软化学法制备新型正极材料LiMnO2的研究进展

层状LiMnO2具有能量密度高、安全性能好、价格低廉和无毒性等优点,是下一代锂离子电池正极材料中强有力的竞争者。介绍了LiMnO2的结构特性以及各种软化学制备方法,如共沉淀法,溶胶-凝胶法,氧化还原法,乳液干化法,水热法等,并对该材料在体相掺杂和表面包覆改性方面的研究进展进行了评述。     

高温固相法制备LiMnO2及其掺杂改性

采用高温固相法合成了正交LiMnO2及其掺杂改性的LiMnO2 and Li1.08MnO1.92F0.08和Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08正极材料。通过X射线衍射对材料的晶体结构进行了分析,通过扫描电镜对材料的表面形态进行了分析,通过恒电流充放电和电化学阻抗测试技术对材料的电化学性能进行了测试。实验结果表明,LiMnO2 and Li1.08MnO1.92F0.08、Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08的结构比未掺杂的LiMnO2表现出较少的阳离子混排和跺堆层错,其中材料Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08的电化学性能最佳,该材料以0．2C的倍率循环充放电,最大放电比容量可达129．28mAh／g,50次循环后放电比容量仍保持在124．26mAh／g以上,容量保持率为96．12％。     

层状LiMnO2的结构与改性研究进展

比较了两类不同的层状LiMnO2———m-LiMnO2和o-LiMnO2的结构和性质。解释了层状LiMnO2结构不稳定、易向尖晶石结构转变的原因。介绍了层状LiMnO2的改性方法,尤其是不同元素掺杂和表面改性。     

Mn掺杂对LiFePO4材料电化学性能的影响

为改进锂离子电池正极材料LiFePO4的高倍率充放电性能,采用Mn对LiFePO4进行掺杂,研究了Mn掺杂量对LiFePO4性能的影响.通过对Li(MnyFe1-y)PO4(y=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)材料的研究,我们发现LiMn0.2Fe0.8PO4与LiFePO4材料相比有更好的电化学性能,当采用160 mA/g的电流进行充放电时,比容量可达92 mAh/g.     

MnO2形貌对LiMn2O4电化学性能的影响

用3种不同形貌的电解MnO2(EMD),采用高温固相法合成了尖晶石LiMn2O4正极材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)法分析了材料的结构和形貌,研究了MnO2形貌对LiMn2O4充放电性能的影响.结果表明:3种EMD均可得到纯相LiMn2O4;EMD与合成的LiMn2O4在形貌和颗粒度上具有对应性;由EMD(F)所制备的LiMn2O4(F)的首次放电比容量达到122 mAh/g,50次循环后仍保持在118 mAh/g.EMD(F)是合成LiMn2O4正极材料较理想的原料.     

锰掺杂对LiNi0.7Co0.3O2结构和电化学性能的影响

用溶胶-凝胶法制备了LiNi0.7Co0.3-xMnxO2(0≤x≤0.15)的前驱体.用XRD、XPS、SEM和恒流充放电法对最终产物的结构和电化学性能进行了研究.随着锰含量的增加,产物的晶胞参数变大,层状结构的有序性减弱.当0.02≤x≤0.07时,LiNi0.7Co0.3-xMnxO2的首次放电比容量(175～189 mAh/g)与30次循环后的容量保持率(》92%)均优于空白样品LiNi0.7Co0.3O2(170 mAh/g,86%).LiNi0.7Co0.25Mn0.05O2的首次放电比容量(189 mAh/g)最高,30次循环后的容量保持率为94%.实验结果表明,少量锰的掺杂能有效地提高材料的循环稳定性和可逆容量.     

碳包覆对CuFeS_2电化学性能的影响

FeS_2的理论比容量很高,但由于其室温循环可利用性很差,使其工业化应用受到了很大限制。CuFeS_2具有较好的光、电和磁性质,但其室温电导率较低,不能满足实际应用的要求。利用溶剂热方法对CuFeS_2进行碳包覆,以期改善Li/CuFeS_2电池的室温电化学性能。研究结果表明,碳包覆使CuFeS_2颗粒尺寸明显减小并且颗粒边缘更加圆滑。以其为活性物质装配锂电池,与CuFeS_2的放电曲线类似,分别在1.6和1.4 V出现两个放电平台。在60 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到了563.2 mAh/g,接近CuFeS_2的理论比容量(583 mAh/g),比未包覆的CuFeS_2提高了约9.1%。在1 200 mA/g的高电流密度下,碳包覆CuFeS_2电极首次放电比容量达到了432.5 mAh/g,30次循环后的放电比容量仍可达到130 mAh/g,远高于纯CuFeS_2的比容量。循环伏安特性曲线以及交流阻抗谱测试结果表明,碳包覆使CuFeS_2电极的极化程度减小,电池的内阻下降,这从另一角度证实了碳包覆对CuFeS_2电化学性能的改善。     

Li1+xCryMn2-yO4合成工艺对其结构和性能的影响

用固相法高温合成得到尖晶石Li1 +xCryMn2 -yO4作锂离子二次电池正极活性材料 ,研究了不同合成条件对Li1 +xCryMn2 -yO4结构的影响 ,电化学性能测试表明LiMn2 O4掺Cr后初次放电容量有所下降 ,但循环性能有较大提高。     

Li/Mn比对改性LiMn2O4材料的电化学性能影响

采用溶胶-凝胶法对LiMn2O4进行Al,Mg,F的复合掺杂,并考察了Li/Mn比对正极材料电化学性能的影响.材料的晶体结构通过X射线衍射光谱法(XRD)进行表征,而其电化学性能通过循环伏安法(CV)和恒流充放电进行表征.制备样品的CV图具有尖晶石典型的两对氧化-还原峰;电化学性能测试结果表明,LiAl0.03Mg0.03Mn1.91O4F0.05具有最佳的电化学性能,这是由于在多元素复合掺杂的基础上,由于F的引入,使得Li/Mn比最小时,可以有效地抑制Jahn-Teller效应.     

