0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的电化学行为及结构稳定性研究

对低温燃烧法合成的富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的充放电性能、充放电循环过程中Mn离子的价态变化、电化学阻抗变化以及正极材料的结构变化进行了系统的研究。研究结果表明,在开头的若干次充放电循环中,富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2的放电比容量随循环次数的增加而增加,经过若干次循环后可以达到一个相当高的水平,其循环性能良好。以0.1 C在2.5～4.6 V之间充放电,放电比容量可达244 mAh/g,第50次循环,仍保有233 mAh/g。充放电过程中晶格中的Mn4+离子部分转变为Mn3+并参与电化学反应,这是造成放电比容量随循环次数增加而增加的原因,而显微结构和晶体结构保持稳定及电化学阻抗的降低是材料具有良好循环性能的原因。     

Ti类质同象替代对LiMn_2O_4尖晶石电化学性能影响

以尿素脱硝法按不同配比制备了Ti掺杂锂锰尖晶石正极材料,并对其晶体结构及电化学性能进行了研究。Ti掺杂后样品仍能保持单一尖晶石相;Ti掺杂对材料的晶胞参数、真密度等晶体结构特征物理参数产生影响,进而影响了其电化学性能。充放电循环测试结果表明:Ti掺杂后样品的充放电循环性能,尤其在高倍率放电下比容量及充放电效率大大提高;按配比n(Li)∶n(Mn)∶n(Ti)=1∶1.95∶0.05制备的样品表现出最优异的比容量及循环性能。充放电循环对晶体结构完整性造成的破坏与放电倍率成正比,样品LiTi0.05Mn1.95O4具有相对稳定的晶体结构。     

正极材料LiMn0.5-xCo0.5-xNi2xO2的性能研究

采用液相共沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiMn0.5-xCo0.5-xNi2xO2(2x=0、0.1、0.2、0.5和0.7)。用XRD、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)、恒流充放电测试研究了材料的晶体结构和电化学性能。结果显示:随着Ni含量的增加,材料的层状结构越来越明显,Li 的嵌入越来越容易,比容量呈线性增长。当放电倍率小于1C时,材料表现出良好的放电性能。在0.1C倍率下放电时,LiMn0.5-xCo0.25Ni0.5O2的首次放电比容量为125.8 mAh/g;50~100次循环内的比容量基本保持不变。     

高温固相法制备LiMnO2及其掺杂改性

采用高温固相法合成了正交LiMnO2及其掺杂改性的LiMnO2 and Li1.08MnO1.92F0.08和Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08正极材料。通过X射线衍射对材料的晶体结构进行了分析,通过扫描电镜对材料的表面形态进行了分析,通过恒电流充放电和电化学阻抗测试技术对材料的电化学性能进行了测试。实验结果表明,LiMnO2 and Li1.08MnO1.92F0.08、Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08的结构比未掺杂的LiMnO2表现出较少的阳离子混排和跺堆层错,其中材料Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08的电化学性能最佳,该材料以0．2C的倍率循环充放电,最大放电比容量可达129．28mAh／g,50次循环后放电比容量仍保持在124．26mAh／g以上,容量保持率为96．12％。     

Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料的制备及性能

采用共沉淀法合成了球形Ni0.13Co0.13Mn0.54(OH)1.6前驱体,与锂结合生成Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料。采用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)和充放电测试对Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料进行了表征。结果表明,所合成的材料具有球形形貌,粒度分布均匀,振实密度达2.1 g/cm3,材料0.2 C首次放电比容量280.9 mAh/g,1 C首次放电比容量237.1 mAh/g,循环50次后1 C容量保持率92.5%,表现出优异的电化学性能。     

高容量富锂层状材料Li_2MnO_3·2LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备与表征

通过共沉淀法制备了富锂层状正极材料Li2Mn O3·2 Li Ni0.5Mn0.5O2,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、循环伏安和恒流充放电测试对其结构和电化学性能进行了表征。研究结果表明富锂正极材料Li2Mn03·2 Li Ni0.5Mn0.5O2具有相对高的比容量及良好的循环性能,首次放电比容量为187.2 m Ah/g,首次充放电库仑效率为74.3%,第二次充放电库仑效率升至97.6%。经过30次循环,放电比容量仍有156.8 m Ah/g,容量保持率为83.7%。     

锂离子电池正极材料LiFePO_4的复合改性研究

为了提高LiFePO4的充放电性能,通过高温固相法合成了Li0.98M0.02FePO4/C(M=Cr、W)及Li1.03M0.02Fe0.98PO4/C(M=Zr、Ni)两类橄榄石型正极材料。运用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、能量散射X射线谱(EDX)和电化学测试对合成产物的晶体结构、颗粒形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:Li0.98Cr0.02FePO4/C的放电比容量最高达到157.3mAh/g,且多次循环后容量几乎无衰减;在大电流充放电倍率下,材料依然能保持优良的循环性能,Li0.98W0.02FePO4/C首次放电比容量可达130.2mAh/g,10次循环后容量保持率为97%。离子掺杂和碳包覆改性能有效地提高LiFePO4的比容量和循环性能。     

