂, 正极材料的首轮放电比容量虽有少量降低, 而循环性能却有明显增强.      

S-Y复合掺杂LiMn2O4的电化学性能研究

用高温固相反应法合成了锂离子电池正极材料锂锰氧化物，并对其进行了硫、钇掺杂厦硫和钇的复合掺杂修饰。对材料进行了X射线衍射、恒电流充放电、交流阻抗等测试。实验结果表明：固相反应法合成的硫和钇复合掺杂的材料具有标准尖晶石结构；掺杂硫其首次放电容量达196．1mAh／g，但容量衰减较快；掺杂钇后正极材料在0．2C充放电速率下，循环20次后容量保持率为98．6％，但是初始容量较低；而硫钇复合掺杂综合了硫掺杂效应和钇掺杂效应，有较好的电化学性能。     

Ti^4＋掺杂改善锂离子电池正极材料LiFeP04的电化学性能研究

采用固相法掺杂钛合成了Lil-yTi3FePO4，研究了原料钛的掺杂量、焙烧温度和焙烧时间对锂离子电池正极材料Lil-yTi3FePO4。电化学性能的影响。通过正交实验[L3（3^3）]确定合成橄榄石型Lil-yTi3FePO4的最佳工艺为：掺杂，T1^4＋量为1％（摩尔分数），焙烧温度为700℃，焙烧时间为16h。经实验验证，优化后的合成工艺有利于提高锂离子电池正极材料的电化学性能。     

稀土La掺杂对层状富锂锰基氧化物正极材料结构及电化学性能的影响

采用碳酸盐共沉淀-高温烧结法制备了La掺杂层状富锂锰基氧化物正极材料Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13La_xO₂（x=0, 0.01, 0.03, 0.05），考察了La掺杂量对正极材料的结构及电化学性能的影响.采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析研究了正极材料的结构和形貌特征，材料的电化学性能采用交流阻抗和充放电测试仪进行测试分析.研究结果表明:所有样品均保持层状α-NaFeO₂结构，随着La掺杂量的增加，样品形貌未发生明显变化，样品放电容量呈现先增大后降低的趋势，当La掺杂量为0.03时，具有最高的放电比容量285.3 mAh/g（0.1 C），经过50次循环后的放电比容量为260.5 mAh/g，容量保持率为91.3 %.      

锂离子动力电池正极材料层状LiMnO2的研究进展

介绍了锂离子动力电池正极材料锂锰氧化物中尖晶石型LiMn2O4、层状o-LiMnO2、m-LiMnO2和r-LiMnO2的晶体结构及电化学性能,阐述了制备层状LiMnO2的几种方法,重点讨论了近年来对层状LiMnO2进行的掺杂改性研究。探索掺杂不同离子对层状LiMnO2进行改性是提高其电化学性能的研究发展趋势。     

Na-Mn共掺对磷酸铁锂正极材料结构与性能的影响

利用碳热还原法成功制备了Li_0.97Na_0.03Fe_7/8Mn_1/8PO₄正极材料,运用XRD、SEM、EDS和电化学测试等手段对其晶体结构、形貌、元素分布和电化学性能进行研究,并结合第一性原理计算分析材料性能提升的机理。结果表明,Na-Mn掺杂一方面导致LiFePO₄晶格畸变,晶格体积增大,扩大了锂离子迁移通道,为锂离子嵌入/脱出提供更大的空间;另一方面使材料在电化学性能上表现出优异的高倍率性能和循环稳定性。Na-Mn掺杂有利于提高材料的锂离子扩散系数和电导率,从而提高其电化学性能。基于第一性原理计算结果表明,Na-Mn共掺杂使LiFePO₄晶格膨胀,晶格体积增大,并促使带隙宽度减小,增强了费米能级附近的电子态密度,提高了材料的电子电导率和锂离子迁移率。     

