聚阴离子型锂离子电池正极材料LiMnPO4的研究进展

从LiMnPO4的结构与电化学反应机理、制备方法及稳定性方面对锂离子电池正极材料LiMnPO4进行了介绍.针对LiMnPO4的制备方法进行了详细的概述,并分析了这些制备方法的优缺点.橄榄石型结构的LiMnPO4与LiFePO4具有比较接近的理论比容量,而LiMnPO4的氧化还原电位较高,约4.1 V(vs Li/Li+),同样条件下能够提供较高的比能量.但LiMnPO4的电子和离子电导率较低,直接导致了材料的电化学性能较差,这就限制了其实际应用.人们付出了很大的努力致力于提高该材料的电化学性能,如通过不同的合成方法减小材料的尺寸至纳米级,包碳,球磨,阳离子掺杂等.掺杂和包覆导电碳被认为是获得性能优良的LiMnPO4的有效方法.     

固相法制备Li~+电池正极材料LiMnPO_4

采用固相法制备橄榄石型磷酸锰锂(LiMnPO4)正极材料。通过热分析仪(TG-DSC)及X线衍射仪(XRD)对球磨产物前驱体进行分析,通过XRD、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及恒电流充放电等测试手段,考察不同煅烧温度及保温时间对LiMnPO4的物相结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明:前驱体合理的煅烧温度范围为475~625℃。在475℃下保温10 h得到纯相LiMnPO4颗粒,其在0.05 C下的放电容量为95.7 mA·h/g。     

元素掺杂对镁基储氢合金电化学性能的影响

利用氢化燃烧合成复合高能球磨法制备镁基储氢电极合金Mg2NiH4,并对合金进行不同元素(Cr、Co、Nb、Ti和V)掺杂处理。使用X线衍射仪(XRD)和电化学工作站对材料结构性能进行表征,并考察不同元素掺杂对电极合金的结构和电化学性能的影响。结果表明:少量金属元素掺杂处理并没有改变合金的主相结构。元素掺杂降低了合金电极的最大放电容量和动力学性能,但是合金电极的电化学循环稳定性均得到不同程度的提高,其中Ti掺杂处理对于改善合金电极电化学循环性能最为明显。     

动力电池用纳米LiCoPO_4正极材料的合成与电化学性能

研究了动力电池用5V纳米正极材料磷酸钴锂(LiCoPO4)的喷雾裂解合成技术及其电化学性能.研究中使用喷雾干燥法获得前驱体,通过高温裂解等一系列手段获得LiCoPO4纳米正极材料,使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对LiCoPO4样品进行分析表征和性能测试.结果发现,裂解温度是影响LiCoPO4合成的主要因素,650℃以上温度煅烧获得纯相LiCoPO4.纯相LiCoPO4的电化学性能不甚理想,而掺杂Fe元素部分取代Co能够提高LiCoPO4的初始容量和循环性能,使得该材料具有很好的应用前景.     

水热法制备四方相KTa0.6Nb0.4O3及其电导与光学性能的研究

利用水热合成法在温度180～240℃和KOH浓度7～18mol/L的条件下合成了四方相KTa0.6Nb0.4O3（KTN）超微粉.通过XRD、UV-Vis和电导率等的测试分析,对粉体的水热合成工艺和性能进行了系统的研究.结果表明：KTN超微粉的相结构随着合成温度和矿化剂浓度的增加,从立方相过渡到四方相,且晶粒尺寸也随之增大.当KOH浓度增加时,KTN的禁带宽度Eg值由3.24eV增至3.34eV;当合成温度升高时,Eg值几乎没有变化.在KTN中掺杂金属W6＋离子,可降低KTN陶瓷的电导率和漏电流,增大极化强度,使其易于极化,提高KTN材料的实用性.     

LiFePO_4的水热合成及电化学性能

通过水热法合成了纯度较高、结晶良好且粒径均匀细小的LiFePO4粉体.采用XRD,SEM对材料的结构和形貌进行分析,并研究了水热合成温度和反应时间对材料电化学性能的影响.结果表明,提高反应温度和延长合成时间有利于提高材料的结晶度,但会增大材料粒径.200℃水热合成5 h样品电化学性能最佳,0.1C倍率首次放电比容量138.0 mAh.g-1,具备工业化实用性.在水热合成中加入抗坏血酸和葡萄糖可有效避免Fe2+的氧化并增强材料的导电性.     