锂离子正极材料Li_(1.1)Ni_(0.35)Mn_(0.55)O_2的合成与性能研究

以Li2CO3、MnCO3及NiCO3·2 Ni(OH)2·4 H2O为原料,采用改进的固相法合成了Li1.1Ni0.35Mn0.55O2材料,考察了合成温度、烧结时间及合成方式对材料电化学性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产物的结构及形貌进行了表征。结果表明,950℃下烧结8 h的Li1.1Ni0.35Mn0.55O2材料呈良好的层状晶体结构。在室温条件下,样品0.1 C首次放电比容量达到235.3 mAh/g,1 C放电比容量达到181.6 mAh/g,表现出良好的电化学性能。     

以电解MnO_2超细粉为锰源制备高倍率LiMn_2O_4材料

采用高温固相反应将电解MnO_2超细粉制备成粒度较大、结晶度较高的Mn_3O_4,再以其为锰源成功合成了LiMn_2O_4锂离子电池正极材料。采用X射线粉末衍射仪、扫描电镜、激光粒度分析仪、振实密度测试仪、比表面积测试仪及电化学充放电测试仪分别对合成材料的结构、形貌、粒度分布、振实密度、比表面积及电化学性能进行了表征测试。结果表明,合成的LiMn_2O_4材料晶体结构完整,为立方尖晶石结构,中粒度D(50)为8.88μm,振实密度为1.75 g/cm~3;在3.0~4.2 V(vs.Li/Li~+)充放电电压范围内,0.2 C(1 C=120 mA/g)首次放电比容量为121.5 mAh/g,100周循环容量保持率为90.8%,5 C放电比容量为0.2 C的76.8%,表现出优良的循环稳定性和倍率性能。     

LiMnBO_3/C正极材料的合成及电化学性能的研究

采用流变相法方法,以Li OH·2 H2O、Mn Ac2·4 H2O和H3BO3为原料,柠檬酸为碳源,成功地合成了Li Mn BO3材料和碳包覆的Li Mn BO3/C复合材料。用XRD、TG、SEM等技术对材料的结构和形貌进行表征,并对其电化学性能进行了测试,结果表明:在电压范围为1.0~4.6 V,电流密度为10 m A/g的充放电条件下,Li Mn BO3/C的首次放电比容量达到了149 m Ah/g,而未包覆碳的Li Mn BO3的首次放电比容量只有63 m Ah/g。Li Mn BO3/C与Li Mn BO3相比,其电化学性能有了明显的改善,具有较高的可逆比容量和优良的循环性能。并对Li Mn BO3/C表现优良的电化学性能的原因进行了初步的探讨。     

锂离子蓄电池材料LiMn2O4的循环性能和结构关系

LiMn2O4的XRD衍射谱中,(311)、(400)衍射峰强度比变化和Li离子、Mn离子在结构中位置变化有关,而Li和Mn的位置直接影响锂离子蓄电池的充放电循环性能.所以从(311)、(400)衍射峰的强度变化可以推知以LiMn2O4为正极的锂离子蓄电池循环性能变化.     

锂离子电池正极材料Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的制备及其性能研究

锰酸锂正极材料在充放电循环过程中容量衰减严重,严重影响其大规模应用。针对其容量衰减严重的问题,通过固相制备出Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4正极材料,并用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、能量散射光谱(EDS)、充放电测试、CV和EIS对其结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明,Mg2+、Na+的掺杂未改变Li Mn2O4的结构。在0.2 C下,样品Li Mn2O4和Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的首次放电比容量分别为127.1 m Ah/g和123.3 m Ah/g,充放电循环100次后,其容量保持率分别为77.34%和94.81%,Mg2+、Na+掺杂后,材料的初始放电比容量略有降低,但循环性能明显得到了改善。在10 C下,Li_(0.95)Na_(0.05)Mg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的放电比容量高达92.4 m Ah/g。实验表明,Mg2+、Na+的共同掺杂有效改善了Li Mn2O4的循环稳定性和倍率性能。     

LiMn2O4的Jahn-Teller效应研究

尖晶石LiMn2O4是很有发展前途的锂离子电池正极材料,但它在循环过程中存在着容量衰减的问题,其中Jahn-Teller效应是锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4在应用中容量衰减的难点。对溶胶凝胶法制备的尖晶石LiMn2O4,及其阳离子掺杂LiMxMn2-xO4(M=Li,Ni-Co)正极材料进行了表面改性(包覆MgO),利用x射线衍射、晶格参数和｜Mn4 ｜/｜Mn3 ｜比值等参数研究了尖晶石LiMn2O4的Jahn-Teller效应。结果表明:表面改性后的正极材料Li1.05Mn1.9Co0.05Ni0.05O4循环性能明显增强,Jahn-Teller效应得到了有效抑制。     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4掺钒的研究

