NiFe2O4@LiMn2O4正极材料的制备及其电化学性能研究

以溶胶-凝胶法制备了不同质量百分比的NiFe₂O₄@LiMn₂O₄复合正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电化学性能测试等手段, 对NiFe₂O₄@LiMn₂O₄材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明, NiFe₂O₄的包覆并没有改变锰酸锂材料的晶体结构;锰酸锂颗粒表面没有观察到NiFe₂O₄材料存在。当NiFe₂O₄包覆量为1%时, 复合材料具有较好的电化学性能, 其首次充放电效率、循环性能和倍率性能都得到了一定程度的提高, 此时NiFe₂O₄呈薄膜型包覆在锰酸锂颗粒的表面, 厚度约为14 nm, 首次放电比容量(0.1C)为121.2 mAh/g, 10C倍率放电条件下放电比容量为84.8 mAh/g, 1C循环400周后容量保持率为90.64%。     

共沉淀反应时间对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料形貌和电化学性能的影响

采用共沉淀法制备Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体, 并通过高温固相法合成LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料, 研究了反应时间对Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂前驱体和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料的形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明, 随着反应时间增加, 前驱体和正极材料的二次颗粒粒径逐渐增大;若反应时间过短, 二次颗粒粒径小, 易加剧电化学循环过程中材料与电解液的副反应, 正极材料循环性能较差;若反应时间过长, 二次颗粒粒径过大, 增加了锂离子扩散路径, 也不利于正极材料在高倍率下的循环。反应16 h制备的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料具有适中的颗粒粒径, 拥有优异的电化学性能, 在1C倍率经过180圈循环容量保持率可达75.3%, 5C倍率经过300圈循环容量保持率可达56.0%。     

硼掺杂对LiNi0.825Co0.115Mn0.06O2高镍正极材料微观形貌及电化学性能的影响

采用高温固相法合成了硼掺杂LiNi_0.825Co_0.115Mn_0.06O₂高镍正极材料,并研究了硼掺杂量对LiNi_0.825Co_0.115Mn_0.06O₂正极材料微观形貌结构、电化学性能的影响。结果表明,经过硼掺杂后,材料的一次颗粒形貌由原来的类椭球状变为成径向排列的放射状,并且随硼掺杂量增加改变更加明显; 电化学性能测试发现,适量硼掺杂能够有效提高材料的循环性能; 1%硼掺杂的材料在2.7~4.3 V电压区间、2C倍率下充放电循环300圈后,容量保持率仍有91.46%,比未掺杂样品的容量保持率高5个百分点。     

铝掺杂对高镍无钴LiNi0.95Mn0.05O2正极材料结构与性能的影响

采用固相法合成了铝掺杂的层状高镍无钴LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料,并利用结构分析方法和电化学测试手段研究了铝掺杂对LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,Al均匀地掺杂到了正极材料二次颗粒体相中,不仅使材料晶胞参数发生了变化,还降低了材料的Li⁺/Ni²⁺混排程度。掺杂1%铝可以提高材料的长循环性能,这归因于掺杂样品中的Al能有效抑制材料在充电过程中的H2→H3相变程度。相比于未掺杂的样品,铝掺杂样品在1C、2.7~4.3 V的测试条件下循环300圈后,其容量保持率提高了11.3%。但Al³⁺的非电化学活性会降低材料的倍率性能。     

石墨烯的制备及其复合导电浆料对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

通过化学氧化-热还原法制备了高柔韧性、片层少的石墨烯粉体,将其与碳纳米管、炭黑制备出石墨烯复合导电浆料,并分析对比了不同片径的石墨烯复合导电浆料和常规复合导电浆料对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子电池性能的影响。结果表明,石墨烯含有丰富的含氧官能团,复配后的石墨烯复合导电浆料在正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中可以构建高效的点-线-面结构的三维空间导电网络,其中,D₅₀片径为11.581 μm的石墨烯复合导电浆料电化学性能较为优异,在8C(20 A)大倍率放电条件下容量保持率为104.45%,1C/8C倍率循环200周后电池仍有2 121 mAh的容量,容量保持率为87.90%。     