前躯体预掺杂合成锰酸锂正极材料的研究

采用电解金属锰悬浮液法制备铝掺杂四氧化三锰,并利用上述前躯体合成铝掺杂锰酸锂正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子光谱发射仪(ICP)等手段对样品相组成、微观形貌以及理化指标进行表征,并考察了铝掺杂对合成锰酸锂材料电化学性能的影响。结果表明:对四氧化三锰进行铝掺杂能有效提高最终合成产物的电化学性能,在对四氧化三锰原料进行1%铝含量的掺杂后,以此为原料合成的锰酸锂正极材料0.2 C放电容量达到124.34 m A·h/g,高温55℃下循环100次,容量保持率为90.74%。     

Preparation of Ti-based Yb-doped SnO2–RuO2 electrode and electrochemical oxidation treatment of coking wastewater

In this study, the Ti/SnO₂–RuO₂ electrodes with different Yb contents were prepared by sol–gel method and thermal decomposition method, and the surface morphology and crystal structure of the electrodes were characterized by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD), the electrochemical properties of the electrodes were tested by linear sweep voltammetry (LSV) and cyclic voltammetry (CV). The electrochemical oxidation device was constructed with Yb-doped Ti/SnO₂–RuO₂ electrode as the anode and titanium plate as the cathode, and the electrochemical oxidation effect and product changes of the anode on coking wastewater were investigated. The results show that the surface of the electrode is flat with high crystallinity of SnO₂ and RuO₂ crystals at 1.5% Yb doping, and the LSV and CV curves indicate that the Yb doping of 1.5% increases the oxygen precipitation potential and electrocatalytic oxidation activity of the electrode. When the electrode with Yb doping of 1.5% is the anode with current density of 10 mA/cm² electrochemical oxidation time of 30 min, the electrode can remove chemical oxygen demand (COD) up to 85.06%, total organic carbon (TOC) up to 60.59% and UV₂₅₄ from 1.594 to 0.507 for coking wastewater. Gas chromatography (GC–MS), UV–vis and three-dimensional fluorescence results of coking wastewater before and after treatment show that large toxic substances in coking wastewater are degraded to low toxic organic substances, and most soluble organic substances are degraded and transformed. This study provides the possibility of basic research for the engineering practice of electrochemical oxidation for the treatment of coking wastewater.     

高电位镁合金(Mg-Mn)阳极熔体净化技术的研究

通过高电位镁阳极的熔铸及成型工艺中的净化技术研究，对试验样品进行了化学成分和电化学性能测试。结果表明：通过熔剂配方、熔炼操作、浇铸成型等技术的改进，保证了阳极的品质尤其是化学成分和电化学性能等符合要求，且保持相对稳定。     

Na、Zr复合改性提高LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料理化性能

基于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料在高电压下的电化学性能不佳问题,通过简单的共沉淀法得到前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂,与适当的Na源、Zr源及Li源球磨后得到改性材料。通过对比Na和Zr单掺杂或共改性来探究改性材料电化学性能的变化。XRD结果表明,掺杂Na和Zr后,所有改性材料的Li间距和过渡金属层间距均扩大,电化学性能测试发现改性后的材料其循环、倍率性能等均得到明显提升。其中Na、Zr共改性的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM-Na-Zr）,其循环和倍率性能得到显著改善,在2.75~4.35 V、1C倍率下循环200次后,仍然有177.4 mAh/g放电比容量和87.7%的容量保持率。      

MXenes在锂离子电池负极材料中的应用

MXenes(M_n+1X_nT_x)是一类二维无机化合物材料,它由几个原子层厚度的过渡金属氮化物、碳化物或碳氮化物构成。由于具有大的比表面积、快速充放电性能和小的体积变化等优点,MXenes受到越来越多研究人员的关注。研究者希望能够利用MXenes材料研发出具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料,从而提高电池的能量密度和寿命。然而MXenes材料制备过程中产生的层间堆积和坍塌限制了其进一步的发展。目前,研究人员通过将MXenes与其他材料复合制备出具有新结构的材料,不仅可以扩大层间距,改善材料结构,还有助于改进材料的电化学性能。本文介绍了MXenes与碳纳米材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和硅等材料复合改性来提高材料电化学性能的研究策略,并探讨了MXenes和碱金属等材料复合实现稳定无枝晶的锂离子电池金属负极的方案。最后,阐述了MXenes应用在锂离子电池负极材料中面临的挑战,并作出了展望。      

Effect of Cerium on Lithium-Aluminium Anode

ＥｆｆｅｃｔｏｆＣｅｒｉｕｍｏｎＬｉｔｈｉｕｍ－ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｎｏｄｅＧｕａｎＣｏｎｇｓｈｅｎｇ（管从胜），ＤｕａｎＳｈｕｚｈｅｎ（段淑贞），ＺｈａｏＧｕａｎｇｗｅｎ（招光文）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｕｎｉ...     

