稀土元素La掺杂材料LiCoPO_4的性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了LiCoPO4与稀土元素La3+掺杂的正极材料,并研究了掺杂材料的晶型结构和充放电性能。合成的改性正极材料LiCo0.99La0.01PO4在0.1C倍率下首次放电比容量达到了133.6 mAh/g,相比纯相LiCoPO4的放电比容量提高了17.3%。20次循环后改性材料的放电比容量是85.1 mAh/g,比纯相LiCoPO4的放电比容量70.4 mAh/g有了较大提高。     

储氢合金表面处理的研究

用快淬法制得晶粒尺寸为20～50 nm的富铈稀土储氢合金,其0.4C放电比容量达到310 mAh/g.经表面改性处理后,合金的活化性能、循环性能、大电流放电性能和1.2 V放电电压平台等电化学性能都得到提高.经4 h表面改性处理后,在1C放电条件下,合金只需2次活化,就能达到最大比容量300.2 mAh/g;经18次循环后,合金的放电比容量仍保持在297 mAh/g,其放电效率达到93.80%.1C,2C和3C放电能力分别达到97.84%,93.27%和92.40%.     

储氢合金表面处理的研究

用快淬法制得晶粒尺寸为20～50nm的富铈稀土储氢合金，其0．4C放电比容量达到310mAh／g．经表面改性处理后，合金的活化性能、循环性能、大电流放电性能和1．2V放电电压平台等电化学性能都得到提高．经4h表面改性处理后，在1C放电条件下，合金只需2次活化，就能达到最大比容量300．2mAh／g；经18次循环后，合金的放电比容量仍保持在297mAh／g，其放电效率达到93．80％．1C，2C和3C放电能力分别达到97．84％，93．27％和92．40％．     

锂离子电池硅碳复合负极材料的研究

以商品化纳米硅粉和沥青为原料,采用喷雾干燥热解法制得Si@C复合物.将Si@C复合物和人造石墨混合,制得Si@C/G硅碳复合材料作为锂离子电池的负极材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试等方法,对Si@C复合物和Si@C/G复合材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,当硅碳复合材料中Si@C复合物和石墨的质量比为15∶85时,在100mA/g的恒电流下,首次放电比容量为695.4 mAh/g,首次库仑效率为86.1%,循环80周后容量仍有596.6mAh/g.     

新型纳米硅/碳复合材料的制备及其电化学性能

为缓解纳米硅粉的体积膨胀,并有效提高其电导率,采用直流电弧等离子蒸发法和液相分散制备高纯、高分散性纳米硅粉,并以蔗糖为碳源,再与膨胀石墨复合,制备出一种新型纳米硅碳复合负极材料。研究结果表明:纯纳米硅在0.1C的倍率下首次放电比容量达到2 712mAh/g,但首次库伦效率仅为33.81%;所制备的纳米硅碳复合材料在0.1C的倍率下,首次充、放电容量分别为615mAh/g和917mAh/g,50个循环以后可逆比容量保持在495mAh/g,循环性能和倍率性能大大改善。     

纯化处理对天然微晶石墨电化学性能影响的研究

采用HF-HCl溶液通过液相浸渍法对天然微晶石墨进行纯化处理,对比考察了纯化处理前后天然微晶石墨组成、结构及电化学性能的变化,探讨了纯化处理后的天然微晶石墨用作锂离子电池负极材料的可行性。结果表明:天然微晶石墨是由粒径约1μm的石墨微晶构成的无规堆积体,绿泥石和云母等矿物杂质主要位于石墨微晶颗粒之间。纯化处理可显著降低天然微晶石墨中的杂质含量,使细小的石墨微晶表面裸露出来,但不会影响天然微晶石墨的晶体结构。纯化处理后天然微晶石墨的首次可逆容量由259.6mAh/g提高至332.4mAh/g、首次库伦效率由74.6%提高至79.7%,经过7次充放电循环后可逆容量和充放电效率稳定在335.0mAh/g和99%以上,经50次充放电循环可逆容量保持率为99.8%。     

制备方法对硫/活性炭复合材料性能的影响

以升华硫和活性炭为原料,分别采用机械固相混合、液相混合和高温固相法制备了硫/活性炭复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、交换电流密度(j0)和恒流充放电测试考察了所得材料的结构及电化学性能.发现制备方法对复合材料的放电比容量和循环性能有明显影响,高温固相法制备的材料有更好的电化学性能,在0.1 C倍率下充放电,其首次放电比容量为465.3 mAh/g,分别是机械固相混合和液相混合所得样品放电比容量的5.8倍和2倍;10次循环后放电比容量仍然大于100 mAh/g.     

