葡萄糖酸亚铁原位碳化LiFePO4/C的制备及电化学性能研究

以葡萄糖酸亚铁为碳源和部分铁源,采用固相法制备了LiFePO4/C复合正极材料。利用XRD和SEM对所得样品进行了结构与形貌表征。以LiFePO4/C作锂二次电池正极组装电池,用电化学工作站和充放电测试系统对样品进行电化学性能测试。当碳包覆量为4.75%,650℃烧结10h时所制备的LiFePO4/C复合材料在0.1、0.2和1C倍率下最高放电比容量分别为161.6、147.2和123.3mAh/g。1C倍率下经50次循环材料的放电比容量无衰减。实验结果表明,由于葡萄糖酸根和铁离子之间较强的化学键,阻止了葡萄糖酸根热解过程中在材料内部的不均匀扩散,其热解后在材料颗粒表面形成均匀导电碳层,并在颗粒之间形成丝状无定形碳,有效抑制了晶粒的生长,提高了活性物质利用率,形成了完整的导电网络,增强了材料的综合电化学性能。     

不同碳源对LiFePO4/C复合材料性能的影响

采用机械液相活化法与高温固相法相结合制备了锂离子电池正极材料LiFePO4和LiFePO4/C.考察了蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、酒石酸等不同碳源对材料性能的影响,并采用XRD、 SEM和恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表面形貌及电化学性能进行了研究,利用Raman光谱和TEM分析材料中碳的存在状态.结果表明,得到的样品结构均为橄榄石型,碳源的加入能有效地减小材料的颗粒尺寸,并且材料的电导率比纯LiFePO4的电导率提高了5个数量级.LiFePO4/C样品的表面包覆层均为非晶碳,以柠檬酸为碳源合成的LiFePO4/C材料,具有较小的颗粒尺寸,均匀多孔的表面碳包覆层和最佳的电化学性能.在0.1C下第3次的放电比容量达141.0mAh/g,循环10次后容量无衰减.     

纳米LiFePO4/C复合正极材料的制备及其性能研究

采用碳热还原方法、以不同掺碳(葡萄糖为碳源)方式合成LiFePO4/C复合正极材料,利用X射线衍射仪、高倍率透射电镜以及电池测试仪等手段对样品进行了分析研究,并探讨了不同掺碳方式对复合LiFePO4/C正极材料性能的影响.结果表明,采用湿法加入葡萄糖制备的LiFePO4/C正极材料中LiFePO4的粒径范围在40～80nm左右,为纳米材料尺度,0.05C倍率下首次放电比容量达到160mAh/g,1C倍率下循环50次后,容量衰减仅为1.2%.     

金属镁掺杂的LiMnPO4/C的电化学性能研究

采用固相湿磨并热处理,以酚醛树脂为碳源,合成了锂离子电池正极材料LiMn1-xMgxPO4/C(x=0,0.01、0.04、0.05和0.1)。制备的样品具有相似的形貌,掺杂的镁离子半径较小导致了晶格收缩,从而使颗粒细小且分布均匀。充放电测试和交流阻抗表明,由于镁离子掺杂加快了电化学动力学反应过程,而明显提高了材料的电化学性能。600℃煅烧得到的LiMn0.96Mg0.04 PO4/C材料在0.05C倍率下具有144mAh/g的放电容量;高放电倍率下,以恒流-恒压-恒流模式进行充放电测试,LiMn0.96Mg0.04PO4/C复合正极材料显示出良好的循环性能及倍率性能。     

正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究

提出了一种二次掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4/C复合材料的合成方法。实验结果表明不同阶段掺碳对合成LiFePO4/C复合材料的晶型没有影响,但对其电化学性能影响明显,二次掺碳能有效地提高容量和改善材料的稳定性;当蔗糖二次加入量为碳与磷酸铁锂质量比为3%(质量分数)时,样品颗粒细小且均匀,同时电化学性能最好,在0.2C倍率下首次放电比容量为161.19mA.h/g,循环20次后仍保持在153.68mA.h/g。     

Co~(2+)掺杂石墨烯/LiFePO_4锂离子电池复合正极材料的制备与表征

使用溶胶凝胶原位碳热还原制备了Co2+掺杂石墨烯/LiFePO4锂离子电池复合正极材料(石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4),以期获得比容量高、充放电速率快和循环性能优良的锂离子电池正极材料。结构和形貌表征结果显示:石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料具有三维导电网络结构,颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在200nm左右。电化学测试结果显示:石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料具有高的可逆比容量和优异的循环倍率性能。2.0~4.0V充放电下0.1C时的首次放电比容量为159mA·h·g-1,在10.0C下首次放电比容量也有74mA·h·g-1;0.5C下循环100次,比容量保持率为99.7%。石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料电化学性能提高的原因主要为Co2+掺杂和石墨烯包覆的协同作用。     

