锂离子电池正极材料LiFePO4改性研究

介绍了LiFePO4正极材料的结构特点和反应机理,详细讨论了金属离子掺杂、碳包覆和控制活性材料的尺寸等改性研究对LiFePO4材料的电化学性能的影响.从而进一步优化高性能锂离子电池正极材料的改性过程,促进锂离子电池性能的改善.     

碳包覆镍掺杂LiFePO4正极材料的合成与电化学性能

采用水热法在160℃下合成了单相橄榄石结构的LiFePO4和LiFe0.95Ni0.05PO4。经550℃聚丙稀裂解碳包覆后得到LiFePO4／C的颗粒尺寸在200nm左右，碳包覆镍掺杂LiFe0.95Ni0.05PO4/C的颗粒尺寸在100nm以下。电化学测试结果表明：LiFePO4/C和LiFe0.95PO4／C的0．1C首次充放电可逆容量分别达到154mAh·g^-1和149mAh·g^-1，但掺镍的LiFe0.95Ni0．05PO4／C具有更优异的大电流充放电循环特性，0．5C和1C充放电100次后的放电容量分别达到147mAb·g^-1和134mAh·g^-1。     

一步固相合成Nb掺杂LiFePO4/C及其电化学性能

用廉价的三价铁离子化合物为铁源,以聚丙烯为还原剂和碳源,在一步固相法合成Nb掺杂LiFePO4的同时实现颗粒表面碳导电膜的原位包覆。结果表明:一步固相合成的Nb掺杂LiFePO4/C具有完整的橄榄石型LiFePO4晶体结构和近似球状的颗粒形貌,颗粒尺寸为100~500 nm;聚丙烯分解后在颗粒表面和颗粒之间形成连通的网络状碳膜。电化学测试结果表明,当Nb的掺入量为1.0%(摩尔分数)时具有最好的倍率放电性能和循环性能;在2C充放电时具有130 mA.h/g的放电容量,循环100次容量无衰减,在4C充放电时仍具有105 mA.h/g的放电容量。     

掺铝氧化锌包覆LiFePO4的合成与性能（英文）

以简单的固相法合成了橄榄石结构LiFePO4,并以导电掺铝氧化锌材料(AZO)对其表面进行包覆。充放电结果显示,表面包覆大幅度改善了LiFePO4材料的倍率和低温性能。在20C高倍率条件下,AZO包覆LiFePO4的放电比容量可达100.9mA·h/g;在低温20°C时进行0.2C充放电,未包覆LiFePO4和AZO包覆LiFePO4的放电比容量分别为50.3mA·h/g和119.4mA·h/g。经分析,这可能是由于采用导电AZO包覆措施而增加了LiFePO4材料的电导率,从而极大地提高了其比容量。另外,导电AZO包覆措施还增加了LiFePO4材料的振实密度。这些结果表明AZO包覆LiFePO4材料是一种很好的适用于锂离子动力电池的正极材料。     

化学沉淀法制备磷酸铁锂正极材料的研究进展

磷酸铁锂(LiFePO4)是一种非常有应用前景的锂离子电池正极材料,化学沉淀法是制备这种材料的理想方法。本文从不同的前驱体合成路线角度出发,针对金属离子掺杂和表面碳包覆这两种改性手段,对化学沉淀法制备LiFePO4正极材料国内外的研究进行综述,对当前研究过程中存在的问题和未来的研究方向进行了评论和展望,为LiFePO4正极材料的研究提供了参考。     

表面修饰与镁离子掺杂对LiFePO4材料结构与性能的影响

在固相合成工艺下引入了球化和掺杂工艺,从而制备出了镁离子掺杂的LiFePO4粉体材料,该材料与裂解的碳黑形成尺寸10μm～15 μm的团簇体.在团簇体中,材料颗粒与碳黑接触的界面接触良好.材料的充放电测试实验表明,经过表面修饰和高价离子掺杂的材料具有比未掺杂材料更大的充放电容量和更好的循环稳定性.在充放电不同状态下的交流复阻抗谱表明,随着电池电压的升高,电池电化学阻抗减小.利用等效电路拟合数据表明在掺杂的电极材料中,锂离子的扩散速率在10-9cm2s-1数量级,在充放电平台附近达到最小值.     

