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%。     

Al和Mg共掺杂LiFePO4/C正极材料的电化学性能研究

采用高温固相法合成了LiFePO₄/C和Al、Mg共掺杂的LiFe_0.95Al_0.03Mg_0.02PO₄/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量仪(EDS)、恒流充放电测试、循环伏安法(CV)等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。XRD结果表明,Al、Mg共掺杂后的样品并没有破坏LiFePO₄的橄榄石结构,同时还增强了LiFePO4结构的稳定性、提高了电子导电性和Li⁺扩散速度;通过SEM和EDS观测到LiFePO₄呈球形颗粒,并在复合样品中检测到有Al和Mg元素存在。分别以0.5C、1C、3C和5C倍率充放电,LiFe_0.95Al_0.03Mg_0.02PO₄/C的放电比容量分别为145.1、142.6、133.2和124.9 mAh/g;1C倍率下循环30次后仍保持99.2％的初始容量,显示出良好的循环寿命。     

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%。     

电解二氧化锰制备富锂锰基正极材料性能研究

以电解二氧化锰为锰源,采用球磨法和高温固相法制备了富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂。探索了烧结温度对富锂锰基材料结构和性能的影响, 确定了最佳温度条件。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对所合成的正极材料进行了结构和形貌表征, 同时通过充放电测试对材料电化学性能进行了测试。结果表明, 在850 ℃下, 以电解二氧化锰为锰源制备的富锂锰基正极材料具有较好的电化学性能, 在0.05C、0.1C、0.2C、0.5C和1C下的首次放电比容量为254.8、238.1、217.6、179.9和161.8 mAh/g。在0.2C下循环20次,容量保持率为93.66%, 在0.5C下循环50次容量保持率为90.03%, 在1C下循环100次容量保持率为88.31%。     

热处理温度对Al2O3表面修饰LiNi0.9Co0.1O2正极材料电化学性能的影响

在水溶液体系中, 制备了1%Al₂O₃修饰的镍基正极材料LiNi_0.9Co_0.1O₂, 并研究了热处理温度对正极材料性能的影响。结果表明, 1%Al₂O₃修饰后没有改变正极材料的结构和形貌, 650 ℃热处理后正极材料具有最佳的电化学性能, 首次放电容量为178.4 mAh/g, 库伦效率为82.4%, 0.5C倍率50次循环后的容量保持率为88.1%。     

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。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

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。     

Ti3C2 Mxene的制备及其电化学性能研究

采用氢氟酸刻蚀法制备了Ti₃C₂ MXene,研究了刻蚀温度和刻蚀时间对Ti₃C₂结构、形貌及电化学性能的影响。研究结果表明,室温下制备的Ti₃C₂呈手风琴状,随着刻蚀温度升高,Ti₃C₂层间距逐渐增大,且多层Ti₃C₂逐渐转变成单层结构。室温下刻蚀速度较为缓慢; 随着刻蚀时间延长,Al原子层逐渐被溶解,刻蚀24 h以上可得到手风琴状多层Ti₃C₂。电化学研究结果表明,室温下刻蚀24 h制备的多层Ti₃C₂ MXene电化学性能较好,该样品在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为450.6 mAh/g,循环700次后比容量仍有124.1 mAh/g。     

钛和锆共掺杂对单晶LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料形貌和电化学性能的改进

用共沉淀法和高温固相法合成了单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂(x=0.0,0.001,0.002,0.003), 研究了Ti和Zr部分取代Mn对材料结构、电化学性能和Li⁺扩散系数的影响。研究结果表明, 钛和锆共掺杂能进一步增加Li层间距、改善阳离子混合, 从而提高电池容量和倍率性能。半电池循环伏安特性测试表明, 与未掺杂材料相比, Ti和Zr共掺杂的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料具有更好的电化学性能。以LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂为正极材料制作的扣式电池放电比容量、电荷转移效率和Li⁺扩散系数均随掺杂元素比例x增大而增加。在3.0～4.3 V电压范围内, LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂正极材料在x=0.002时, 半电池在1C倍率下的放电比容量达到163.2 mAh/g, 半电池经过1C倍率循环50次后, 放电容量保持率提高到93.2%, 高于未掺杂样品(92.1％)。对循环后电池进行交流阻抗测试, 结果表明, 对过渡金属的部分替代有助于结构内部锂离子扩散和降低电荷转移电阻。     

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。     

石墨烯导电剂片径对LiFePO4正极中电荷传输的影响

为探究石墨烯导电剂片径对LiFePO₄电极中电荷传输的影响,通过纳米砂磨法制备了不同片径分布的石墨烯导电浆料,采用四探针、电化学阻抗谱测试对电极电子、离子传输电阻进行表征,发现随着石墨烯片径D₅₀增加,电极电子电阻呈反比例函数递减,电极离子电阻呈二次函数递增。当石墨烯片径D₅₀为10 μm左右时,电极电子电阻与离子电阻之和为20.85 Ω,接近最小总电阻,且电池具有较好的倍率性能,3C放电比容量达到121.1 mAh/g,容量保持率为76.92%。     

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。     

电化学脱嵌法盐湖提锂多孔LiFePO4电极的制备

电化学脱嵌法盐湖提锂技术因其选择性高、吸附量大、绿色无污染等优点,越来越受到人们的关注,但盐湖卤水矿化度高、黏度大,导致实际提锂速率较低。基于此,以NH₄HCO₃为造孔剂,制备了具有良好渗透性和传质性能的多孔LiFePO₄电极,以改善提锂过程动力学性能。结果表明:造孔改性后电极表面具有微裂纹-微孔的复合结构,可显著强化溶液的传质过程,降低电化学极化。以多孔电极进行电化学脱嵌法提锂,其嵌锂容量由传统电极的25.6 mg（Li）/g（LiFePO₄）增加至多孔电极的35.2 mg（Li）/g（LiFePO₄）,且提锂过程的平均电流密度由8.7 A/m2提高至17.9 A/m2,提锂效率显著提高。此外采用多孔电极循环提锂30次后容量保持率高达98%,表现出良好的循环性能。      

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。