掺锰磷酸铁锂的制备及电化学特性研究

通过一种简易的制备方法,以三价的氢氧化铁为铁源,乙酸锰为锰源,蔗糖为还原剂和碳源,制备掺锰的磷酸铁锰锂(LiFe0.9Mn0.1PO4/C)复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)表征掺杂锰对磷酸铁锂的结构和表面形貌的影响,同时通过不同倍率充放电测试、交流阻抗分析、循环伏安法测定等研究LiFe0.9 Mn0.1PO4/C电化学特性变化.实验表明:(1)掺杂少量Mn2+对LiFePO4橄榄石型结构没有明显影响;(2) LiFe0.9 Mn0.1PO4/C与纯相的LiFePO4/C相比,具有充放电比容量更大、电化学可逆性更好、结构更稳定、导电性能更优异等优点.     

Li1.05Fe(PO4)1-x(GeO3)x/C正极材料的制备及性能研究

采用固相烧结法,在惰性气氛下制备了橄榄石型Li1.05Fe(PO4)1-x(GeO3)x/C (x=0.021,0.054,0.086)复合材料. 采用X粉末衍射仪、充放电循环、循环伏安和交流阻抗等现代测试手段表征制备的样品的电化学性能. 实验结果表明:掺锗可显著改善LiFePO4的大电流放电性能. 理论组成为Li1.05Fe(PO4)0.95(GeO3)0.054/C的样品的电化学性能最佳.     

LiFePO_4锂电池正极材料的共碳包覆和Mn掺杂的改性

采用高能球磨辅助固相法制备碳包覆并掺杂Mn的LiFePO4正极材料LiFe1-xMnxPO4(x=0.04、0.05、0.06和0.07)。通过X线衍射光谱仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、比表面积(BET)及恒流充放电等测试手段考察Mn的掺杂量及碳的包覆量对LiFePO4的结构、形貌及电化学性能的影响,最终确定优化条件。结果表明:Mn掺杂量x=0.06及碳的前驱体(蔗糖)添加量为LiFe0.94Mn0.06PO4质量的2.5%(碳最终质量分数为1.26%)时,所获得的碳包覆和Mn掺杂的LiFePO4正极材料的电化学性能最优异,其0.1C倍率的放电比容量为165.1 mA·h/g,10C倍率的放电比容量仍达92.4 mA·h/g,50次循环后容量保持率分别为96.7%及89.2%。     

PVA辅助两步碳热还原法合成LiFePO_4/C复合材料

以Fe3+为铁源,葡萄糖和有机物聚乙烯醇PVA共同为碳源两步碳热还原法合成LiFePO4/C材料.采用XRD,SEM,LAND电池测试系统及电化学工作站等对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了研究,并对PVA不同时间加入对材料性能的影响做了分析.结果表明:PVA在原料预烧之后加入,所得LiFePO4/C复合材料具有丰富的表面结构,有较小的交流阻抗和很好的充放电性能,0.1C下初始放电比容量达到了167mAh.g-1,且不同倍率下循环性能稳定.     

立体碳包覆钛掺杂LiFePO_4的制备及高低温性能研究

以高价的Ti 4+为掺杂离子、聚乙烯醇(PVA)为碳源,通过高温固相法制备了原位立体碳包覆的LiFe0.96Ti0.02PO4/C正极材料.采用XRD,SEM,TEM及EDS对材料的微观结构进行了表征,通过循环伏安、交流阻抗以及恒流充放电实验测试材料的电化学性能.结果表明,PVA的热解碳导电优良且最易于实现原位立体包覆LiFePO4,经过原位立体碳包覆和钛掺杂综合改性后,活性材料在不降低原有高温结构稳定性的前提下,具备了更优良的低温电化学性能和倍率性能:于0℃时0.1C和30℃时5C的放电比容量分别为128.7mAh/g和97.4mAh/g.     

LiFe1-xMgxPO4锂离子电池正极材料的电化学性能

采用体相掺杂法对LiFePO4进行改性,采用Mg对LiFePO4进行掺杂,研究Mg的掺杂量对LiFePO4材料电化学性能的影响.研究结果表明,经掺杂改性后的LiFe1-xMgxPO4(x=0.01,0.05,0.10,0.15)材料的充放电容量和循环性能均有所提高,其中,样品LiFe0.85Mg0.15PO4的性能最佳,其首次放电容量为125.6 mA·h/g,循环6次后容量仍达123.0 mA·h/g;Mg部分取代LiFePO4材料中的Fe后所得材料的电子电导率提高了1×106倍,从而提高了材料的电化学性能.     