固相法合成原位碳包覆LiFePO4复合正极材料及其性能

以LiH2PO4和FeC2O4.2H2O为原料,聚乙烯醇为碳源,通过机械化学活化辅助固相法合成原位碳包覆的LiFePO4材料;考察合成温度对LiFePO4/C材料晶体结构、物理和电化学性能的影响。结果表明:700℃下处理的产物结晶良好、分布均匀、颗粒细小;在最佳的热处理条件下,热解碳在LiFePO4颗粒表面形成了良好的纳米导电层,LiFePO4/C材料在0.1C、0.5C、1C和2C倍率下放电比容量分别为155.7、150.1、140.1和130 mA.h/g,且材料在0.1～2C范围内充放电都有很平稳的平台,极化小,并具有较高的高倍率(2C)放电比容量和较好的循环性能。     

Mg2+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的影响

以MgAC2为掺杂源,采用固相反应法在惰性气氛下合成了掺Mg的LiFePO4正极材料,考察了Mg2 对于目标化合物物理及电化学性能的影响.采用粉末X射线衍射和扫描电镜技术对产物的结构、形貌及粒度等进行了表征,通过恒电流充放电和交流阻抗技术对其电化学性能进行了研究.结果表明:少量的Mg2 掺杂并未影响产物结构,但却有利于减小LiFePO4电荷转移过程中的阻抗,克服该过程中的动力学限制.在0.1C倍率下放电,掺杂LiFePO4与未掺杂LiFePO4的初始放电容量分别为136.9和111.8 mA·h/g,循环50次后,容量分别为135.6和83.9 mA·h/g;与未掺杂的LiFePO4相比,掺镁后的LiFePO4具有更为优良的循环性能.     

碳酸亚乙烯酯添加剂对LiFePO_4/石墨电池高温循环性能的影响（英文）

研究成膜添加剂对材料结构稳定性及LiFePO4/石墨电池高温循环性能的影响。分别测试添加和未添加碳酸亚乙烯酯(VC)的18650电池的高温循环性能,并通过充放电测试、交流阻抗、扫描电镜、X射线能量色散光谱以及拉曼光谱等方法研究VC对电池正、负材料结构的影响。结果表明:VC添加剂在提高石墨结构稳定性的同时显著抑制LiFePO4材料中的溶铁行为;此外,VC添加剂阻止电解液在负极表面还原分解及负极表面SEI膜的增厚,也阻止电解液在LiFePO4电极表面的分解;含有VC添加剂的电解液可以有效改善LiFePO4/石墨电池在高温下的循环稳定性。     

碳酸亚乙烯酯添加剂对LiFeP04／石墨电池高温循环性能的影响

研究成膜添加剂对材料结构稳定性及LiFePO4/石墨电池高温循环性能的影响。分别测试添加和未添加碳酸亚乙烯酯（VC）的18650电池的高温循环性能,并通过充放电测试、交流阻抗、扫描电镜、X射线能量色散光谱以及拉曼光谱等方法研究 VC 对电池正、负材料结构的影响。结果表明：VC 添加剂在提高石墨结构稳定性的同时显著抑制LiFePO4材料中的溶铁行为;此外,VC添加剂阻止电解液在负极表面还原分解及负极表面SEI膜的增厚,也阻止电解液在LiFePO4电极表面的分解;含有VC添加剂的电解液可以有效改善LiFePO4/石墨电池在高温下的循环稳定性。     

Electrochemical performance of LiFePO4 cathode material for Li-ion battery

In the search for improved materials for rechargeable lithium batteries, LiFePO4 offers interesting possibilities because of its low raw materials cost, environmental friendliness and safety. The main drawback with using the material is its poor electronic conductivity and this limitation has to be overcome. Here Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials were prepared by a polymer-network synthesis technique. Testing of X-ray diffraction, charge-discharge, and cyclic voltammetry were carried out for its performance. Results show that Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials have a high initial capacity, good cycle stability and excellent low temperature performance. The electrical conductivity of LiFePO4 material can be obviously improved by doping Al. The better electrochemical performances of Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials have a connection with its conductivity.     

