锂离子电池正极材料LiMn_(0.5)Ni_(0.5-x)Co_xO_2的制备及电化学性能

以氢氧化物共沉淀法合成前驱体,氢氧化锂为锂源,通过高温煅烧合成了锂离子电池正极材料LiMn_(0.5)Ni_(0.5-x)Co_xO_2(x=0、0.1、0.2)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电测试、循环伏安法(CV)及电化学交流阻抗谱(EIS)技术对制备条件和钴掺杂量进行了研究。结果表明,所制材料均具有良好的α-NaFeO_2层状结构;当pH=10.5,煅烧温度为850℃,x=0.1时,所制备LiMn_(0.5)Ni_(0.4)Co_(0.1)O_2材料0.2C放电容量达155mAh/g,5C放电容量仍达110mAh/g,0.2C倍率下循环50次后的容量保持率达98%。     

(1-x)CaTiO3-xLi1/2Sm1/2TiO3陶瓷的微波介电性能研究

采用固相法制备了(1-x)CaTiO3-x(Li1/2Sm1/2)TiO3系列微波介质陶瓷材料,研究了该体系的相组成、烧结性能和微波介电性能之间的关系.结果表明:在x=0.1～0.9mol范围内,(1-x)CaTiO3-x(Li1/2Sm1/2)TiO3体系均形成了单一的斜方钙钛矿结构;x=0.1～0.5和x=0.6～0.9组分的最佳烧结温度分别为1250和1300°C;介电常数εr、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值、谐振频率温度系数Tf均随着x的增大而减小.当x=0.7时, 1300°C下保温5h烧结得到的材料的微波介电性能为: εr=116.5,Qf=3254GHz,Tf=42.43 ×106/°C.     

La0.7-xPrxZr0.1Mg0.2Ni2.75Co0.45Fe0.1Al0.2 (x=0.00,0.05,0.10, 0.15,0.20)合金储氢及电化学性能研究

在Ar气保护下,采用高频感应悬浮炉制备La0.7-xPrxZr0.1Mg0.2Ni2.75Co0.45Fe0.1Al0.2(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20)合金,研究Pr替代La对合金电极电化学性能的影响。结果显示,所有合金主要由LaNi5和La2Ni7相组成,以Pr替代La后,LaNi5相和La2Ni7合金相的晶胞收缩,导致氢原子在合金电极体内扩散受限,合金电极的动力学性能下降。但由于Pr的抗腐蚀作用,合金电极循环稳定性增加,经过200次充放电循环后容量保持率分别从66.2%(x=0.00)逐渐增加到69.5%(x=0.05)、73.2%(x=0.10)、74.0%(x=0.15)和75.1%(x=0.20)。     

共沉淀法制备锂离子正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2

采用化学共沉淀法,以硫酸盐为原料,氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,制备得到颗粒均匀的镍钴锰氢氧化物Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体,通过跟Li_2CO_3混合烧结后得到类球形的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。采用热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品的结构、形貌、粒径分布进行表征,并利用恒流充放电测试对材料的电化学性能进行了分析。结果表明,在pH值=11.5的条件下制备得到的前驱体,与Li2CO3混合后,900℃下烧结后的正极材料,球形形貌规整,具有层状结构和优异的电化学性能,首次放电比容量达159mAh/g,60次充放电循环后放电比容量为147.1mAh/g,容量保持率为92%。可见所制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料具有高放电比容量、良好的循环性能和结构稳定性。     

锂电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备与性能

运用"溶胶-喷雾干燥-煅烧"新技术合成了正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,采用XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了煅烧温度对所制材料结构和电性能的影响。结果表明,在750~850℃都可制备得到纯相LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。其中,800℃所合成样品具有适宜的晶粒大小、最佳的晶化程度和阳离子有序度,最小的电荷传递阻抗,最大的锂离子扩散系数和最佳的电化学表现。该样品0.2C首次放电容量达到189.1mAh·g-1,以5C循环的放电比容量仍可达到136mAh·g-1,第30周0.2C放电容量达初始容量的97.5%,显示出高容量、良好的倍率与循环性能。     

固相法制备LiMnPO4/C及其电化学性能的研究

分别采用传统高温固相法、以表面活性剂辅助所制NH4MnPO4·H2O为前驱体的高温固相法合成了LiMnPO4/C材料,运用XRD、SEM、充放电测试、电化学交流阻抗频谱(EIS)等表征手段考察了不同制备方法对材料结构与性能的影响。结果表明,以表面活性剂辅助所制NH4MnPO4·H2O前驱体来合成LiMnPO4/C材料,可以显著减小初始晶粒尺寸至约30nm。表面活性剂种类对二次颗粒的形貌、结构和电性能有显著影响。以P123为辅助表活剂时,所制材料确保了小晶粒与低团聚的结构特性,有利于其与锂盐高温反应时得到相更纯、晶面生长更优、晶化度更高、与电解液接触面积更大、锂离子扩散更容易、电性能更优的LiMnPO4/C材料。该材料0.2C容量达116.6mAh/g,5C放电容量达79.8mAh/g,且在各倍率下均保持优良循环稳定性。     

