Mg掺杂LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4正极材料的改性及电化学性能研究

通过简单的溶剂热法,在溶剂热反应中将Mg掺入到LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4的晶格中。Mg的掺入不会对LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4的晶体形貌产生影响,掺杂前后材料均为200 nm以下的纳米片状颗粒。Rietveld全谱拟合结果显示,Mg掺杂后LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4材料的晶胞参数减小。同时,包碳处理后材料的离子混排度均低于0.5%,Mg掺杂后材料的离子混排度增加,提高材料导电性。Li Mn_(0.75)Fe_(0.2)Mg_(0.05)PO_4材料在1 C倍率充放电时的放电比容量为110 m Ah/g,100次循环后的容量保持率为94%,Mn的容量得到更多的发挥,材料极化程度最低。     

B掺杂制备Li_(1+2x)Mn_(0.8)Fe_(0.2)P_(1-x)B_xO_4锂电池正极材料

采用水热法制备富锂相正极材料Li_(1+2x)Mn_(0.8)Fe_(0.2)P_(1-x)B_xO_4(x≤0.10),通过X射线衍射、激光粒度仪、扫描电子显微镜对所得样品进行表征。将所得正极材料组装成电池,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试其电化学性能。结果表明:B原子进入晶格,取代P原子位置,形成固溶体。当B的取代量x=0.02时,富锂相正极材料Li_(1.04)Mn_(0.8)Fe_(0.2)P_(0.98)B_(0.02)O_4的电化学性能最好,0.1C时放电比容量为157.9 mA·h/g、5C时为102.7 mA·h/g,分别优于未经B掺杂的LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4的149.7和85.3 mA·h/g。     

溶剂热反应矿化剂和表面活性剂对LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4性能的影响

采用溶剂热法制备LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4正极材料,研究了矿化剂KOH及阳离子表面活性剂双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)对产物形貌以及性能的影响。利用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗对其电化学性能进行测试。结果表明:矿化剂KOH和表面活性剂DDAB均有利于减小颗粒粒径,从而使材料电化学性能得到提高。其中加入矿化剂KOH效果明显,所得LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4材料粒径最小,分散性能最好,有效碳包覆率最高,0.2C倍率下100次循环后容量保持率为94.3%;0.1C倍率下的放电比容量为157.4mA·h/g,5C下仍可以达到99.2mA·h/g,相比于基础材料LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4的152.3和82.3mA·h/g分别提高了3.3%和20.5%,具有很好的倍率性能和循环稳定性能。     

微波辅助溶剂热法制备LiMn_(1-x)Mg_xPO_4/C正极材料

采用微波辅助溶剂热法的合成途径,成功制备出镁掺杂的磷酸锰镁锂(LiMn_(1-x)Mg_xPO_4/C)电极材料。采用X-射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电等测试方法对晶体结构,微观形态和电化学性能进行表征。结果表明微波辅助溶剂热样品LiMn_(1-x)Mg_xPO_4/C为具备较大比表面积和介孔结构的片层状形貌材料。该片层状纳米结构有利于锂离子脱嵌/镶嵌反应,Mg~(2+)掺杂在片层状纳米晶体合成过程中发挥着重要作用,可以提高材料的电化学活性和电化学表现。其中LiMn_(0.95)Mg_(0.05)PO_4/C材料在0.1 C和5 C倍率下最高可逆放电容量分别为141.2和95.3(mA·h)/g,具备较高的放电容量和倍率性能表现。与传统溶剂热法相比,微波辅助溶剂热法的反应时间显著降低且制备得到的材料具备优异的电化学性能表现,对于制备其他锂离子电池材料具有指导意义。     

