形貌对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料性能影响研究

采用高温固相法通过不同混料介质与相应的干燥方法合成了形貌为球状和分散状的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4。利用FE-SEM、XRD及充放电性能测试等手段对比了材料的形貌、物相和电化学行为。结果表明:分散状的材料由于一次粒子更小具有优良的电化学性能,0.2 C倍率下材料的首次放电比容量为135 mAh/g,12 C倍率下放电比容量为115 mAh/g。1C倍率充放电循环50次容量保持率为99.5%。     

LiFePO_(3.92)F_(0.08)C的合成、表征和电化学性能

采用两步固相法反应制备LiFePO4/C和LiFePO3.92F0.08/C。采用XRD对样品的结构进行分析。结果表明LiFePO3.92F0.08/C仍然具有橄榄石结构,但是相比于未掺杂的磷酸铁锂其具有更好的倍率性能和循环性能。LiFePO3.92F0.08/C在不同倍率下的放电比容量分别为141.7mAh/g(0.2 C)、113.2 mAh/g(1 C)、70.4 mAh/g(10 C)。尤其是在1 C倍率下循环30圈后,放电比容量仍达115.6 mAh/g。研究显示,F掺杂能够提高电子电导率进而显著改善其电化学性能。     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5~4.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

改进的共沉淀-微波法合成正极材料LiFePO_4/C

采用改进的共沉淀-微波法,利用自制加料装甓合成了橄榄石型LiFePO_4/C复合正极材料.应用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)以及恒电流充放电测试等方法对目标材料进行了结构表征和电化学性能测试.实验结果表明微波烧结8 min的样品具有单一的橄榄石型晶体结构和较好的电化学性能,0.2 C倍率下充放电测试表明,其首次放电比容量158.09 mAh/g,20次循环后,容量没有明显衰减.0.5、1、2C倍率下的平均放电容量分别为135.42、98.40、83.79 mAh/g,循环过程中样品表现出较好的循环稳定性.     

层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的Y_2O_3表面包覆

采用沉淀法对层状LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料进行Y_2O_3表面包覆,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)及恒流充放电对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,Y_2O_3均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料的表面,并没有改变材料的晶体结构,且Y_2O_3包覆的正极材料表现出良好的电化学性能。在2.5⁴.5 V电压范围和20 mA/g电流密度下,包覆0.5%Y_2O_3材料的首次放电容量190.5 mAh/g,50次循环后,材料的容量保持率达到99.9%,而未包覆材料的首次放电容量略低(187.0 mAh/g),且容量衰减较快,50次循环后,材料的容量保持率仅有92.7%。此外,包覆0.5%Y_2O_3的材料在400 mA/g下放电容量仍有150 mAh/g,表现出优异的倍率性能。     

细化颗粒固相法合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2及其结构和电化学性能研究

利用超细旋转盘式砂磨机细化颗粒固相烧结法,合成锂离子电池正极材料Li Ni0.80Co0.15Al0.05O2。原料经过砂磨后,混合均匀,粒径达到纳米级。根据塔曼定理,混合均匀的微小粒径可以在相同的烧结温度下,提高烧结的强度。SEM、XRD分别表征NCA材料的颗粒形貌和晶形结构。结果显示,通过细化颗粒烧结后的样品具有良好的形貌和层状结构。CV法测试样品的氧化还原性能,电池测试系统测试样品的电化学性能。测试结果显示,经过细化颗粒,在720℃合成的NCA材料具有良好的层状结构,018/110峰分裂明显。样品的电化学性能优良,0.2C下,首次放电容量达到182 m Ah?g?1,30次循环后容量保持率99.9%。1C下,首次放电容量153 m Ah?g?1,100次循环后容量保持率92.6%。     

5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.1)的流变相法制备与表征

采用流变相法结合高温热处理制备LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0,0.1)。用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对合成材料进行了表征。结果表明,F的掺入抑制了LiNi0.5Mn1.5O4颗粒长大,增强了Li+在固相中的扩散能力,改善了电极与电解质溶液之间的界面性质,有效地提高了LiNi0.5Mn1.5O4的循环性能和倍率性能。0.2C放电时LiNi0.5Mn1.5O3.9F0.1的首次放电容量达到147.8mA.h/g,经80次循环后平均每次循环的容量衰减仅为0.0068%。而0.5C和2.0C放电时首次放电容量达到0.2C放电时的94.2%和83.8%。     