微通道反应器制备锂离子电池正极材料Na_2Mn[Fe(CN)_6]的研究

采用微通道反应器法直接合成锂离子电池正极材料。并且采用XRD、FESEM、FT-IR和电化学测试系统对样品进行一系列的表征。实验结果表明,流速为100mL/min,反应物浓度为0.1mol/L时制备得到了分散比较均匀的样品,该正极材料具有良好的循环性能和倍率性能,在0.1C倍率下首次放电比容量达到136.6mAh/g。在0.4C倍率下首次放电比容量为93.73mAh/g,50个循环之后,容量基本无衰减。     

两步固相碳包覆法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料及其性能研究

以VPO_4/C为中间体,相继以乙炔黑及葡萄糖作为碳源,通过两步固相碳包覆法制备了纯相单斜晶系的Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料。该方法首先通过制备纳米级的VPO_4/C中间体,为后续制备Li_3V_2(PO_4)_3/C提高反应活性,降低热处理温度,其中碳源不仅起到还原剂、导电剂的作用,还能细化晶粒,且两步法包碳使得材料颗粒表面的碳层更均匀,从而改善材料的综合电化学性能。最终在750℃下煅烧12h得到颗粒细小且分布均匀的Li_3V_2(PO_4)_3/C样品,在电压区间3.0~4.5V内,该材料在0.1,1和2C倍率下的首次放电比容量分别为141.5,119.8和109.4mAh/g,在0.1C倍率下循环50次后的容量保持率高达97.7%。     

磷酸锰铁锂正极材料的制备和性能

用球磨-热解法制备了锂离子电池碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。通过XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征。所制备的材料平均粒径为100nm,碳在材料表面包覆均匀,包覆的碳层厚度约为2～3nm。在650℃下热解制备的LiMn0.5Fe0.5PO4正极材料具有最佳的电化学性能,其第一周的可逆容量为153.3mAh/g,经过50周的循环以后,可逆容量保持不变。材料在2.0C恒流放电时,放电容量仍然保持在121mAh/g左右,具有较优的倍率性能。     

复合正极材料LiFePO4/Al/C的制备及性能研究

采用二步固相法制备了LiFePO4/Al/C复合正极材料.利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜表征样品的晶体结构、形貌、粒径和包覆状态,并研究了铝粉加入量对复合材料电化学性能的影响.结果表明,金属Al与LiFePO4发生了界面反应,生成多种副产物,并在LiFePO4的表面形成钝化膜.在LiFePO4颗粒的表面包覆有不规则形状的金属铝和1～2 nm的碳层.当铝粉加入量为3wt%时,LiFePO4/Al/C复合材料的电化学性能最佳,室温10C倍率下放电克容量为117.8 mAh/g;样品在20℃下,0.1C放电克容量为105.6 mAh/g,相对于常温的放电容量比率为73.8%.     

用两种碳源制备高性能LiFePO4/C正极材料

为了提高LiFePO4材料的电化学性能,以碳溶胶和葡萄糖两种物质为碳源、采用高温固相法制备了LiFePO4/C复合正极材料.通过XRD、TEM、恒电流充放电等方法研究了材料的结构与电化学性能.XRD结果表明,两种碳源的添加对LiFePO4的晶体结构没有影响.从TEM图上可观测到颗粒外部明显的碳包覆层.电化学性能测试表明,在同样倍率下,以两种碳源制备的LiFePO4/C材料放电比容量高于以单一碳源制备的LiFePO4/C,且表现出优良倍率性能和循环稳定性:在0.1C下的放电比容量达162mAh/g,1C下放电比容量为157mAh/g,循环20次后容量没有任何衰减.     

钠离子电池双层碳包覆Na3V2(PO4)3正极材料的超声辅助溶液燃烧合成及其电化学性能

用超声辅助溶液燃烧合成技术制备双层碳包覆的Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP)钠离子电池正极材料，并对其电化学性能进行深入的研究。结果表明，双层碳包覆在NVP颗粒表面，由内自外分别为无定形硬碳和石墨烯。石墨烯添加量为5.0%(质量分数)的碳包覆NVP复合材料具有优异的电化学性能，在1 C倍率下充放电其初始比容量为117 mAh·g^–1，循环300圈后容量的保持率为79%，在10 C倍率下其放电比容量高达100 mAh·g^–1。这种正极材料电化学动力学性能的提高，源于均匀的双层碳包覆结构及其构建的三维电子传输通道。     

逐步炭化法制备锂-硫电池正极碳/硫复合材料的研究

提出一种逐步炭化法,以稀硫酸、蔗糖和单质硫为原料,制备碳/硫复合正极材料。扫描电镜、透射电镜结果显示:复合材料为粒度分布均匀的核壳结构球体,直径约为3μm;单质硫均匀填充在球体内部。此种结构有利于提高其电化学性能。在0.1C倍率下碳/硫复合正极材料首次放电比容量为1065mAh/g,60次循环之后,放电比容量趋于稳定,150次循环后的比容量仍可达到510mAh/g,库仑效率始终保持在90%以上。表明逐步炭化法可以制备适宜的锂硫电池正极材料。     

