锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能研究

∶采用高温固相法合成LiFePO4锂离子电池正极材料,为提高LiFePO4材料的电化学性能,对其进行Ti4 掺杂改性.用XRD、SEM等测试手段对材料进行表征,并对以Li1-xTixFePO4(x=0,0.01,0.03,0.05)为正极的电池进行电化学性能测试.研究表明,掺杂过程中,掺杂离子能与LiFePO4形成晶格完整、有序的单相固溶体;少量的掺杂离子还可以提高材料的电导率和电化学性能,特别是大电流放电性能,其中Li0.97Ti0.03FePO4性能最优,以0.2C5放电,首次放电质量比容量为132.0 mA.h/g,50次循环后仍保持为131.5 mA.h/g.     

橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究

LiFePO4是最近几年被广泛报道的一种新型锂离子电池正极材料．它具有较高的能量密度、优良的循环性能，资源丰富，安全性能好、对环境友好等许多优点，而且理论容量高达170mAh／g．但也存在电子导电率和锂离子扩散速度低等缺点，需要进一步的改进．本文概述了LiFePO4的结构、充放电机理、合成方法、以及其优缺点、如何改性等方面，介绍了这种新型的锂离子电池正极材料的目前研究概况．     

锂离子电池正极材料Li1-xVxFePO4/C的制备及电化学性能

采用高温固相法合成了Li1-xVxFePO4/C（x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.10）锂离子电池正极材料,通过XRD,SEM,CV,EIS和恒流充放实验研究了不同掺杂量对产物结构和电化学性能的影响。结果表明,少量V的掺杂未影响到LiFePO4的晶体结构,但显著改善了其电化学性能。其中,Li0.98V0.02FePO4/C材料以0.1 C倍率放电时,首次放电容量达到160.9 mAh·g^-1,且循环性能良好。     

锂离子电池用正极材料LiFe0．7Mn0．3PO4／C的合成与表征

采用固相反应法在650℃合成了LiF0.7Mn0.3PO4／C。采用X-射线衍射＼扫描电镜和电化学测试对材料的结构、表面形貌和电化学性能进行了表征．结果表明，LiFe0.7Mn0.3PO4具有单一的橄榄石结构。碳的加入有效地改变了LiFe0.7Mn0.3PO4的表面形貌。LiFe0.7Mn0.3PO4／C的平均粒度在100-200nm，碳均匀地分布在LiFe0.7Mn0．3PO4的表面。与LiFe0.7Mn0.3PO4相比，LiFe0.7Mn0.3PO4／C具有更高的可逆容量和更好的循环性能以及优秀的倍率性能：0．1C时LiFe0.7Mn0.3PO4／C的可逆容量达到141mAh·g^-1，60次循环后平均每周的容量损失只有0．19％，而LiFe0.7Mn0.3PO4平均每周的容量损失只有0．53％，表明碳的加入有效地改善了LiFe0.7Mn0.3PO4的电化学性能。     

LiFe1-x Mgx PO4/C的制备和性能研究

以乙酸镁为掺杂元素、蔗糖为碳源,采用固相反应法制备镁掺杂磷酸铁锂包覆碳复合材料LiFe1-xMgxPO4/C(x=0.01,0.02,0.03,0.04).利用X射线衍射(XRD)分析其结构,扫描电镜(SEM)观察其形貌,恒电流法测定其电化学性能.研究结果表明镁离子掺杂没有影响材料的结构,而是提高了其放电容量和循环性能.在这些样品中,LiFe0.98Mg0.02位PO4/C的容量最高,首次放电达到140.0 mAh/g;并且在80次循环后容量没有衰减反而增加到148.6 mAh/g左右.     