纳米Li2MnSiO4/C正极材料的制备和电化学性能

以己二酸作为碳源和络合剂,采用溶胶凝胶法制备了纳米Li2MnSiO4/C正极材料.X射线衍射(XRD)结果表明,600℃下合成的Li2MnSiO4/C材料属于正交晶系Pmn21空间群.场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征结果显示,合成材料的颗粒大小在50 nm左右.将制备的材料组装成模拟电池并进行恒流充放电测试,研究了不同己二酸用量对材料的电化学性能的影响,结果表明:当己二酸∶乙酸锰=1∶1时,材料的充放电性能最佳,在10 mA/g下首次放电比容量可达167.5 mAh/g.     

流变相法制备的Li_(1+x)MnO_(1.92)F_(0.08)的性能

采用流变相法制备了Li1+xMnO1.92F0.08(x=0、0.05、0.10和0.20).在800 ℃、氮气保护下煅烧8 h制备的产物中,LiMnO1.92F0.08和Li1.05MnO1.92F0.08有完整的正交层状结构,Li1.10MnO1.92F0.08和Li1.20MnO1.92F0.08有Li2MnO3和Li2Mn2O4杂质.以0.2 C放电,Li1.05MnO1.92F0.08的最大放电比容量为157.85 mAh/g,第30次循环的比容量为157.15 mAh/g.     

水性粘结剂对纳米SnO2电化学性能的影响

采用溶胶.凝胶法制备了纳米SnO2粉末,研究了水性粘结剂对SnO2电化学性能的影响.使用6%的水性粘结荆LAl33,SnO2的首次可逆比容量为621 mAh/g,约比使用PVDF时大2倍.改变LAl33的含量、电流密度和电压范围,能提高SnO2的循环性能.当LAl33的含量为10%时,15次循环后,SnO2的平均容量保持率为67.7%;降低上限截止电压有助于提高SnO2的循环性能,当电压范围为0～0.8 V时,20次循环后的容量保持率高达99.7%.     

反尖晶石离子掺杂对LiMn2O4结构性能的影响

阐述了锂离子电池锰酸锂正极材料掺杂的重要性,研究了反尖晶石离子掺杂(Fe3 、Ga3 、Al3 )对锰酸锂正极材料结构和电化学性能的影响,并提出了影响锂离子电池充放电循环性能的机理。展望了反尖晶石离子掺杂在锂离子电池锰酸锂正极材料中的发展前景。     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4掺钒的研究

采用低温液相碳酸盐法合成了掺杂钒的Li-Mn-O正极材料.X射线衍射分析表明当掺钒量小于20%,合成的电极材料Li-V-Mn-O仍能保持LiMn2O4的尖晶石结构,当掺钒量超过20%则合成产物中不含尖晶石结构的LiMn2O4.循环伏安和恒电流充放电实验证实掺杂钒可改善Li-Mn-O正极材料电化学反应的可逆性,并提高其比容量;掺钒量大于10%时,合成产物中出现杂质相导致电极材料电化学性能下降.     

合成时间对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2结构与电化学性能的影响

采用球形Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体与Li2CO3混合,通过高温烧结合成层状Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料,研究了合成时间对材料结构及电化学性能的影响。扫描电子显微镜法(SEM)表明Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料与前驱体形貌均为理想的球形。X射线衍射光谱法(XRD)分析表明,在不同合成时间下合成的样品均为具有层状结构的纯相物质。电化学性能测试表明,900℃12 h合成的样品具有最优的电化学性能,在2.7~4.4 V电压区间,0.1 C、1 C、5 C的首次放电比容量分别达到195.2、158.4和114.9 m Ah/g,1 C循环10次容量保持率为98.9%。     

LiCoO2的电化学性能和过充特性研究

以两种具有不同粒径、比表面积和振实密度的LiCoO2为正极材料,组装053048型锂离子电池,研究其电化学性能、1.0 C/12 V过充特性及其过充机理.结果表明:LiCoO2比表面积对过充测试结果影响很大;比表面大、细颗粒多的LICoO2,过充测试时产生较多的活性反应位置,导致电池发生热失控、爆炸.正极材料的晶体结构和振实密度对过充特性也有影响.D50小的LiCoO2经过100次循环后,容量保持率＞95%,3.6 V平台＞82%,表现出良好的电化学性能.     

锂离子蓄电池正极材料层状锰基化合物的研究进展

层状锰基过渡金属氧化物成为当前锂离子蓄电池正极材料研究的热点。对近年来国内外层状锂锰氧化物的研究进展进行了综述,介绍了有关层状LiMnO2及其衍生物的研究工作,重点阐述了层状LiMnO2的合成方法、电化学性能及多元锰基层状固溶体;最后讨论了层状锰系正极材料的应用前景。     

电解液对TiO2混合电化学电容器性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备掺杂Ni、C改性的TiO2电极材料,并对材料的晶型结构、表面形貌及比容量、充放电效率、循环性能、阻抗、比能量和比功率等性能进行了研究.使用1mol/L MeEt3NBF4/PC电解液的电容器,具有良好的可逆性和稳定的循环性能.在500 mA/g的电流下,比容量为13.40mAh/g,放电比能量为24.12Wh/kg,比功率为1012.03W/kg.