氮掺杂纳米碳改性LiFePO4正极材料的研究进展

锂离子电池是一种高效、清洁的储能装置,在便携式电子产品、储能设施和电动汽车等领域具有广泛的应用前景,对于缓解能源危机、环境污染和优化能源结构等方面具有重要意义。橄榄石型LiFePO_4是最有前途的锂离子电池正极材料之一,但较低的本征电子电导率与锂离子扩散速率限制了其高倍率性能的发挥及在锂离子动力电池中的广泛应用。纳米碳材料,尤其氮掺杂的无定形纳米碳、碳纳米管以及石墨烯等具有电子电导率高,比表面积大,亲和力强以及热、化学稳定性好等特点,在改善LiFePO_4材料性能方面显示出独特的优势。本文从掺杂方法、形貌结构、电化学性能等方面总结氮掺杂纳米碳改性LiFePO_4正极材料的研究进展,并展望其发展前景。     

三价铁合成LiFePO_4/C正极材料及其性能研究

橄榄石型LiFePO_4正极材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料,然而由于自身晶体结构的本征特性,LiFePO_4的电导率低,高倍率充放电性能较差是限制其应用的最大障碍,通过碳包覆或金属离子掺杂等改性方法提高这种材料的电子导电率成为锂离子电池材料领域的研究热点.以提高电化学性能和更好的实现产业化为主要目的,对LiFePO_4材料的碳包覆和合成条件等进行了研究.以氧化铁为原料,采用碳热还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4/C,利用扫描电镜和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的表面形貌以及电性能进行分析研究,讨论了不同的煅烧温度、煅烧时间和掺碳量对材料电性能的影响.实验结果表明最佳合成工艺为:碳的包覆量为6%(质量分数),合成温度为720 ℃,保温时间为12 h,合成过程在惰性气氛下完成,合成的LiFePO_4/C复合正极材料在2.0～4.3 V,0.2 C倍率下的放电比容量可达160.56 mAh/g,0.5 C放电比容量可稳定在143 mAh/g左右,循环性能较好.     

锂离子电池新型正极材料LiFePO4的研究进展

橄榄石结构的LiFePO_4作为锂离子电池的一种新型正极材料,具有原料来源广泛、价格低廉、对环境友好、能量密度和理论容量高、放电电压稳定、热稳定性和循环性好等优点,是下一代锂离子电池正极材料有力的竞争者.本文介绍LiFePO_4正极材料的结构与性能以及存在的问题:综述制备LiFePO_4的各种方法,即固相合成和液相合成两类,比较各种方法的优缺点;探讨近年来国内外对于改善LiFePO_4电化学性能所进行的研究工作,并对其发展前景进行了展望.     

P123辅助合成LiFePO_4纳米颗粒及其在锂离子电池中的应用（英文）

通过对P123辅助水热法合成的样品煅烧获得LiFePO_4纳米片,其横向尺寸约为100nm。利用X射线衍射仪和扫描电镜等测试手段对制备出的样品的结构和形貌进行表征。结果表明,直接水热法制备的LiFePO_4样品是由自组装的片构成,其横向尺寸约为200nm。在N_2气氛保护和高温条件下对水热合成的样品进行煅烧后,LiFePO_4由自组装片分解为分散性良好的纳米片。由于具有纳米级尺寸和碳膜的包覆,由该LiFePO_4纳米片正极材料制作的锂离子电池具有较好的性能。     

石墨烯引导LiFePO_4纳米片的一步溶剂热反应制备及其电化学性能

针对本征低的电子导电率和锂离子迁移速率导致LiFePO_4较差的电化学性能,以石墨烯作为模板,采用一步溶剂热法制备梭形结构的LiFePO_4/石墨烯(LFP/G)复合正极材料;采用XRD和SEM等表征复合正极材料的物相结构和微观形貌,微米级梭型LiFePO_4颗粒是由平均厚度约为55 nm的纳米薄片堆叠而成。电化学性能研究结果表明:在0.1C倍率下,LFP/G复合正极材料的初始可逆比容量可达153.2 mA·h/g,高于相同条件下LiFePO_4的;在10C倍率下充放电时,LFP/G表现出高达85.9m A·h/g的可逆比容量,远高于LiFePO_4的可逆比容量(56.3m A·h/g),展现出明显增强的电化学倍率性能。     