富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的改性与电化学性能研究

为改善富锂材料的电化学性能,使用Li₃VO₄对富锂锰基材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂进行湿法包覆。对样品进行表征和电化学性能测试,结果表明,包覆工艺不会破坏富锂层状材料的结构;包覆物明显改善样品的电化学性能,其中3%包覆量的样品综合性能最好,首次放电比容量为243.2 mAh/g,库伦效率70.9%;在1C下循环50次后,容量保持率为87.2%。     

高值化利用含Sb(Ⅲ)废水制备Fe3O4/Sb2O4@C复合材料及其性能研究

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),以其吸附废水中的Sb(Ⅲ),得到nZVI/Sb颗粒; 将其在500 ℃下氧气煅烧8 h,制得Fe₃O₄/Sb₂O₄材料; 再以葡萄糖为碳源、600 ℃氮气热处理,制备了Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料,并对其性能进行了研究。结果表明,nZVI吸附含Sb(Ⅲ)废水的适宜条件为:中性溶液Sb(Ⅲ)初始浓度100 mg/L,nZVI投加量1.2 g/L,室温下吸附50 min,该条件下废水中Sb(Ⅲ)去除率为73%; 引入Sb₂O₄后,铁基负极的首次放电比容量高达1065.6 mAh/g; 包覆碳后,Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料电化学性能明显改善,100 mA/g电流密度下,循环150圈后放电比容量仍可保持在483.7 mAh/g,电流密度2000 mA/g时,放电比容量仍有118.2 mAh/g。     

Fe2O3对NdF3-LiF-Nd2O3体系电导率的影响

利用交流阻抗法和连续改变电导池常数法在氮化硼毛细管中测量熔盐NdF₃-LiF、NdF₃-LiF-Nd₂O₃、NdF₃-LiF-Fe₂O₃和NdF₃-LiF-Nd₂O₃-Fe₂O₃的电导率,探究了温度和熔盐成分对电导率的影响。在1100~1200℃,NdF₃-LiF(NdF₃∶LiF=7∶3)与1%Nd₂O₃组成的熔盐电解质的电导率最为稳定。温度、Fe₂O₃和Nd₂O₃的质量百分比相同情况下,Fe₂O₃对NdF₃-LiF电导率的影响小于Nd₂O₃对NdF₃-LiF电导率的影响,并且Fe₂O₃和Nd₂O₃组合添加对NdF₃-LiF电导率的影响远大于Fe₂O₃或Nd₂O₃单独添加对NdF₃-LiF电导率的影响。1200℃时,NdF₃-LiF-Nd₂O₃(1%~2%)-Fe₂O₃(1%~2%)的电导率相对稳定,Fe₂O₃含量对电导率的影响相对较小。在1100~1200℃,NdF₃-LiF(NdF₃∶LiF=9∶1)-Nd₂O₃(≤2%)-Fe₂O₃(≤2%)的电导率拟合公式为K=-2.71817+0.00615T-0.23978xNd₂O₃-0.28133xFe₂O₃。     

以废旧NCM523型电池正极材料浸出液制备NiCo2O4和Li2CO3研究

采用湿法冶金方法回收废旧NCM523型锂离子电池正极材料中的镍、钴和锂, 正极材料的硫酸浸出液经净化除杂后, 采用“水热沉淀-煅烧法”制备NiCo₂O₄, 再采用化学沉淀法回收锂。研究了添加剂种类、水热温度及时间、煅烧温度对产物形貌的影响。结果表明, 以电极材料硫酸浸出液为原料, 以草酸作沉淀剂、六次甲基四胺作表面活性剂, 在140 ℃下水热反应4 h, 得到NiCo₂O₄前驱体; 前驱体在300 ℃下煅烧2 h, 得到形貌均匀的棒条状NiCo₂O₄材料; 采用饱和Na₂CO₃溶液沉淀水热反应母液中的锂, 得到Li₂CO₃。该工艺初步实现了废旧电池正极材料中有价金属镍、钴和锂的回收利用。     