氮掺杂纳米碳改性LiFePO4正极材料的研究进展

锂离子电池是一种高效、清洁的储能装置,在便携式电子产品、储能设施和电动汽车等领域具有广泛的应用前景,对于缓解能源危机、环境污染和优化能源结构等方面具有重要意义。橄榄石型LiFePO_4是最有前途的锂离子电池正极材料之一,但较低的本征电子电导率与锂离子扩散速率限制了其高倍率性能的发挥及在锂离子动力电池中的广泛应用。纳米碳材料,尤其氮掺杂的无定形纳米碳、碳纳米管以及石墨烯等具有电子电导率高,比表面积大,亲和力强以及热、化学稳定性好等特点,在改善LiFePO_4材料性能方面显示出独特的优势。本文从掺杂方法、形貌结构、电化学性能等方面总结氮掺杂纳米碳改性LiFePO_4正极材料的研究进展,并展望其发展前景。     

球形磷酸铁锂正极材料制备中试研究

用湿法球磨-喷雾干燥法制备LiFe0.98Mg0.02PO4/C复合正极材料;用激光粒度分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜和恒流充放电等对前驱体和磷酸铁锂样品进行表征;考察不同球磨工艺对磷酸铁锂颗粒形貌、粒度分布、振实密度和电化学性能的影响。结果表明:用湿法球磨-喷雾干燥法可以制得球形颗粒、高振实密度且电化学性能优良的磷酸铁锂正极材料,原料经粗磨后再超细球磨制得的材料性能更佳,振实密度达1.67 g/cm3,在0.1 C、0.5 C和1.0 C倍率下的首次放电比容量分别为151、143和132 mA·h/g。     

Electrochemical performance of C-La~(3+) codoped LiFePO_4 synthesized by microwave heating

La3+ was selected to elevate the lattice electronic conductivity of LiFePO4,and LiFePO4/(C+La3+) cathode powders were synthesized by microwave heating using a domestic microwave oven for 35 min. The microstructures and morphologies of the synthesized materials were investigated by XRD and SEM. The electrochemical performances were evaluated by galvanostatic charge-discharge. The electrochemical performance of LiFePO4 with different La3+ contents was studied. Results indicated that the initial specific disch...     

三价铁合成LiFePO_4/C正极材料及其性能研究

橄榄石型LiFePO_4正极材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料,然而由于自身晶体结构的本征特性,LiFePO_4的电导率低,高倍率充放电性能较差是限制其应用的最大障碍,通过碳包覆或金属离子掺杂等改性方法提高这种材料的电子导电率成为锂离子电池材料领域的研究热点.以提高电化学性能和更好的实现产业化为主要目的,对LiFePO_4材料的碳包覆和合成条件等进行了研究.以氧化铁为原料,采用碳热还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4/C,利用扫描电镜和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的表面形貌以及电性能进行分析研究,讨论了不同的煅烧温度、煅烧时间和掺碳量对材料电性能的影响.实验结果表明最佳合成工艺为:碳的包覆量为6%(质量分数),合成温度为720 ℃,保温时间为12 h,合成过程在惰性气氛下完成,合成的LiFePO_4/C复合正极材料在2.0～4.3 V,0.2 C倍率下的放电比容量可达160.56 mAh/g,0.5 C放电比容量可稳定在143 mAh/g左右,循环性能较好.     