掺钴LiFePO4/C的电化学性能研究

通过固相烧结法制备了掺钴的LiFePO4/C正极材料. 采用充放电测试、循环伏安和交流阻抗等现代技术测试了样品的电化学性能. 结果表明,750 ℃烧结的掺钴样在2 C倍率电流下首次循环的放电容量达到115 mAh/g. 该样品50次循环的容量衰减率仅为2.61%,电化学性能稳定.     

核/壳纳米LiFePO4/C正极材料的制备及其性能

采用原位聚合控制结晶法,Fe3+既为沉淀剂又为聚合反应的催化剂,在FePO4核外聚合聚吡咯合成纳米FePO4/PPy前躯体.以FePO4/PPy为铁源,葡萄糖为碳源,高温热处理制备核/壳纳米LiFePO4/C锂离子电池正极材料.并结合X线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和充放电测试、循环伏安等手段对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.研究结果表明:在FePO4核外聚合PPy能有效抑制LiFePO4颗粒的生长,制得核/壳型纳米LiFePO4/C正极材料;该材料具有良好的电化学性能,在0.1C,0.2C,0.5C和1.0C倍率下的放电比容量分别为149,143,133和129 mA·h/g,且循环性能优异.     

镁离子掺杂对LiFePO4/C复合正极材料性能的影响

为了提高正极材料LiFePO4的电化学性能,采用两步固相法合成LiFe1-xMgxPO4/C(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04)复合正极材料,并对所得样品进行XRD、SEM、以及充放电循环性能测试.测试结果表明:掺杂少量的Mg2+并没有影响材料的结构,所得样品都为单一的橄榄石型;充放电结果表明掺杂Mg2+为0.02的样品即LiFe0.98Mg<,002>PO4/C电化学性能最佳,在0.2C倍率下首次放电比容量为149.32 mAh/g,经过50个循环,仍然有138.37 mAh/g,衰减仅率为7.33%.     

水热法制备LiFePO4及其性能改进研究

以硫酸亚铁、磷酸、氢氧化锂为主要原料,采用水热法合成纳米级LiFePO4,探讨了添加表面活性剂以及掺杂对材料性能的影响。通过XRD及扫描电镜对其晶体结构和表面形貌进行了表征,并测试了材料的循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等性能。研究表明,通过添加表面活性剂(十二酸)可有效减小样品粒径,其首次放电比容量(0.2C)比未添加十二酸时提高了17.6%;通过掺杂Mg2+可有效提高样品电导率,其首次放电比容量(0.2C)比未掺杂时提高了30.5%。     

MnO@CoMn$_{\textbf{2}}$O$_{\textbf{4}}$/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries, LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量, 但因其电导率低, 以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减. 碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法, 二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能. 以MnO$_{2}$纳米线为模板制备出MnO$_{2}$@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构, 再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$纳米线复合材料(MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$@N-C). ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应, 产生了氮掺杂碳, 提升了导电性. 当作为锂离子电池阳极材料时, MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA$\cdot$h/g, 并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在 925.8 mA$\cdot$h/g, 在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA$\cdot$h/g, 同时具有优异的倍率循环性能. 这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构, 以及氮掺杂碳的包覆.     

热处理时间对LiFe_(0.99)Mo_(0.01)PO_4/C的电化学性能的影响

以Li NO3、NH4H2PO4、Fe(NO3)3为原料,液相法合成了Li Fe0.99Mo0.01PO4/C复合正极材料。使用充放电测试技术研究了材料的倍率充放电性能。结果表明,热处理8 h所得样品具有最好的倍率充放电性能,0.5C倍率下的首次放电比容量分别为120 m Ah·g-1。     

不同碳源对LiFePO4/C电化学性能的影响

分别以蔗糖、柠檬酸、酒石酸为碳源,采用高温固相法制备了LiFePO4/C正极复合材料.利用X-射线衍射(XRD)、热重差热分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、充放电测试、循环伏安及交流阻抗测试系统研究了不同碳源包覆对材料微结构及电化学性能的影响.XRD结果表明合成的材料均具有单一的橄榄石型结构;热重差热分析表明3个样品的质量度分数均为7%.SEM结果发现以蔗糖为碳源的LiFePO4/C团聚现象严重,以柠檬酸为碳源的LiFePO4/C颗粒最大,以酒石酸为碳源的LiFePO4/C颗粒最小.Raman表明以蔗糖或酒石酸为碳源的LiFePO4/C具有很好的石墨化碳.电化学性能表明以酒石酸为碳源的LiFePO4/C具有最佳的倍率和循环性能.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的改性

采用高温固相反应法在氩气气氛下合成锂离子电池正极材料Li2FeSiO4、Li2FeSiO4/C和Li2Fe0.9Mn0.1SiO4/C,并采用X线衍射、扫描电镜和电化学方法研究材料的结构与性能.研究结果表明:改性后的Li2FeSiO4/C和Li2Fe0.9Mn0.1SiO4/C材料与Li2FeSiO4具有相同的晶体结构,锰离子掺杂和表面碳包覆有效地提高了材料的比容量和循环性能.以C/16倍率充放电,Li2FeSiO4/C的首次放电容量为112mA·h/g,Li2Fe0.9Mn0.1SiO4/C材料首次放电容量达122 mA·h/g,充放电循环30次后容量衰减仅为9％.     