热等离子法制备锂离子电池硅碳负极材料

采用直流电弧热等离子法一步制备硅/碳球形纳米复合材料。以中值粒径分别为2.6 μm、6.5 μm和15.0 μm的硅碳混合粉末为原料,制得了中值粒径为49.9 nm、56.3 nm和68.9 nm的纳米硅碳复合材料;在200 mA/g的电流密度下3种不同粒径的纳米硅碳负极材料的首次放电比容量分别达到1718 mAh/g,1651 mAh/g和1343 mAh/g,50次循环后其容量保持在1005 mAh/g,761 mAh/g和663 mAh/g;而未处理的硅碳混合粉末首次放电容量约为2321 mAh/g,但50次循环后,容量仅为274 mAh/g。由此可见,利用直流电弧热等离子法制备的硅/碳球形纳米复合材料的电化学性能得到了极大的提升。     

河南某石墨精矿制备负极材料试验研究

为克服天然石墨比表面积大、各向异性及层间距小的缺点,需要对天然鳞片石墨进行球形化、表面改性及掺杂等处理。对河南南阳地区某细鳞片石墨浮选精矿进行球形化试验研究,采用QCJ系列微粉气流机进行6次粉碎和10次整形后,可获得D50为16.37μm和9.41μm两种规格的石墨球形化产品,综合成球率为47.01%,振实密度分别为0.96 g/cm~3和0.89 g/cm~3,该产品已达到GB/T 24533-2019中Ⅰ级改性天然石墨类锂离子电池负极材料对粒度及振实密度等的要求。将该球形石墨产品化学提纯至固定碳质量分数达到99.97%,进行电化学性能测试,首次库仑效率和放电容量分别为92.07%和365.45 mA·h/g。本研究为同类石墨资源制备负极材料提供了技术依据。     

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。     

喷雾干燥-低温烧结的NaFePO4制备及其电化学性能

以草酸盐、磷酸盐和碳酸盐为原料, 采用喷雾干燥法制备前驱体, 经固相烧结制得钠离子电池NaFePO4正极材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜、激光衍射粒度分析、充放电测试、循环伏安法对材料进行了结构、形貌及电化学性能表征。结果表明, 喷雾干燥制得了球形前驱体, 经低温烧结的钠离子电池NaFePO4正极材料具有良好的电化学活性, 其嵌钠平台在3.0 V左右, 在0.1C倍率下, 其首次放电容量为100 mAh/g, 经过30次循环, 其可逆放电比容量达93 mAh/g。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

温和条件下制备掺Ti4+磷酸铁的研究

为提高LiFePO₄的电性能，将LiFePO₄掺杂工序前置至磷酸铁的合成阶段，在磷酸铁的制备过程中添加Ti⁴⁺制备掺Ti4+磷酸铁。结果显示：Ti⁴⁺可以取代Fe³⁺进入磷酸铁晶格中；Ti⁴⁺掺入量的增加将会影响磷酸铁晶体的晶面间距，使得（002）晶面间距显著增大，且当Ti⁴⁺掺杂量为0.5%时，对磷酸铁晶面间距影响最大；晶面间距增大，有利于锂离子的脱嵌，磷酸铁锂的电性能增强；掺Ti⁴⁺的磷酸铁较未掺杂时，在600 ℃时出现了明显的晶型转变的吸热峰；掺Ti⁴⁺的磷酸铁的比表面积较未掺杂磷酸铁的比表面积显著提高，这说明掺Ti⁴⁺磷酸铁的化学活性提高，有利于提高磷酸铁锂的电性能；采用掺Ti⁴⁺磷酸铁为原料制备的磷酸铁锂，当钛含量为0.5%时，放电容量最高，即电容为0.2 C时，放电容量为160 mAh/g。     

天然鳞片石墨微波法制备石墨烯及其电容性能

以天然鳞片石墨为原料,采用Hummer法制备氧化石墨,再利用微波法热还原氧化石墨制备石墨烯,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电性能测试等方法研究微波时间对石墨烯微观结构和电容性能的影响.结果表明,采用微波法可以将氧化石墨彻底还原为无定形的多层片状石墨烯,随着微波时间的延长,石墨烯的剥离效果越明显,比表面积呈现先增大后降低的趋势,微波处理90s制备的石墨烯比表面积为353.2 m2/g.随着微波时间的延长,石墨烯的电容量先升高后降低,倍率性能和循环性能先增加后趋于稳定,微波处理90s获得的石墨烯电容量为343 F/g,经过500次循环后容量保持率达98.5％,展示了良好的循环性能和倍率放电性能.     