多孔球形Li2MnSiO4/C正极材料的制备及电化学性能

采用湿法球磨-喷雾干燥法制备了多孔球形锂离子电池Li2MnSiO4/C复合正极材料。X射线衍射(XRD)表明合成的Li2MnSiO4具有正交结构,属于Pmn21空间群。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)显示粉体复合材料为直径10μm左右的球形团簇,由100nm左右的颗粒堆积而成,颗粒表面包覆1层大约3nm的碳层。电化学测试表明,在0.05和0.5C倍率下,Li2MnSiO4/C样品的首次放电容量分别为153和110mAh/g,50次循环后容量分别保持80%和66%。     

微反应器-固相法制备LiMPO_4(M=Fe,Mn,Co)及其性能研究

采用微反应器-固相法合成纳米LiFePO4/C复合正极材料,并用XRD、FSEM、TEM和电化学测试系统对样品进行表征。测试结果表明,微反应器法有效的将FePO4的颗粒尺寸控制在20~30nm,继而使LiFePO4/C的颗粒尺寸保持在100nm左右。流速越快,样品的颗粒尺寸越均匀,分散性越好,电化学性能也最佳。流速为140mL/min制备的样品,在1C倍率下放电比容量达到160mAh/g。本方法也适用于LiMPO4体系的其他材料(LiCoPO4,LiMnPO4)。     

微波辅助加热法合成LiFePO_4/C正极材料

以离子液体1-丁基-3甲基咪唑二腈胺盐为碳源,通过微波辅助加热法制备LiFePO_4/C正极材料。采用X射线衍射(XRD)表征了样品的物相,扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)考察了样品的微观形貌,元素分析检测了离子液体最终产物中C、H、N元素的含量。通过恒电流充放电测试研究了材料的电化学性能,主要研究了加热方式和Mg2+掺杂对材料性能的影响。结果表明,微波加热可以高效快速制备LiFePO_4/C,有利于离子液体碳化形成碳层。在加热时间较长的情况下,会造成颗粒的不规则长大。Mg2+的掺杂不会改变LiFePO_4/C颗粒的形貌,0.1C倍率下首次放电比容量达到146.3mAh/g,经过45次循环后容量没有明显衰减,可以有效地改善LiFePO_4/C的电化学性能。     

水热-溶胶-凝胶法制备钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3/C及其性能研究

分别采用溶胶凝胶法和水热-溶胶-凝胶法合成了钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3/C。用XRD、SEM、恒流充放电等对样品进行了表征。研究表明,两种方法合成的Na_3V_2(PO_4)_3/C样品均为纯相,呈多孔状结构,采用水热-溶胶-凝胶法制备出的Na_3V_2(PO_4)_3/C样品颗粒尺寸更小,更有利于钠离子脱嵌,有利于提高材料的电化学性能。溶胶-凝胶法制备的样品在0.1和2C倍率下首次放电比容量为98.3和31.3mAh/g,水热-溶胶-凝胶法制备的样品在0.1和2C倍率下首次放电比容量高达111.9和94.1mAh/g,电化学性能得到明显改善。     

锂离子电池Si/C复合负极材料的合成与性能

采用球磨-热解工艺制备了Si/C复合负极材料。研究了球磨时间对Si/C复合负极材料结构和电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理。研究结果表明,通过球磨可以将纳米硅颗粒均匀分散于石墨基体材料表面,同时,葡萄糖热解后形成的无定形碳使两者紧密结合。球磨3h合成的材料具有最优的电化学性能。以100mA/g的电流密度放电,首次放电容量达到1340mAh/g,首次充放电效率为75.6%,循环50次后,容量保持率为34.2%。     

生物质碳源制备锂离子电池正极材料Na2MnPO4F/C及其电化学性能研究

本文以甘蔗渣作为生物质碳源制备Na2MnPO4F/C正极材料。通过球磨法及原位热解法制备Na2MnPO4F/C正极材料,利用拉曼光谱对正极材料制备条件进行表征分析,得出Na2MnPO4F/C最佳制备条件为碳源用量15%、煅烧温度600℃。利用XRD、SEM、EDS、电化学测量技术等手段对材料进行表征分析,结果表明,材料结晶性良好,碳材料很好地包覆在Na2MnPO4F聚氟阴离子材料表面,并且不影响材料结构。组装成纽扣电池,进行电化学性能测试。结果表明Na2MnPO4F/C材料电化学性能优于Na2MnPO4F材料,在0.1C下,Na2MnPO4F/C材料首圈放电比容量为8.71 m Ah/g,而Na2MnPO4F材料首圈放电比容量为1.94 m Ah/g,通过原位热解法进行碳包覆能有效的提高材料的电子电导性,增加容量。     

高温还原GO制备LiFePO_4/石墨烯复合正极材料及表征

通过对氧化石墨烯(GO)进行微观调控处理得到少层GO。采用喷雾干燥再高温改性的方法制备LiFePO_4/石墨烯锂离子电池复合正极材料;GO还原后即可得到石墨烯,其优良的导电性可以提高LiFePO_4的电子传输能力。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试技术等方法对复合材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。石墨烯的复合使材料颗粒间构建空间三维导电网络,提高了电解质/电极材料界面的电荷转移速率,改善了LiFePO_4的电化学性能。电化学测试结果表明,在0.1C时LiFePO_4的放电比容量为155mAh/g,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量为164mAh/g;1C和2C倍率时,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量分别为140,119mAh/g。