锂离子电池Li2Fe1-xVxSiO4/C复合正极材料的合成、结构形貌和电化学性能

采用液相预处理和固相反应相结合的方法合成了聚阴离子型锂离子电池Li2Fe1-xVxSiO4/C（x=0,0.1,0.3,0.5）复合正极材料,采用XRD、SEM、EDX和电化学测试对材料进行了表征,研究了钒掺杂对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明所有样品均为正交晶系,属P21mn空间群,钒掺杂量x=0.1时样品晶格常数发生明显变化,晶胞呈c轴方向拉长的立方体,导致了材料的比容量和循环性能下降;所有样品均为纳米至亚微米尺寸颗粒,且随钒掺杂量的增加而增大,但x=0.5时样品的电化学性能最优。在常温和0.2C倍率下初始放电容量为124.3mAh/g,循环10次后容量无衰减,可逆放电容量仍高达126.2mAh/g,显示了良好的循环性能和应用前景。     

Ti替代La对AB_3型储氢合金的结构与电化学性能的影响

研究(La1-xTix)2MgNi8.25Co0.75(x=0、0.1、0.2)合金的微观结构与电化学性能。相测试结果显示:所有合金都是由(La,Mg)Ni3和LaNi52个主相所构成的,晶胞参数随着Ti的替代而逐渐减小,这是因为Ti的共价键半径(0.132 nm)小于La(0.169 nm)所引起的。电化学测试结果表明:所有的合金电极经过4次活化后都能够达到最大放电容量,且放电容量随着Ti含量的增加而减少,从x=0时的384.6 mAh/g降低到x=0.2时的321.9 mAh/g,合金电极的循环寿命则从x=0时的53.1%提高到x=0.2时的67.8%,合金在1 200 mA/g时的高倍率放电性能先从x=0时的59.3%升高到x=0.1时的66.5%,然后又降低到x=0.2时的63.1%。此外,电化学动力学也显示出先增大后减小的特点。造成以上电化学性能变化的原因是Ti的加入一方面起到了脱氢催化的作用,另一方面使合金表面形成了致密氧化层,虽然阻止了合金进一步的腐蚀,但也降低了合金电极的动力学性能。     

PVP辅助LiMn_2O_4包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用湿法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助尖晶石型LiMn204包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2复合正极材料(LMO@NCM)。以X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术对正极材料的晶体结构、形貌进行表征。采用充放电测试、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)研究正极材料的电化学性能。结果表明,乙酸锰添加量为1.0%(质量分数)的LMO@NCM正极材料具有高容量、良好的倍率与循环性能。该样品0.2C首次放电容量达182.7 mAh/g,在0.5C倍率下循环50次后其容量保持率为83.7%。PVP辅助的尖晶石型LiMn_2O_4包覆层提高材料的电子导电率,抑制了电极界面的副反应,进而提高了材料的电化学性能。     

Composite anode material of silicon/graphite/carbon nanotubes for Li-ion batteries

A composite anode material of silicon/graphite/multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) for Li-ion batteries was prepared by ball milling. This composite anode material showed a discharge capacity of 2274 mAh/g in the first cycle, and after 20 charge-discharge cycles, a reversible capacity of 584 mAh/g was retained, much higher than 218 mAh/g for silicon/graphite composite. It was observed that silicon particles were homogeneously embedded into the “lamellar structures” of flaked graphite particles, and the silicon/graphite composite particles were further wrapped by a MWNTs network. The improvement in the electrochemical properties of the composite anode material was mainly attributed to the excellent resiliency and good electric conductivity of the MWNTs network.     

自蔓延高温合成V3TiNi0.56Al0.2贮氢材料及其电化学性能

钒基固溶体贮氢合金因其贮氢量大而成为近年来研究的热点,但传统的纯金属熔炼成本高,限制了其应用。文中从理论上计算了V2O5-TiO2-Ni-Al体系的绝热温度Tad=2879 K和单位质量反应热q=-2.80 kJ/g,表明能够进行自蔓延高温反应,且自蔓延高温合成法制备出了钒基固溶体型贮氢合金V3TiNi0.56Al0.2,通过实验研究了V3TiNi0.56Al0.2贮氢合金的组织结构和电化学性能。结果表明,组织结构与真空感应熔炼制备的基本相同,V3TiNi0.56Al0.2合金最大放电容量为350 mA.h/g,活化性能较好,但循环性能和高倍率放电能力差。     

汽车电池负极镁基合金Mg-Ni-Y-Gd的组织与性能

针对目前汽车电池存在续航不足、放电不稳定等问题,采用不同的球磨工艺制备了MgNi-Y-Gd和Mg2Ni汽车电池负极镁基合金,并对其组织、放电性能和耐腐蚀性能进行了测试与分析。结果表明:在500 r/min下球磨48 h后两种合金都是非晶合金。与Mg2Ni相比,Mg-Ni-YGd合金腐蚀电位正移53 mV,充放电循环25次后放电容量减小13.5%,合金的耐腐蚀性能和放电性能得到明显提高。     