锂离子电池用正极材料LiFe0.7Mn0.3PO4/C 的合成与表征

采用固相反应法在650℃合成了LiFe0.7Mn0.3PO4/C。采用X-射线衍射\扫描电镜和电化学测试对材料的结构、表面形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,LiFe0.7Mn0.3PO4具有单一的橄榄石结构。碳的加入有效地改变了LiFe0.7Mn0.3PO4的表面形貌。LiFe0.7Mn0.3PO4/C的平均粒度在100-200nm,碳均匀地分布在LiFe0.7Mn0.3PO4的表面。与LiFe0.7Mn0.3PO4相比,LiFe0.7Mn0.3PO4/C具有更高的可逆容量和更好的循环性能以及优秀的倍率性能:0.1C时LiFe0.7Mn0.3PO4/C的可逆容量达到141mAh.g-1,60次循环后平均每周的容量损失只有0.19%,而LiFe0.7Mn0.3PO4平均每周的容量损失只有0.53%,表明碳的加入有效地改善了LiFe0.7Mn0.3PO4的电化学性能。     

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。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展

概述了锂离子电池正极材料LiFePO4的两种主要合成方法：高温固相法和水热法；描述了其晶体结构及充放电循环性能；介绍了碳对于提高材料导电性以及使晶粒变小等方面的作用；介绍了LiFePO4掺杂Mn、Ti、Zr改性方面的研究。     

锂离子电池正极材料磷酸钒锂的掺杂

为了降低磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)材料成本并提高材料中活性元素V的利用率,该文采用溶胶凝胶/碳热还原法合成了球形锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其掺杂不同金属离子(Al3+、Cr3+、Y3+、Ti4+)的衍生物。电化学测试结果表明,经摩尔分数x为5%的金属离子掺杂修饰后的Li3V2(PO4)3材料的首次充放电容量及循环性能均优于经x=10%的金属离子掺杂的材料。其中Al3+和Ti4+的掺杂更加有效,在3.0~4.8 V、0.5 mA下、摩尔分数为5%的Al3+和Ti4+掺杂后的Li3V2(PO4)3样品中首次充电容量分别为178 mAh.g-1和174.9mAh.g-1。80次循环后放电容量均保持在123 mAh.g-1左右。     

锂离子电池正极材料锂镍钴氧化物的制备

以Ni0 .8Co0 .2 (OH) 2 和LiOH·H2 O为原料 ,采用固相烧结法合成了锂离子电池正极材料LiNi0 .8Co0 .2 O2 ,并用正交试验法对反应温度和反应时间等因素进行了优化 .结果表明 ,通过严格控制各影响因素可以制得结构和性能优良的锂镍钴氧化物正极材料 ,其首次放电比容量大于 1 6 0mA·h/ g ,松装密度大于 2 .0 g/cm3.     

新型锂电池正极材料多硫化碳炔的研究

为克服锂/硫电池的正极材料单质硫的导电性差、放电产物的部分溶解导致电池性能下降等问题,设计并制备了一种新型正极材料多硫化碳炔。通过核磁共振、拉曼光谱、X-射线及SEM等手段对其进行了研究,并得到其形态及结构信息,证明材料具有“主链导电、侧链储能”的结构。通过充放电性能测试及循环伏安测试对其电化学性能进行了研究,结果表明该材料具有较高的充放电效率与良好的循环性能,0.4mA/cm²的放电条件下60次循环后比容量可以达到400mAh/g,充放电效率接近100%。     

LiMn2-2xCoxCrxO3.95F0.05正极材料的合成表征及表面包覆

采用溶胶-凝胶法合成了锂锰尖晶石正极材料LiMn2-2xCoxCrxO3.95F0.05(x=0.05、0.1),并用沉淀法在其表面包覆2%的TiO2.XRD和ESEM分析表明掺杂样品以及掺杂之后再包覆TiO2的样品依然保持尖晶石结构,样品颗粒大小分布都较均匀.电化学性能测试显示LiMn2O4的首次放电容量为124.4 mA.h/g,50次循环后容量损失43.2%,而多元掺杂样品LiMn1.9Co0.05Cr0.05O3.95F0.05和LiMn1.8Co0.1Cr0.1O3.95F0.05的初始放电容量分别为114.7和103.4 mA.h/g,100次循环后容量损失为9.7%和4.1%.LiMn1.9Co0.05Cr0.05O3.95F0.05包覆2%TiO2和LiMn1.8Co0.1Cr0.1O3.95F0.05包覆2%TiO2样品的初始放电容量为109.3和96.6 mA.h/g,100次循环后容量损失为5.0%和3.5%,经过改性后材料的循环性能得到改善.     