碳掺杂磷酸铁锂的合成及其电化学性能

采用固相合成法制备了碳掺杂的LiFePO4复合正极材料,用XRD、SEM、激光粒度分布仪等对其进行了表征,并将其组装成实验电池利用电化学工作站及充放电测试等对样品的电化学性能进行了研究分析.结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石晶体结构,少量的碳掺杂能显著改善其电化学性能,LiFePO4/C样品的粒度较小且分布均匀,0.1 C首次放电比容量为141.8 mAh/g,循环50次后容量衰减了7.69%.图6,参8.     

溶胶碳热还原法制备LiFePO4/C及其性能研究

以廉价的Fe3 为铁源,通过溶胶和碳热还原两步法制备出锂离子正极材料LiFePO4,用XRD、SEM、交流阻抗和恒流充放电方法表征了材料的结构、形貌和电化学性能.结果表明,合成的材料具有橄榄石型晶体结构;碳可以抑制材料颗粒的团聚,降低电极反应阻抗;在0.1 C的放电倍率下,LiFePO4首次放电容量为103.3 mA·h/g,LiFePO4/C在放电倍率0.1 C、0.2 C和0.5 C下的首次放电容量分别为147.9 mA·h/g、133.3 mA·h/g和122.1 mA·h/g, 20次循环后容量衰减率分别为3.0 %、2.7%和2.4%.     

正极材料磷酸亚铁锂的共沉淀合成和Mn2+掺杂的研究

研究了以氢氧化锂、硫酸亚铁铵和磷酸氢二铵为原料,利用液相共沉淀法制备LiFePO4正极材料和掺杂Mn2 的LiFePO4改性正极材料,并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试。分析得出,利用液相共沉淀法掺杂Mn2 的正极材料的初始放电比容量为132.9 mAhg-1,且循环10次后,容量仍有124.5 mAhg-1,容量衰减率仅为6.32%。表明少量Mn2 的掺杂没有改变LiFe-PO4的晶体结构,且使材料的电化学性能有所提高。     

镍离子掺杂磷酸亚铁锂的电化学性能

采用固相烧结法,合成了一系列橄榄石型LiFe1-xNixPO4/C (x = 0, 0.02, 0.04, 0.06)复合正极材料. 通过XRD、充放电和TEM等现代手段,研究了样品的物相结构、电化学性能等. 充放电测试表明,LiFe0.98Ni0.02PO4/C以0.1 C倍率电流放电时,首次放电容量分别为142.0 mAh/g. 样品还表现出很好的倍率性能,当以2 C的倍率放电时,放电容量达到了121.3 mAh/g. 结果表明少量Ni离子掺杂可改善LiFePO4的电化学性能. 透射电镜表明LiFe0.98Ni0.02PO4/C样品表面包覆了一层大约2.8 nm厚的碳层.     

热处理对橄榄石型磷酸铁锂电化学性能的影响

以FeSO4.7H2O和NH4H2PO4为原料,H2O2为氧化剂,通过液相沉淀法制备前驱体FePO4,然后通过碳热还原法合成LiFePO4;研究降温速度对产物晶型结构、形貌以及电化学性能的影响。从LiFePO4的扫描照片可以看出,随着降温速度的变慢,样品的粒径逐渐增大。电化学性能研究表明:降温速度不宜过大或过小,最适宜的降温速度为2℃/min。该条件下合成的材料以0.1C倍率充放电时其首次放电容量为153 mA.h/g,以1C倍率充放电时其首次放电容量达136 mA.h/g,且循环性能好。     

正极材料LiFePO4的电化学性能的改进

采用固相反应法合成了LiFePO4正极材料，在20mA／g的电流密度下进行恒电流充放电，比容量可以达到135mAh/g，为了改进LiFePO4的性能，提高其高倍率性能，尝试了两种途径并合成出Li(Fe0．8Mn0．2)PO4和LiFePO4/C。低倍率充放电实验得出的两个样品的比容量分别可达到145mAh／g和144mAh／g，而且表现出了良好的循环性能和平坦的电压平台，以上两种方法制备出的材料均具有较好的高倍率性能。