稀土金属离子掺杂对LiFePO4结构和性能的影响

采用稀土金属离子(Er3+、Y3+、Nd3+)分别对LiFePO4的Li、Fe原子位进行掺杂,通过X射线衍射(XRD)、恒电流充放电及电化学阻抗(EIS)法系统地研究掺杂对LiFePO4结构和性能的影响。结果表明:掺杂试样的微观结构和性能与掺杂离子半径、取代位置密切相关。LiFe0.99Y0.01PO4试样具有最佳的电化学性能,在15mA.g-1放电电流密度下首次放电容量达到149.8mAh.g-1,当电流密度增加到300mA.g-1时,放电容量为134.3mAh.g-1,经过50次循环充放电后,放电容量保持率为99.1%。     

1,2-丙二醇对锂离子电池正极材料LiFePO_4性能的影响

采用1,2-丙二醇作为表面活性剂,在水热反应中合成正极材料LiFePO4。用XRD、SEM、粒径分布测试和恒电流充放电方法,分别研究了1,2-丙二醇对LiFePO4的结构、形貌、粒径和电化学性能的影响。结果表明：加入适量的丙二醇不改变LiFePO4的橄榄石结构,但可使材料的结晶粒度变小,粒径分布变得均匀;当丙二醇加入量为10 mL时,得到的LiFePO4平均粒径d（0.5）=1.128μm,粒径分布范围为0.316~6.607μm;该材料在0.2C倍率下的首次放电比容量为144 mAh/g,循环性能良好。     

Electrochemical performance of Ti4+-doped LiFePO4 synthesized by co-precipitation and post-sintering method

Ti4+-mixed FePO4·xH2O precursor was prepared by co-precipitation method,with which Ti4+ cations were added in the process of preparing FePO4·xH2O to pursue an effective and homogenous doping way.Ti4+-doped LiFePO4 was prepared by an ambient-reduction and post-sintering method using the as-prepared precursor,Li2CO3 and oxalic acid as raw materials.The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffractometry (XRD),electrochemical impedance spectroscopy (EIS),and electrochemical charge/discharge test.Effects of Ti4+-doping and sintering temperature on the physical and electrochemical performance of LiFePO4 powders were investigated.It is noted that Ti4+-doping can improve the electrochemical performance of LiFePO4 remarkably.The Ti4+-doped sample sintered at 600 ℃ delivers an initial discharge capacity of 150,130 and 125 mA·h/g with 0.1C,1C and 2C rates,respectively,without fading after 40 cycles.     

Li_(0.97)Al_(0.01)FePO_4正极材料性能研究

选用廉价易得的Al(OH)_3为掺杂铝源,制备掺杂量为x=0.01(计量数)的Li_0.97Al_0.01FePO_4和纯LiFePO_4正极材料,并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试.经过与LiFePO_4标准谱图对照,Li_0.97Al_0.01FePO_4样品的主要晶相为橄榄石结构的磷酸亚铁锂.在室温,0.1 C倍率恒电流充放电条件下,Li_0.97Al_0.01FePO_4的首次放电比容量为134.0 mAh·g~(-1),且放电容量在前15次循环中非常平稳,后略有减少.第20次循环放电比容量达到129.21 mAh·g~(-1),与未掺杂LiFePO_4材料相比,表现出更高的比容量和优良的循环性能.     

多孔LiFePO4正极材料的研究进展

锂离子电池是高效、清洁的储能装置,在便携式电子产品、储能设施和电动汽车等领域具有广泛的应用前景,对于缓解能源危机和环境污染具有重要意义。橄榄石型LiFePO_4是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而,相对低的本征电子电导率与锂离子扩散速率限制了LiFePO_4倍率性能的发挥,阻碍其在动力锂离子电池领域的大规模商业化应用。纳米化是一种能有效改善LiFePO_4倍率性能的方法,但纳米粒子存在表面能高,易团聚结块,性能衰减较快等问题。近些年的研究表明,三维多孔结构的LiFePO_4兼具纳米与微米级活性材料的优点,是LiFePO_4正极材料的研究热点和重要的发展方向。本文从合成方法、形貌结构、电化学性能以及结构—性能关系等方面系统总结多孔LiFePO_4材料的研究进展,并展望其发展前景。