钛酸锂/石墨烯复合电极材料电化学性能

以锐钛矿型TiO_2和LiOH·H_2O为主要原料,采用球磨喷雾技术辅助高温固相法合成了钛酸锂/石墨烯复合材料.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品进行物相分析和形貌表征,通过恒流充放电和循环伏安测试对其电化学性能进行表征.结果表明:通过该方法制备得到了结晶度高、呈微球形的纯相钛酸锂粉体;掺入石墨烯后,物相结构并未发生改变,且未见其他杂质出现,而晶粒尺寸减小,晶粒形貌由规则外形变为近球形.该种结构改变导致钛酸锂材料的锂离子扩散系数由2.64μm~2/s提高至5.82μm~2/s,是电化学性能提高的内在原因.充放电测试结果表明,首次放电比容量由162mA·h/g提高到182mA·h/g,有望今后得到应用.     

Li2SiO3粉体的水热合成

以LiOH·H₂O和正硅酸乙酯（TEOS）为原料,用水热法低温合成了Li₂SiO₃粉体,系统讨论了水热反应时间、温度及pH等因素对粉体合成的影响;采用XRD、sEM和FT-IR等手段对Li₂SiO₃粉体的物相、颗粒形貌及稳定性等进行了表征。结果表明:在100℃下水热反应72 h可以得到纯的Li₂SiO₃粉体,粉体热稳定性较高,煅烧温度达1 100℃时都未有相变发生;扫描照片显示,水热法合成的Li₂SiO₃粉体粒径约为100～200 nm。     

Sr掺杂纳米TiO2光催化性能的工艺

为揭示Sr掺杂纳米TiO2光催化性能的工艺条件,采用水热合成法制备Sr掺杂纳米TiO2粉体。以日光作为催化光源,水中罗丹明B作为降解对象,讨论了水热反应时间、水热反应温度、pH和Sr掺杂量对样品光催化性能的影响。研究结果表明:样品对水中罗丹明B的降解反应符合零级反应动力学规律,最佳制备工艺条件为水热反应时间达4 h、温度150℃、pH=8.5、Sr掺杂量1.20%时,样品的光催化性能最优。     

掺杂的PZT95/5陶瓷粉体性能

掺杂对PZT95/5压电陶瓷粉体的性能有较大影响.采用溶胶-凝胶法制备PZT95/5粉体,选择不同掺杂物进行改性,研究其对粉体的粒度均匀性、分散性、合成纯度等性能影响.结果表明,不同掺杂物在一定程度上都可提高溶胶的分散性;掺杂Nb5+以可溶性铌盐(C10H8N2O33Nb2)液相引入时,合成粉体的分散效果和合成纯度都要比以固相Nb2O5粉体引入时好;中性掺杂物SiO2具有降低合成温度和抑制烧绿石相形成的作用,且合成粉体的粒度均匀、分散性好.     

两种不同形貌FePO_4的制备及其正电极材料LiFePO_4的电化学性能

分别以Fe(NO_3)_3·9H_2O和FeSO_4·7H_2O为铁源,采用均相沉淀法和氧化-液相沉淀法制备了两种不同形貌的FePO_4粉体,再以FePO_4为前驱体,与LiOH·H_2O、蔗糖混合,采用碳热还原法合成了LiFePO_4正电极材料.用XRD和SEM对所制备的FePO_4粉体进行结构和表面形貌表征,测试了LiFePO_4样品的充放电性能.XRD和SEM测定结果表明,采用均相沉淀法制备的FePO_4为六方晶系纯相,颗粒形貌为圆片状,颗粒大小均匀;而液相氧化法制备的FePO_4也为六方晶系纯相,但颗粒形貌无规则.由圆片状FePO_4和无规则FePO_4所合成的LiFePO_4的颗粒形貌与其前驱体相同.充放电测试表明在0.5C下圆片状LiFePO_4的首次放电比容量为140 mAh/g,无规则LiFePO_4的首次放电比容量为89 mAh/g.经过50次循环后,前者的放电比容量仅下降1.43%,后者基本不变.     

LiMn1.8Co0.1Ni0.1O4络合燃烧法合成及其性质

以醋酸锂、醋酸锰、醋酸钴、醋酸镍、柠檬酸、乙二醇为原料,利用燃烧辅助有机酸络合法合成LiMn_1.8Co_0.1Ni_0.1O₄,并用X射线衍射、扫描电子显微镜检测和分析产物物相、晶格常数和形貌,用交流阻抗技术研究产物的界面过程,用恒流充放电测试产物的容量和循环性能.研究结果表明：各条件下合成的LiMn_1.8Co_0.1Ni_0.1O₄粉末的X射线衍射峰强度大、峰尖锐,粉末具有良好的结晶性和均匀性;LiMn_1.8Co_0.1Ni_0.1O₄容量随热处理温度的升高而增大;相对于LiMn₂O₄,LiMn_1.8Co_0.1Ni_0.1O₄的初始容量虽略有下降,但双掺杂后的循环性能得到显著提高.     