采用低温液相碳酸盐法合成了掺杂钒的Li-Mn-O正极材料.X射线衍射分析表明当掺钒量小于20%,合成的电极材料Li-V-Mn-O仍能保持LiMn2O4的尖晶石结构,当掺钒量超过20%则合成产物中不含尖晶石结构的LiMn2O4.循环伏安和恒电流充放电实验证实掺杂钒可改善Li-Mn-O正极材料电化学反应的可逆性,并提高其比容量;掺钒量大于10%时,合成产物中出现杂质相导致电极材料电化学性能下降.     

尖晶石相LiMg0.2Mn1．8O4的制备与性能研究

以氢氧化锂、柠檬酸以及醋酸锰、醋酸镁为原料,利用低温固相法制备了LiMn2O4及其Mg元素的掺杂产物,采用XRD、FTIR和恒流充放电测试研究了合成产物的性能。XRD测试表明,所有产物均为尖晶石相结构,Mg离子能很好地溶入尖晶石相产物的晶格之中;FTIR结果显示,经过Mg元素掺杂改性后,产物中的Mn（Ⅳ）-O和Mn（Ⅲ）-O键分别存在着蓝移和红移现象;电化学测试则表明,LiMg0.2Mn1．8O4的初始电化学容量较LiMn2O4低,但经过一定的循环次数后,电化学容量超过了LiMn2O4,且在整个循环过程中LiMg0.2Mn1．8O4的容量衰减率较小,循环性能相对于未掺杂前的产物得到了较大的提高。     

尖晶石型LiMn2O4高温失效机制及解决方法

尖晶石型LiMn2O4在高温下的容量衰减是阻止其商品化的重要原因.国内外研究结果表明,导致高温下电化学性能失效的原因是多方面的.电解液中微量水的存在会导致LiPF6的分解而产生HF,由此造成Mn溶解.碳阳极表面形成的SEI钝化层会导致锂离子蓄电池体系中锂的损失.此外Jahn-Teller效应和高温下LiMn2O4结构的变化也会导致LiMn2O4高温容量损失.通过对高温失效机制的分析,提出了通过减小尖晶石比表面积、表面修饰改性来减小电解液的分解、在电解液中添加合适添加剂来中和HF、通过阴阳离子掺杂来稳定尖晶石的结构和阻止Jahn-Teller效应的方法来改善尖晶石高温性能的方法.     

尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因及性能改进

分析了尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因:Jahn-Teller效应、Mn的溶解、有机电解液的分解、Li和Mn的错位、自放电及不稳定的两相结构等.从合成方法、掺杂及表面修饰等角度,介绍了抑制尖晶石LiMn2O4容量衰减和提高循环性能的方法.     

尖晶石LiMn2O4的合成及微量Fe的掺杂改性

以不同材料作为锰源,采用溶胶-凝胶法(sol-gel)合成了尖晶石LiMn2O4。电化学测试结果表明,采用硝酸锰作为锰源合成的尖晶石LiMn2O4具有相对较佳的电化学性能。进而采用碳酸锂、硝酸锰作为锂源和锰源合成了化学式为LiFexMn2-xO4的尖晶石锂锰氧化物材料(x=0.05、0.1、0.2、0.3、0.4),发现当x=0.1时,掺铁尖晶石LiMn2O4的初始放电容量达119 mAh/g,循环95次后容量保持率为86%,这一结果接近商品化尖晶石LiMn2O4。     

燃烧法制备锂离子电池LiMn2O4正极材料

以硝酸锂、硝酸锰和尿素为原料,采用燃烧法制备尖晶石型LiMn2O4锂离子电池电极材料,并考察了锂和锰的比例、尿素用量、预置炉温、焙烧温度及焙烧时间等工艺条件对合成产物的组成结构及电化学性能的影响。最佳工艺条件下制备的产物具有纯净的尖晶石结构,均一的颗粒度及优良的电化学性能。     

正尖晶石LiMn2O4的合成与电化学性能研究

采用高温固相反应原理合成了LiMn2O4锂离子电池正极材料,研究了合成原料中n(Li)/n(Mn)(摩尔比)和合成温度以及掺杂金属钴元素对合成产物性能和结构的影响,恒电流充放电结果麦明LiMn2O4容量为115～120mAh/g,掺杂钴以后容量下降而循环性能改善,XRD测试分析表明合成产物具有正尖晶石结构;通过进一步优化材料的粒度和电极制备时控制导电剂的加入量,确定了提高LiMn2O4的容量、改善材料循环性能的其他因素.以合成产物为阴极材料,MCMB为阳极材料,组装的18650型锂离子电池的容量达到了1250mAh,循环300次后容量保持70%左右.