Li+嵌Al反应的热力学分析及实验研究

利用第一原理赝势平面波方法计算了Al-Li合金中3种平衡相AlLi、Al2Li3和Al4Li9的形成焓,得出AlLi相的形成焓最低,表明当Li 嵌入Al电极时,优先形成AlLi相。为了验证上述结论,将Al薄片与金属锂对电极组成扣式电池,对Al电极进行电化学性能测试和结构表征。实验结果与理论计算的结果相吻合,表明可以采用第一原理赝势平面波方法预测铝作锂离子电池负极时的电化学反应性能。     

软化学法合成层状结构LiMnO2阴极材料

研究了以氢氧化锂和醋酸锰为原料,用软化学法制备锂离子蓄电池阴极材料LiMnO2。用X射线衍射法确定了材料的结构及其结构转变,结合循环伏安法研究了材料组织结构与电化学性能之间的关系。实验结果显示,层状结构LiMnO2的最佳热合成温度是600 ℃,随着温度升高,材料由层状结构向尖晶石结构转变,层状结构中Mn原子的最密排原子面(003)重排成为尖晶石结构的(111)面;而部分层状结构材料(104)原子面上的Li原子发生转移,Mn原子重排形成尖晶石LiMn2O4的(400)原子面,这两个原子面的面间距不一样,造成XRD图谱上(104)峰的位置上出现新的衍射峰,并且由于原子面上原子种类和排布方式的不同,衍射峰强度也发生变化。热处理温度升高,使材料中相伴出现杂相Li2MnO3和尖晶石型的LiMn2O4,破坏材料的层状结构,降低电化学性能。     

共沉淀法制备镍、钴、锰复合碳酸盐的热力学分析

由共沉淀法合成了用于制备锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的均匀的前驱体.通过对M2 (Ni2 ,Co2 ,Mn2 )-NH3-CO32--H2O体系的热力学分析,拟出了M2 -NH3-CO32--H2O体系中的lg[M2 ]-pH关系图(其中M为过渡金属元素).以NH4Cl为络合剂,以Na2CO3为沉淀剂,采用共沉淀法制备锂离子电池正极材料用镍、钴、锰复合碳酸盐,最佳共沉淀的pH值为8.0左右.在此pH值条件下由共沉淀法制备的镍、钴、锰复合碳酸盐前驱体类球形粉料的组分恒定,粒度分布均匀,中位粒径D50为11.78μm.     

闪锌矿结构AlSb的嵌脱锂机理

利用第一原理赝势平面波计算方法研究具有闪锌矿结构AlSb的嵌脱锂机理。通过计算不同嵌锂相Lix(AlSb)(0≤x≤2)或Li2 yAl1-ySb(0≤y≤1)的形成能(ΔE),并结合相应的热力学原理便可得出当Li嵌入AlSb时的电压—比容量曲线图,由此进一步确认了锂在嵌入AlSb的结构时,首先是占据AlSb中的间隙位置,然后随着Li嵌入量的增加,可以逐步取代AlSb中的Al位置从而形成Li3Sb相。通过分析Li嵌入AlSb前后的能带结构及态密度图可以发现,AlSb的导电性能首先随Li嵌入量的增加而增加,当Li占据AlSb全部间隙位置后达到峰值,当Li进一步替代Al时导电性能随之降低。     

机械活化在制备尖晶石LiMn2O4中的应用

研究了尖晶石LiM n2O 4制备过程中机械活化法对前驱体的物相结构、形貌以及反应过程的影响。结果表明,经过活化处理,原料中的γ-M nO 2的点阵缺陷和晶格畸变增大了,LiO H也由晶态转变为无定形态,在活化过程当中已有一定程度的化学反应发生。介绍了合成尖晶石LiM n2O 4物相结构的分析结果,结果表明,机械活化的应用提高了前驱体的反应活性,大大降低了合成尖晶石LiM n2O 4的温度。     

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池的石墨负极材料已商品化,但还存在一些难以克服的弱点。寻找性能更为优良的非碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。综述了在锂离子电池中已实际使用的碳素类负极材料的特点和研究进展情况;介绍了正在探索中的锂离子电池非碳负极材料的研究现状。     

原位XRD研究合成尖晶石LiMn2O4的相变机理

采用高温原位XRD方法对合成尖晶石LiMn2O4的相变机理进行研究，确定了合成尖晶石LiMn2O4的适宜温度区间。对不同温度点得到的尖晶石LiMn2O4的晶胞参数进行计算，发现晶胞参数α与热处理温度基本呈线性关系。     

制备镍、钴、锰复合氢氧化物的热力学分析

合成化学计量的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1／3Mn1/3O2的关键在于制备均匀的前驱体。通过对M^2＋（Ni^2＋,CO^2＋,Mn^2＋）-NH3-OH^- -H2O体系的热力学分析,获得了M^2＋-NH3-OH^- -H2O体系中不同氨浓度时的lg[M]-pH关系图（其中M为过渡金属元素）,得到了以（NH4）2SO4为络合剂,以NaOH为沉淀剂,采用共沉淀法制备的锂离子电池正极材料用镍、钴、锰复合氢氧化物,较适宜的氨浓度为0．5mol／L左右,最佳共沉淀的pH值为12．0左右。在此氨浓度和pH值条件下通过共沉淀法制备了类球形的镍、钴、锰复合氢氧化物前驱体粉料,所得前驱体组分恒定,粒度分布均匀,中位粒径D50为14．76μm。     

Al2O3包覆LiMn2O4正极材料的合成和电化学性能研究

研究了在锂离子电池尖晶石LiMn2O4正极材料上包覆Al2O3来改善材料在循环过程中的容量衰减问题。通过SEM和X射线衍射研究材料的表观形貌和晶体结构，在电化学性能测试中，发现包覆Al2O3可以减少材料与电解液的直接接触，阻止了电解液对尖晶石的侵蚀，抑制锰离子在电解液中的溶解和由此带来材料结构的改变，以及与电解液中微量的HF反应，避免了HF对锰离子溶解的加速作用。从电化学循环测试后材料的X射线图谱上可以发现，LiMn2O4材料包覆Al2O3后，可以在很大程度上抑制循环过程中MN5O8杂相峰的出现。     

锂离子电池正极材料LiNi0.7Co0.3O2的研制

介绍了采用LiCH3COO·2H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O为原料,通过均匀沉淀法合成锂离子电池正极材料LiNi0.7Co0.3O2;X-射线衍射分析表明,所得材料为层状结构的单一固溶体相.电化学性能研究表明,在750℃烧结20小时所制得的试样,首次充放电容量分别达到197.26 mAh/g和148.02 mAh/g,且循环性能优良.