湿法Mg改性对LiNi0.82 Co0.15 Al0.03 O2的研究

为了湿法和高温处理制备Mg改性LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2材料及材料的性能研究,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、表面残余碱含量和电化学性能测试对材料进行表征。结果表明,湿法Mg改性高温处理LiNi_(0.82)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2材料具有良好的形貌和层状结构,材料LiOH和Li_2CO_3含量为0. 19%和0. 26%,材料在3. 0～4. 3 V,0. 1 C下的放电容量为202. 4 mAh/g,首次效率为90. 4%; 1 C下的首次放电容量为180. 2 mAh/g,100周循环后的容量保持率94. 4%。后续重点需研究如何控制表面残余碱含量与实际包覆量对应关系,如何优化实验过程为产业化应用提供参考。     

不同地区天然石墨球形化制备负极材料

天然鳞片石墨是制备锂离子电池负极材料的优质原料,本试验以鸡西、内蒙古、萝北3个地区固定碳含量(质量分数)约为95%的石墨精矿为原料,依次进行球形化整形和化学提纯,制备高纯球形石墨,并对高纯球形石墨进行了电化学性能测试。结果表明,经过球形化后,3个地区球形石墨振实密度分别为0.96 g/cm³、0.94 g/cm³、0.98 g/cm³,其中萝北石墨振实密度最高,成球率为41.44%。较优混酸提纯工艺为：混酸与石墨的液固比为3 mL/g,HF体积分数为30%,反应时间为6 h,反应温度为70℃,经混酸提纯处理后,3个地区球形石墨固定碳含量分别提高至99.90%、99.88%、99.97%。电化学性能测试结果表明,3个地区石墨负极材料的首次充放电效率均大于90%,首次放电容量均高于360 mAh/g,是制备天然石墨负极材料的理想原料。     

无机基溶胶-凝胶法制备LiMnPO4正极材料

以廉价无机盐为原料、以柠檬酸为碳源的水基溶胶凝胶法合成了LiMnPO₄/C正极材料。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对晶体结构和微观形貌进行了表征。结果表明实验得到了纯相的LiMnPO₄/C正极材料。在二段式烧结、烧结温度为650℃时得到的正极材料具有较好的电化学性能,其在室温0.05C倍率下,首次放电容量为142.8mAh/g,20次循环后放电容量为112.4mAh/g。     

酚醛树脂炭包覆天然微晶石墨作锂离子电池负极材料

通过酚醛树脂包覆天然微晶石墨和炭化处理制备具有核壳结构的酚醛树脂炭包覆天然石墨负极材料,考察了酚醛树脂包覆量对酚醛树脂炭包覆天然石墨负极材料结构和性能的影响。结果表明,表面树脂炭的存在使石墨表面更光滑,但不会改变其片层状晶体结构。酚醛树脂炭包覆石墨的比表面积随酚醛树脂包覆量的增加而增大。包覆适当厚度的酚醛树脂炭可明显改善天然微晶石墨的首次充放电性能和循环性能,酚醛树脂包覆量为3%的酚醛树脂炭包覆石墨的首次可逆容量为334.3mAh/g,首次充放电效率为84.8%。     

二次加碳中有机碳源对LiFePO4/C性能的影响

采用高温固相合成法制备了碳包覆磷酸铁锂正极材料,使用不同有机碳源对LiFePO4进行碳包覆。通过热分析(TG-DSC)、X-射线衍射光谱法(XRD)、热场发射透射电子显微镜(HRTEM)、显微激光拉曼光谱等分析方法对其相组成、化学结构和碳结构等进行分析,并对LiFePO4/C为正极材料的电池进行了测试。结果表明:酚醛树脂、蔗糖、聚乙二醇和柠檬酸为有机碳源所制备的LiFePO4材料,都为纯相的LiFePO4;碳包覆LiFePO4材料,具有较完整的碳包覆层,且都有石墨结构的有序碳生成,能改善材料的电导率;酚醛树脂为有机碳源得到的LiFePO4/C材料性能最好,在0.1C倍率下充放电,首次放电比容量达到148.6 mAh/g,1C倍率下充放电的比容量达到125.1 mAh/g。     

太西煤的石墨化改性及其锂离子电池负极性能

采用石墨化炉对太西煤进行石墨化处理。以沥青为前躯体采用液相包覆的方法实现表面包覆并经高温（1 000 ℃）炭化处理,制备具有核壳结构的炭石墨复合材料。经过电化学表征,首次可逆比容量为330.4 mAh/g,首次库伦效率为90%,50个循环后容量仍保持在90%。通过对石墨化处理后太西煤的微观结构和包覆炭层的表征分析,认为石墨化太西煤具有类似微晶石墨的微观结构,有利于锂离子的嵌入脱出,包覆炭层减少了比表面积,减少了表面不可逆反应以及固体电解质中间相膜（SEI膜）的生成,同时在循环过程中起到缓冲作用,保证了石墨化太西煤结构的稳定。