由碳还原KMnO4制备氧化锰/碳超级电容材料

以碳粉为还原剂，在酸性条件下与KMnO₄反应制备了粉末状氧化锰/碳复合材料，研究了碳还原剂种类（活性炭、石墨化中间相碳微球和膨胀石墨）以及镍、钴、铒离子对制备的氧化锰/碳粉末结构及电化学性能的影响。采用X-衍射技术和扫描电子显微镜（SEM）分析了氧化锰/碳的结晶结构及表面形态。结果表明，活性炭具有较强的还原能力，氧化锰/碳材料具有良好的电化学电容行为，其中以活性炭为还原剂制备的氧化锰/碳具有较高的电容量，质量比容量达117F/g，掺杂镍、钴后质量比容量达到185F/g。     

水热法合成纳米ATO粉末的研究

研究了以锑白、氢氧化钠、锡酸钠为原料，硫酸作为沉淀剂先制备出ATO的前驱体，然后用水热法合成了ATO纳米粉体，用容量法和碘量法分析其锑掺杂量分别为4．3mol％、5．8mol％和7．2mol％，并用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、差热分析等手段对粉末进行了表征．DTA分析表明所得到的粉末脱水完全，晶型稳定；TEM分析结果表明其平均粒度20nm左右。XRD分析表明，随着锑掺杂量的增加，ATO的粒度减小而结晶性能变差．图4，表2，参10．     

锂离子电池锡氧化物基负极材料的软化学合成

采用新兴的软化学方法合成了锡氧化物基粉末材料.用X-射线衍射、扫描电镜和电化学方法对材料的微观结构、形貌和电化学性能进行了研究.结果表明：锡氧化物基材料的颗粒的平均粒径约为200 nm，颗粒之间形成了类似中孔材料的相互连接的网状结构.这种材料的可逆充电容量超过570 mAh/g，30次循环后平均每次循环的容量衰减只有0.15%.良好的电化学性能表明锡氧化物基材料有望作为新一代锂离子电池的负极材料.     

尖晶石锰酸锂颗粒的物理特性对电化学性能的影响

采用液相氧化还原法合成了球形二氧化锰和无规则形状的二氧化锰,以此为原料,合成了球形锰酸锂和无规则形状的锰酸锂,比较了球形锰酸锂与无规则形状锰酸锂的物理化学性能及电化学性能的差异,结果表明:球形锰酸锂粒度分布范围窄,比表面积小,充放电循环特性在常温下十分稳定,在高温下也得到较大的改善。     

锌掺杂对Li4Ti5O12负极材料电化学性能的影响

通过溶胶凝胶法制备Li4Ti5O12及锌掺杂Li4-2x/3ZnxTi5-x/3O12(x=0.05,0.10,0.15,0.20)活性材料,并优化了最佳掺杂量为x=0.10。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。结果表明:掺杂适量的锌离子不会改变钛酸锂的尖晶石结构和形貌,1C时,Li3.93Zn0.10Ti4.97O12放电比容量升高且容量保持率为99.74%;而纯相的容量保持率仅为94.30%。     

纳米SrxCa1-xTiO3固溶体粉体的制备及性能表征

采用低温液相法以廉价的TiCl₄、SrCl₂、CaCl₂为原料，以NaOH溶液为沉淀剂一步合成了纳米Sr_xCa_1-xTiO₃固溶体粉体。为了提高粉体颗粒结晶度，改善形貌，进行了水热后处理。通过XRD，TEM，FT IR，TG和ICP等表征手段对所得粉体的物相、形貌、颗粒尺寸及分布、杂质含量、Ca²⁺与Ti⁴⁺摩尔比进行了分析和测试。结果表明，Sr_xCa_1-xTiO₃在0.1≤x≤0.9范围形成了固溶体，且随x的增大相结构从斜方相逐渐过渡到立方相。水热处理前粉体结晶度低，形貌不规整，而进行水热处理后粉体中O—H缺陷和CO₃^2-杂质显著减少，结晶度提高，形貌规整均匀，随着x从0.3增加到0.9，颗粒粒径从230nm减小到65nm(水热处理前：从220nm减小到45nm)。     

Fe掺杂ZnO的室温铁磁性

利用溶胶凝胶法制备了Zn1-xFexO粉末.X射线衍射表明,所有样品都具有纤维锌矿结构,没有发现其他的衍射峰.紫外可见光吸收谱发现,随着掺杂量的增加样品的吸收边发生红移,能隙减小,表明Fe离子进入ZnO的晶格,替代了Zn离子.光致发光谱发现,在467,482nm出现了蓝光和近绿光.磁性测量表明,所有的样品都具有室温铁磁性,而且随着掺杂量的增加样品的饱和磁化强度增加.     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.