Synthesis, Characterization and Properties of LiFePO4/C Cathode Material

Lithium iron phosphate coated with carbon (LiFePO₄/C) was synthesized by improved solid-state reaction using comparatively lower temperature and fewer sintering time. The carbon came from citric acid, which acted as a new carbon source. It was characterized by thermogravimetry and differential thermal analysis (TG/DTA), X ray diffractometer (XRD), Element Analysis (EA) and Scanning electron microscope (SEM). We also studied the electrochemical properties of the material. The first discharge capacity of the LiFePO₄/C is 121 mAh·g⁻¹ at 10 mA·g⁻¹, at room temperature. When the current density increased to 100 mA·g⁻¹, the first discharge capacity decreased to 110 mAh·g⁻¹ and retained 95% of the initial capacity after 100 cycles. The LiFePO₄/C obtained shows a good electrochemical capacity and cycle ability at a large current density. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (20071026) Biography: ZHOU Xin-wen (1980-), male, Master, research direction: inorganic material chemistry.     

多孔LiFePO_4锂电池正极材料制备及电化学性能研究

聚苯乙烯微球(PST)作模板成功地制备出了三维(3D)多孔LiFePO4锂电池正极材料,并与传统固相法制备的LiFePO4比较,分析形貌、性能差异.结果显示,固相法合成的LiFePO4近似呈球形,颗粒大小不均,平均粒径约80~220nm.而模板法合成产物具有3D多孔结构,孔径较为均匀.BET测试显示,3D多孔LiFePO4比表面积较大,为11.239 8m2/g,单孔体积为0.034cm3/g,而固相法合成产物比表面积为2.003 2m2/g,单孔体积为0.006cm3/g.因此,3D多孔LiFePO4为锂电池中锂离子嵌入和脱出提供便利通道.电化学性能显示,两种方法在3.3~3.5V电压区间有一个较好充电和放电平台,固相法最大充放电比容量为60~70mAh·g-1,而模板法合成的多孔材料其稳定性较好,充放电比容量基本稳定在170mAh·g-1左右.电化学阻抗谱(EIS)分析,多孔的LiFePO4材料其欧姆接触电阻(R1)、电化学反应的电荷转移电阻(R2)和半无限边界条件下的扩散阻抗(W1)较之固相法合成LiFePO4材料均小,3D多孔结构有利于减少因阻抗引起的电池容量的损耗,增强电池的稳定性,提高可逆比容量.     

锂离子电池用正极材料Li(Co0.2-XNi0.8MnX)O2的合成制备研究

研究了一种制备新型锂离子电池正极材料的工艺方法．通过采用溶胶凝胶法(sol-gel法合成了新型电池正极材料Li(Co0．2-XNi0．8MnX)O2。并采用XRD方法分析了材料的相变过程、烧结温度、烧结时间对材料相合成的影响及不Mn／Co比掺杂对材料相变的影响；通过SEM照片可见，Li(Co0．2-XNi0．8MnX)O2粉末元素分布均匀、粒径为1～4微米．为今后进行充放电性能的测试工作做准备．     

高电压锂离子电池正极材料LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4制备及改性

采用草酸铵共沉淀-高温固相烧结法合成了高电压尖晶石正极材料LiNi0.5Mn1.5O4及其掺杂改性材料LiNi0.4Mg0.1Mn1.5O4.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电测试等对所合成样品进行表征.XRD测试表明所合成的样品具有尖晶石结构,空间群为Fd3m.电化学测试表明,样品有两个主放电平台,分别为4.7V和4.1V.经过800℃煅烧的样品LiNi0.5Mn1.5O4具有最好的倍率性能.经过900℃煅烧的样品具有最好的循环性能,以0.1C充放电,最高放电比容量达到124.2mAh.g-1,循环30次后容量保持率达92.7%.Mg掺杂的改性样品LiNi0.4Mg0.1Mn1.5O4在0.1C倍率下循环30次后容量保持率达95.7%,Mg的掺杂可以提高该材料的循环性能.     

微波合成锂离子电池正极复合材料LiFePO4/C电化学性能

采用微波合成技术合成锂离子电池正极材料LiFePO4,并进行碳掺杂,合成出复合材料LiFePO4/C.通过XRD,SEM和恒电流充放电实验,研究了材料结构形貌和电化学性能.结果表明,掺碳量4%时,采用40mA/g进行充放电,材料比容量可以达到109mAh/g,高倍率性能也有一定程度的提高.     

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％.