SiCf/SiC复材表面Sc2O3-Y2O3-ZrO2基梯度可磨耗涂层设计及性能研究

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料是未来航空发动机重要材料之一,其表面涂层是保护SiC_f/SiC陶瓷基复合材料关键技术。针对陶瓷基复材表面的Sc₂O₃-Y₂O₃-ZrO₂基可磨耗涂层与EBC涂层结合力不够高、应力匹配性差等问题,开展Sc₂O₃-Y₂O₃-ZrO₂基梯度可磨耗涂层设计、制备与考核技术研究,并且与非梯度可磨耗涂层进行性能对比。研究结果表明:梯度可磨耗涂层比非梯度可磨耗涂层结合强度提高了6.7%;在(1 250±50)℃高温冲击1 000次后,梯度可磨耗涂层剥落面积仅为非梯度可磨耗涂层剥落面积的1/6。因此,梯度可磨耗涂层具有更好的力学性能,有望在未来航空发动机中得到广泛应用。     

四氧化三锰和电解二氧化锰制备尖晶石型锰酸锂的研究

分别以电解二氧化锰和四氧化三锰为原料, 采用固相法制备了2种锂离子电池正极材料——尖晶石型锰酸锂。结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电性能测试, 对两种产物的物化性能以及电性能进行了检测分析, 结果表明: 以电解二氧化锰(EMD)和Mn₃O₄为原料, 在合适的条件下都能制备出性能较好的锰酸锂正极材料; 由Mn₃O₄制备的锰酸锂呈晶粒大小较为均匀的单晶八面体形貌; 由电解二氧化锰制备的锰酸锂呈晶粒大小不均匀的二次颗粒形貌; 用Mn₃O₄制备的锰酸锂1C下循环700次, 其容量保持率为105.3%; 而以电解二氧化锰制备的锰酸锂1C下循环700次, 其容量保持率为79.0%。     

铌掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料结构和电化学性能的影响

通过高温固相法合成铌掺杂Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_1-xNb_xO₂(x=0,0.01,0.02,0.03)正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学测试手段分析铌掺杂的影响。结果显示,铌掺杂没有改变材料的α-NaFeO₂层状结构;充放电循环结果显示Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_0.98Nb0.02O2在1C充放电倍率、电压为3.0~4.3 V条件下,经过50周循环后的容量保持率为95.9%,而没有经过掺杂处理材料的容量保持率为85.3%;交流阻抗测试结果证明了铌掺杂可以降低材料的电化学阻抗,从而提高材料电化学性能。     

二氧化锰还原法制备锰酸锂材料及其性能研究

采用二氧化锰还原法制备了锰酸锂前驱体, 将前驱体在不同温度下进行热处理, 制得尖晶石型锰酸锂。利用AAS、滴定法、XRD、SEM表征样品的元素含量、晶体结构、形貌和粒径, 并研究了不同热处理温度对锰酸锂电化学性能的影响。结果表明, 通过二氧化锰还原法合成出了具有一定尖晶石结构的锰酸锂前驱体。当热处理温度为800 ℃时, 锰酸锂的导电性最佳, 0.2C放电容量为132.7 mAh/g, 0.5C放电容量为123.9 mAh/g, 循环10次后, 容量衰减5.97%。     

锂离子电池Li2FeP2O7正极材料的制备及其电化学性能

采用固相球磨法制备了Li2FeP2O7/C正极材料,研究了烧结温度、碳包覆含量以及碳源对其结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明: 高温固相烧结合成样品的适宜温度为680 ℃,以柠檬酸为碳源、碳包覆量为5%时,合成的Li2FeP2O7/C晶型完整,晶粒较小且均匀,0.1C倍率下的放电比容量可达102.6 mAh/g,0.5C倍率下的初次放电比容量可达83.4 mAh/g,循环30次后放电比容量为80.7 mAh/g,展现了较好的循环性能以及倍率性能。