陈化温度对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2型正极 材料电化学性能的影响

以简单的球磨-干燥-煅烧法,制备了具有稳定α-NaFeO2型层状结构（R-3m空间群）的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 型的三元正极材料。通过X射线衍射分析、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、充放电循环、循环伏安、交流阻抗谱等手段测试了样品的理化性能。研究表明：球磨浆料的陈化温度对样品性能有明显的影响。在0.1C、1C、2C、3C、5C、6C、8C和10C倍率电流和连续充放电下,经过50 ℃陈化浆料制备的亚微米样品的放电容量分别为172.3、161.4、151.5、145.2、136.9、133.2、126.3、121.4 mA·h/g,表现出较好的大倍率电流放电性能。随着循环次数的增加,该样品的锂离子扩散系数和电荷传递阻抗均发生变化。该样品的未循环、充放电循环1次及循环40次样品的锂离子扩散速率分别为1.45×10-16、6.60×10-16、7.92×10-15 cm/s。     

Improving room-temperature electrochemical performance of solid-state lithium battery by using electrospun La2Zr2O7 fibers-filled composite solid electrolyte

Low ionic conductivity at room temperature and poor interfacial compatibility are the main obstacles to restrain the practical application of polymer solid electrolytes. In this work, lanthanum zirconate (LZO) fibers were prepared by electrospinning method and used for the first time as fillers in sandwich polypropylene carbonate (PPC)-based solid electrolyte. Meanwhile, a graphite coating was applied on one surface of the composite solid electrolyte (CSE) membrane. The results show that the LZO fibers significantly increases the room-temperature electrochemical performance of the CSE, and the graphite coating enhances the interfacial compatibility between electrolyte and lithium anode. Furthermore, an ultra-thin PPC-LZO CSE with a total thickness of 22 μm was prepared and used in NCM622/CSE/Li solid-state cell, which shows an initial discharge capacity of 165.6 mAh/g at the current density of 0.5C and a remaining capacity of 113.0 mAh/g after 250 cycles at room temperature. Rise to 1C, the cell shows an initial discharge capacity of 154.2 mAh/g with a remaining capacity of 95.6 mAh/g after 250 cycles. This ultra-thin CSE is expected to be widely applied in high energy-density solid-state battery with excellent room-temperature electrochemical performances.     

Process investigation, electrochemical characterization and optimization of LiFePO4/C composite from mechanical activation using sucrose as carbon source

LiFePO₄/C composite was synthesized by mechanical activation using sucrose as carbon source. High-energy ball milling facilitated phase formation during thermal treatment. TG-DSC and TPR experiments demonstrated sucrose was converted to CH_x intermediate before completely decomposed to carbon. Ball milling time, calcination temperature and dwelling time all had significant impact on the discharge capacity and rate performance of the resulted power. The optimal process parameters are high-energy ball milling for 2-4 h followed by thermal treatment at 700 °C for 20 h. The product showed a capacity of 174 mAh/g at 0.1C rate and around 117 mAh/g at 20C rate with the capacity fade less than 10% after 50 cycles. Too low calcination temperature or insufficient calcination time, however, could result in the residual of CH_x in the electrode and led to a decrease of electrode performance.     

固相法合成高电压正极材料镍铬锰酸锂

5 V尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄以其高能量密度、价格低廉、无环境污染等特点被视为最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一。分别采用蔗糖、葡萄糖、柠檬酸3种不同碳源,通过固相混合、掺铬、球磨、高温煅烧制备出镍铬锰酸锂。通过XRD、SEM、粒度测量和电池充放电性能测试,对样品的结构、形貌、粒径、粒径分布及电性能等进行了分析。结果表明,加柠檬酸可制得粒径更细、粒径分布更窄的亚微米级的尖晶石型LiCr_0.2Ni_0.4Mn_1.4O₄,且其具有更好的电化学性能,在3.4～5.2 V、1 C下放电比容量可达149 mA·h/g,循环100次后容量保持率为98.0%。     

球磨条件对由电解MnO2制备的LiMn2O4的结构、形貌和性能的影响

使用工业电解MnO2为原料和高温固相法合成了LiMn2O24正极材料,通过SEM,XRD,循环伏安以及电化学测试对合成的LiMn2O4材料进行了表征,详细考察了电解二氧化锰（EMD）预球磨过程中球的大小和质量配比对EMD粒径和形貌的影响以及对合成的LiMn2O4电化学性能的影响。实验结果表明,当全部使用小球（直径6mm）预磨MnO2时,所制备的LiMn2O4尖晶石样品的晶粒尺寸适中,分布均匀,形貌较好,并与理论拟合结果完全一致。用0．5C倍率,在3．4～4．35V电压和常温下,LiMneO4的首次放电比容量达到120mAh／g,20次循环后的容量保持率仍为97％。     

钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。