高温球磨烧结合成LiCoxMn2-xO4

采用液相法合成前驱体，并通过高温球磨烧结法合成了LiCoxMn2-xO4正极材料。考察Co掺杂量对材料的相结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明，Co掺杂后材料的首次放电比容量随着Co掺杂量的增大逐渐减小，而循环性能较好。其中LiCo0.05Mn1.95O4的首次放电比容量达到119.0 mAh/g，在不同倍率下循环100次后的容量保持率为92.52%，表现出很好的电化学可逆性和循环稳定性。     

CeO2对Ti基RuO2-SnO2涂层阳极电催化性能的影响

采用热分解法制备了掺杂CeO2的Ti基RuO2-SnO2涂层阳极,通过开路电位测试、循环伏安测试以及交流阻抗测试研究了所制备涂层阳极的电催化性能,并用扫描电镜观察了涂层阳极的表面形貌。结果表明,在涂层阳极中掺杂CeO2可以提高涂层阳极的电催化活性,CeO2的最佳掺杂量为0.4(摩尔分数)。涂层阳极电催化性能提高的原因在于掺杂的CeO2可以提高涂层的有效活性表面积。     

静电纺丝法制备空心钛酸锂材料

为进一步提升钛酸锂材料的性能, 本文在传统静电纺丝技术的基础上, 将纺丝喷头改进成内外嵌套的同轴喷头, 以两种溶液的形式进行同轴共纺, 得到了具有空心结构的钛酸锂纤维丝.将其与传统静电纺丝法制备的实心结构钛酸锂纤维丝进行对比, 结果表明: 空心钛酸锂材料粒度均一、无团聚现象, 材料具有明显的空心结构, 结晶性能良好, 比表面积是实心结构的1.3倍.形貌结构的改善极大地提高了空心钛酸锂材料的电化学性能, 表现为小倍率下二者的放电比容量接近理论比容量, 但在20C倍率下空心结构的钛酸锂材料优于实心钛酸锂, 仍可达到130 mA·h·g-1, 循环200周后容量保持率仍达98%, 具有良好的稳定性; 循环伏安和交流阻抗曲线也表明: 空心结构使得钛酸锂材料的极化程度减少, 电化学反应阻抗降低, 更有利于电化学反应的进行.      

La3+掺杂对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备添加了La3+的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料, 通过XPS、X射线分析仪、扫描电镜、电化学工作站、电池充放电测试系统详细地探讨了不同添加量的La3+对材料的结构、形貌和电化学性能的影响。结果显示, 与无添加的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料比较, 添加了La3+的材料一次颗粒尺寸更大, 球形度更好且材料的电极R_sf+R_ct阻抗均显示有所降低; 当添加x=0.01时, 材料的大电流循环稳定性得到了较大提升, 1 C条件下经过100次循环后, 添加La3+材料容量保持率为75.81 %, 而未添加材料容量保持率只有49.57 %; 添加了La3+材料制得的电池在0.5、1、5 C倍率下的放电比容量也要明显高于无添加材料。      

合金的离子半径对镁基储氢材料电化学性能的影响

熔炼法制备了Mg2Ni0.95Al0.05、Mg2Ni0.95Ti0.05、Mg2Ni0.95Sn0.05四种单一元素掺杂镁基储氢电极合金，测定几个主要的电化学性能指标（包括活化循环次数、最大放电容量和容量衰退率），分析不同掺杂元素对合金电化学性能的影响。结果表明，在四种舍金中，舍金的电化学性质随掺杂元素的离子半径有规律的变化。活化性能受离子半径影响较大，最大放电容量与容量衰退率均随掺杂元素离子半径变化出现最佳值。