哈工大储能新突破200s充电率可达90%

正日前,哈尔滨工业大学化工与化学学院青年教师王博在电化学混合储能领域的研究取得新进展,只需充电200s,充电率可达90%。这是基于一种构建多级结构"双连续活性通道"(离子与电子)混合储能材料的策略。据了解,目前广泛使用的锂离子电池、铅酸电池、电容器等化学电源,其电极的活性物质普遍采用单一的电化学储能材料。这些电源的性能受限于电极中单一活性物质的     

基于单体锂离子的电池安全技术在新能源汽车中的应用研究

锂离子电池在储能、电动能源等领域应用广泛,但锂离子电池在所应用的新能源汽车领域存在某些方面的安全问题,制约着商业化运用。提出通过单电池组生产和严格的质量控制提高汽车锂离子电池安全系数的具体措施,进一步研究了单体锂离子电池的正极材料、负极材料、隔膜、电解液以及电池壳体等方面的安全保护措施。结果表明：通过合理的系统设计以及克服电池本身的技术缺陷,能使新能源汽车的使用更加安全。     

五氧化二钒空心球：性能优异的锂离子电池正极材料

锂离子电池作为一种高效环保的电化学储能器件被广泛地应用于各种移动电子产品,并且在电动汽车和智能电网等新兴领域有巨大的应用前景。层状结构的五氧化二钒可作为锂离子电池的正极材料,具有高容量、价格低、易于合成等优点,长期以来受到广泛的关注和研究。然而,较低的电子、离子传导速率和较差的结构稳定性严重限制了五氧化二钒正极材料的倍率性能和循环性能。近期新加坡南洋理工大学楼雄文教授及其课题组通过模板法合成了具有多层复杂结构的五氧化二钒空心球。该材料作为锂电正极材料表现出优秀的电化学性能。     

基于单体锂离子的电池安全技术在新能源汽车中的应用研究（英文）

锂离子电池在储能、电动能源等领域应用广泛,但锂离子电池在所应用的新能源汽车领域存在某些方面的安全问题,制约着商业化运用。提出通过单电池组生产和严格的质量控制提高汽车锂离子电池安全系数的具体措施,进一步研究了单体锂离子电池的正极材料、负极材料、隔膜、电解液以及电池壳体等方面的安全保护措施。结果表明:通过合理的系统设计以及克服电池本身的技术缺陷,能使新能源汽车的使用更加安全。     

第一性原理在锂硫电池正极材料中的应用

锂硫电池被广泛认为最具潜力的下一代储能体系,但是锂硫电池的技术瓶颈使其实用化过程遇到诸多困难。全球"材料基因组"计划的开展促进第一性原理在储能材料领域的广泛应用。综述近年来第一性原理在锂硫电池正极材料中的应用,从4个方面分析多硫化物的吸附作用、充放电机理、锂离子的扩散及电子结构对锂硫电池的穿梭效应、容量、循环稳定性等问题的影响。通过第一性原理计算将宏观性能与微观本质相关联,展望其在锂硫电池中的应用前景,为进一步设计硫正极材料提供参考。     

Recent progress in cobalt-based compounds as high-performance anode materials for lithium ion batteries

Despite carbonaceous materials are widely employed as commercial negative electrodes for lithium ion battery, an urge requirement for new electrode materials that meet the needs of high energy density, long cycle life, low cost and safety is still underway. A number of cobalt-based compounds(Co(OH)_2, Co_3O_4, CoN, CoS,CoP, NiCo_2O_4, etc.) have been developed over the past years as promising anode materials for lithium ion batteries(LIBs) due to their high theoretical capacity, rich redox reaction and adequate cyclability. The LIBs performances of the cobalt-based compounds have been significantly improved in recent years, and it is anticipated that these materials will become a tangible reality for practical applications in the near future. However, the different types of cobalt-based compounds will result in diverse electrochemical performance. This review briefly analyzes recent progress in this field, especially highlights the synthetic approaches and the prepared nanostructures of the diverse cobalt-based compounds and their corresponding performances in LIBs, including the storage capacity, rate capability, cycling stability and so on.     

锂离子电池的工作原理与关键材料

锂离子电池具有能量密度高、自放电小和循环寿命长等优点,被广泛用于便携式电子设备和电动汽车等方面,不断推动着社会朝着智能化和清洁化方向发展.简要阐述了锂离子电池的发展历程和工作原理,从材料结构和储锂机制方面对正极材料和负极材料进行分类并综述其性能特点与研究现状,介绍了液态电解液中锂盐、溶剂、添加剂以及固态电解质在锂离子电...     