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。     

掺杂元素对锂离子电池正极材料LiFePO4的影响

为提高锂离子电池正极材料LiFePO4的充放电性能,用Mg,Al,V和Ti对LiFePO4进行掺杂。研究了掺杂元素的种类和用量对LiFePO4性能和结构的影响。可用高温固相反应制备单相LiMxFe1-xPO4 (M=Mg,Al,V和Ti)。在LiMxFe1-xPO4 材料中,LiV0. 05Fe0. 95PO4具有比LiFePO4更好的电化学性能,用80mA/g的电流进行充放电时,第二次放电比容量为130. 429mA·h/g,循环20次后为131. 196mA·h/g。     

循环流速对制备多孔中空LiMn_(0.85)Fe_(0.15)PO_4/C微球的影响

采用湿法球磨-喷雾干燥-固相反应法制备多孔中空LiMn_(0.85)Fe_(0.15)PO_4/C微球,并用比表面积-孔径分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、交流阻抗(EIS)、循环伏安(CV)、拉曼光谱(Raman)、恒流充放电等技术研究了湿法球磨过程中循环流速对LiMn_(0.85)Fe_(0.15)PO_4/C的结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:LiMn_(0.85)Fe_(0.15)PO_4/C的一次颗粒粒径随循环流速的增加先减小后增大,在循环流速为1.5 L/min下制备的LiMn_(0.85)Fe_(0.15)PO_4/C复合材料表现出较好的电化学性能,材料为多孔中空微球,由粒径为40~100 nm的一次颗粒和平均孔径为21.42 nm的介孔组成,微球粒径为2~15μm,材料在1C倍率下的放电比容量为135 m A·h/g,且循环50次后无衰减,表现出了良好的电化学性能。     

低温熔盐燃烧法合成LiNi_(0.5-x)Mg_xMn_(1.5)O_4(x=0,0.05)及其电性能

为了快速、高效地制备5V锂离子电池正极材料,采用低温熔盐燃烧法合成了LiNi0.5Mn1.5O4粉末。X射线衍射分析表明:使用该方法,将原料在600℃焙烧1h即可获得单相LiNi0.5Mn1.5O4材料,Mg的掺杂有利于产物结晶性的提高。扫描电子显微镜观察表明,LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4的粒径为亚微米级的,且粒径分布均匀。制成电极后电性能研究表明,在3.5～5.0V的电压范围,75mA/g的电流密度下,该材料进行50次充放电循环后,放电比容量没有明显衰减。微量的Mg掺杂,可以提高样品的放电比容量,改善材料的首次充放电效率并提高材料的放电平台。600℃下焙烧5h所制备的LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4首次放电比容量为134(mA·h)/g,在电流密度为75mA/g下进行50次循环后保持率达100%。     

中空八面体锂离子电池正极材料LiFePO_4的制备及电化学性能

以醋酸锂、磷酸、七水合硫酸亚铁为原料,聚乙二醇为分散剂,通过一步水热法制备得到中空八面体LiFePO_4锂离子电池正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试仪对样品晶型、形电化学性能进行了表征测试。研究结果表明,在2.5~4.2 V电压范围内,以0.1 C(17 mA/g)倍率进行充放电,样品首次放电比容量为129.6 mA·h/g;0.2、0.5、1、2和5 C的充放电倍率时,首次放电比容量分别达到123.6、119.7、114.1、99.5g和90.6 mA·h/g。10 C的充放电倍率时首次放电比容量为84.3 mA·h/g,说明中空八面体LiFePO_4在高倍率下表现出优异的电化学性能。     

La掺杂Al代α-Ni(OH)_2电极材料的性能

采用尿素均相沉淀法制备了La掺杂Al代α-Ni(OH)2粉体材料,表征了其微观结构和形貌,并测试了样品作为MH-Ni电池正极活性材料的电化学性能.结果表明,制备的样品颗粒呈类球形,与Al代α-Ni(OH)2相比,结晶度增强,具有更大的晶格层间距,电极反应具有更好的可逆性和较小的电化学阻抗,在0.1C下放电比容量达403.04mA·h/g,放电中值电压较高并稳定于1.29V,1C下放电比容量达343.47mA·h/g,充放电循环50次容量保持率为90.31%,显示了良好的较大倍率放电性能.