Electrochemical performance of LiFePO4 cathode material for Li-ion battery

In the search for improved materials for rechargeable lithium batteries, LiFePO4 offers interesting possibilities because of its low raw materials cost, environmental friendliness and safety. The main drawback with using the material is its poor electronic conductivity and this limitation has to be overcome. Here Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials were prepared by a polymer-network synthesis technique. Testing of X-ray diffraction, charge-discharge, and cyclic voltammetry were carried out for its performance. Results show that Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials have a high initial capacity, good cycle stability and excellent low temperature performance. The electrical conductivity of LiFePO4 material can be obviously improved by doping Al. The better electrochemical performances of Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials have a connection with its conductivity.     

镍镁掺杂LiFePO4的电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究锂离子电池正极材料LiFePO4掺杂Ni和Mg的电子结构。结果表明:Ni氧化物的电子结构和能量性质受d轨道中电子影响,用于掺杂改性时,结构稳定,带隙降低使电子电导率增加,充放电速率提高;Mg掺杂改性时,当掺杂在Li位时,带隙和总能均降低,同时Li离子的扩散运动也提高,有利于改性,而在Fe位掺杂时,费米面附近Fe-d轨道中电子影响能带,使带隙增加,不利于电子电导,键的布居分析也表明Li—O共价性增强,不利于离子扩散,即不利于改性。因此,通过掺杂可对LiFePO4的微观结构产生影响,从而影响其电化学性能,但这种微观结构主要受d轨道中电子运动对费米面附近能带的影响,而与掺杂离子的化合价和半径无关。     

一种新型的锂离子电池正极材料——LiFePO4

介绍了1种新型的锂离子电池正极活性材料LiFePO4并解释了材料的结构特征和电化学过程。LiFePO4具有较高的比容量和良好的循环稳定性等优良的电化学性能,但是目前还存在着制约容量释放的锂离子扩散系数小以及材料导电性能不太好等问题。在回顾该材料研究状态的基础上,说明了只要通过选取适当的制备工艺和进行合适的表面改性可以制备出具有优良电化学性能的LiFePO4粉体。这种粉体具有环境相容性、便宜以及资源丰富等诸多优点,是1种颇具潜力的锂离子电池正极替代材料。     

Nb掺杂LiFePO4电子结构的第一性原理研究

采用基于DFT的第一性原理方法,研究Nb掺杂LiFePO4锂离子电池正极材料的电子结构,并进行能带结构、电子态密度、布居和差分电荷密度性质等分析。结果表明:Nb掺杂后体系结构稳定,带隙降低,由于Nbd轨道电子的作用,使费米面附近能带数增加,更有利于电子传递,使电子电导率增加,充放电速率提高;Li-O键键长明显变大,有利于Li离子的扩散。虽然掺杂量大,带隙下降多,但会影响Li离子的扩散,尤其是在Li位掺杂时。综合考虑掺杂量不需要太大。     

锂离子电池正极材料改性研究进展

在高里程新能源动力汽车、电网储能以及5G通信的大背景下,高能量密度的锂离子电池成为了当下研究的热点。而正极材料的比容量大小将直接影响电池的能量密度,因此亟需对正极材料进行改性以改善其性能指标。综述了层状、尖晶石状、橄榄石状正极材料的结构特点及电化学性能,包括晶体结构、电子结构、循环稳定性、离子迁移速率及倍率能力等,比较了各类正极材料的优劣,并对常用的改性手段进行了相应总结。归纳了各类典型的正极材料存在的问题及其发展瓶颈,其中包括晶型变化、导电性能差、电压衰减、电解液侵蚀等,并分析了引起容量损失的因素,如高开路电压引起的电化学极化、材料组成元素的配比、电极/电解液界面的表面活性等。在此基础上,重点综述了近年来针对不同类型正极材料的改性研究进展,其中阴、阳离子掺杂,表面包覆有机物或无机物,特殊形貌设计,选择合适的电解液和黏结剂等手段能有效改善正极材料的比容量及结构稳定性。最后以现有的改性方法及电池体系为理论基础,对今后改性手段的发展趋势以及将正极材料应用于其他电池体系的可能性进行了展望。