Co~(3+)的掺杂对LiMn_2O_4电化学性能的影响

使用Li(AC)、Mn(AC)2和Co2O3为原料,通过高温固相两段烧结合成法合成了LiCoxMn2-xO4(x=0;0.1;0.2;0.3)锂离子二次电池正极材料。合成条件:n(Li)∶n(Mn)∶n(Co)=1.2∶2-x∶x,首次烧结温度450℃,烧结时间6h;二次烧结温度750℃,煅烧时间为72h。对合成材料进行了XRD结构表征、SEM表面形貌表征和充放电测试及循环伏安测试。结果表明:合成a、b、c、d 4组样品为尖晶石结构,合成产物无杂质,结晶度较高;样品粉末的SEM图表明:尖晶石LiCoxMn2-xO4颗粒表面形貌为球形结构,没有尖锐突起,颗粒大小为400nm左右。掺杂Co3+合成的正极材料在充放电倍率为0.2C时,首次充放电容量分别为:82mAh/g、80mAh/g;经过50次循环时,充放电容量分别为80mAh/g、79mAh/g。在充放电倍率为0.5C时,首次充放电容量分别为72mAh/g、70mAh/g,经过50次循环时,充放电容量分别为70mAh/g、69mAh/g。     

层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13-xAlx]O2的合成及其电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成层状正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13-xAlx]O2(x=0,0.05,0.13)。用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对产物的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:采用溶胶-凝胶法在900℃空气氛围下煅烧12h制备的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.08Al0.05]O2晶型较好,具有α-NaFeO2型层状结构。室温,2.0～4.8V下,0.1C倍率下最高放电比容量达到268.3mAh/g,0.2C倍率下循环50次后比容量依然高达238.1mAh/g,具有良好的电化学性能。     

多元系（1-x）PZT-x（0.2PFN-0.2PZN-0.6PNN）铁电陶瓷的微结构和性能

通过设计组分制备出综合性能优异的铁电陶瓷（1-x）PZT-x（0.2PFN-0.2PZN-0.6PNN）（x取0.1、0.2、0.3、0.4和0.5）,确定其准同型相界,并研究了铁电畴结构与材料宏观性能的关系。XRD结果表明,随着A（B′B″）O3型弛豫铁电成分含量的增加材料由四方相向三方相转变;透射电镜结果显示,样品的铁电畴由较大的鲱鱼骨状畴逐渐变为弥散的畴结构形态,畴结构的变化对材料的性能产生很大影响。介电温谱表明,随x增大居里温度逐渐降低,x≥0.3时材料表现出弛豫铁电体的性质,x=0.3时室温介电常数达到最大值3050。x=0.2时材料表现出优良的介电、压电和铁电性能,压电系数取最大值485pC/N,剩余极化强度达最大值37μC/cm2,居里温度对应的介电常数达最大值22000。综上所述,该体系材料的准同型相界位于0.2～0.3。     

锂快离子导体Li1+2x+2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12系统的研究

以LiTi2(PO4)3为基以天然高岭石为起始原料,经高温固相反应(～900℃)制得了一系列新的锂快离子导体材料Li1+2x+ 2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO1 2(以下简称Ti-Mg-Lisicon).系统的合成温度随x和y值的增大而降低.应用交流阻抗技术测定的电导率数据结果表明x=0.1,y=0.1的合成物的室温电导率最好为1.01×10-4S/cm,而400℃时x=0.1,y=0.3的合成物的电导率最大,为2.53×10-2S/cm.XRD分析结果表明在x=0.1,y≤0.8;x=0.2,y≤0.6的组成范围内均能得到空间群为R3c的合成物.     

采用空气气氛合成的锂镍钴氧正极材料的性能

用控制结晶法合成了类似球形、颗粒细小的(Ni0.8Co0.2)2(OH)2CO3*4H2O前驱体,对前驱体二次干燥后,再与LiOH*H2O混合、研磨高温烧结,在空气气氛下合成了LiNi0.8Co0.2O2正极材料.采用正交实验对反应时间及锂配比因素进行了优化;同时也进行了XRD、 EIS及SEM等相关表征研究.结果表明:在750℃下烧结时,当Li/(Ni+Co)配比为1.05,烧结15h时得到的锂镍钴氧化合物性能最优;在0.1C,2.7～4.3V的条件下充放电,首次放电比容量达到179.2mAh/g.循环10次后容量变为167mAh/g,容量保持率为93%.     

锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Mo0.05O2的制备与性能

利用具有低共熔组成的LiOH-LiNO3混合锂盐体系,与高密度前驱体混合,经3阶段恒温烧结制备出高密度锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Mo0.05O2。X射线衍射分析表明合成的材料具有规整的层状α-NaFeO2结构。SEM显示材料的颗粒均匀。电性能测试表明,在0.2C放电倍率和3.0～4.3V的电压范围内,LiNi0.8Co0.15-Mo0.05O2首次放电比容量达175mAh/g,且具有良好的循环性能。     

钒、氟掺杂对正极材料LiFePO_4/C电化学性能的影响

以FeC_2O_4·2H_2O、NH4H2PO4为原料,蔗糖为有机碳源,通过V5+和F-离子掺杂高温固相法制备LiFe(1-x)VxPO4(1-y)F3y/C(x=0,y=0;x=0.025,y=0;x=0,y=0.01;x=0.025,y=0.01)正极材料。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对材料的结构和形貌进行表征。结果表明:V5+和F-均匀地掺入了LiFePO_4晶格中,材料的晶体结构以及形貌没有发生改变,仍为橄榄石型结构。在充放电电压为2.4~4.2V,对所合成的样品进行电化学性能测试。其中LiFe0.975V0.025(PO4)0.99F0.03正极材料在不同倍率下具有最佳充放电比容量,在0.1、0.2、0.5和1.0C倍率下的首次放电比容量分别为159.3、156.8、153.1和150.9mAh/g不同倍率下经过63次循环后容量保持率为94.73%,展现出良好的倍率循环性能。     

掺杂ZrO_2对(Pb,Ca)(Fe,Nb)O_3陶瓷微波特性的影响

研究了 B位 Zr掺杂对 (Pb0.45Ca0.55)(Fe1/2Nb1/2)O_3 (PCFN)陶瓷的烧结行为、 微观结构及微波介电性能的影响。试验结果表明 ,PCFNZ陶瓷能在相对较低的温度下烧结 (12000C/2h),在 x=0.025时 ,有较高的 Q· f值 ,它的微波介电性能 :Q· f=9828GHz,ε r=91,τ f=9ppm/0C,用这种材料做成的带通滤波器在中心频率为 928.4MHz下 ,插入损耗为 2.469dB,满足插入损耗应小于 3dB的要求。     

LiNi1-xCoxO2正极材料的合成与电化学性能研究

以Ni1-xCox(OH)2和LiOH·H2O为原料,采用软化学法在空气气氛中于700℃煅烧16h合成出层状LiNi1-xCoxO2正极材料,研究了不同掺钴量对材料的结构和电化学性能的影响,并用XRD及电性能测试考察了所得材料的结构与电化学性能.结果表明:低掺钴量(x≤0.1)时易生成无电化学活性的Li2Ni8O10化合物,高掺钴量(0.2≤x≤0.4)可促进LiNi1-xCoxO2层状结构的生成,有效减少阳离子混排及非化学计量产物的生成.电性能测试结果表明,掺钴量为0.3时的样品LiNi0.7Co0.3O2表现出最好的电化学性能,首次放电容量为172.5mAh/g,40次循环容量保持率达95%,显示较好的循环稳定性.     

Fe部分取代Co对La_(0.7)Zr_(0.1)Mg_(0.2)Ni_(2.75)Co_(0.75-x)Fe_x(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金储氢性能的影响

在氩气保护下,采用磁悬浮感应熔炼方法制备La0.7Zr0.1Mg0.2Ni2.75Co0.75-x Fex(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金,并研究Fe取代Co对La0.7Zr0.1Mg0.2Ni2.75Co0.75-x Fex(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金储氢性能及电化学性能的影响。结果表明:合金主要由LaNi5和La2Ni7相组成,随着Fe含量的增加,LaNi5和La2Ni7相的晶胞体积逐渐增大,且合金中依次出现ZrFe2相(x≥0.05)和La7Ni3相(x≥0.1)。适量的Fe取代Co,不仅能提高La0.7Zr0.1-Mg0.2Ni2.75Co0.75-x Fex(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金的储氢容量,降低合金的放氢平台压,改善合金氢化物的稳定性,而且能延长合金电极的循环寿命,提高合金电极的高倍率放电性能。     

Li2ZrO3包覆锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的制备及其电化学性能

富锂锰基材料因其具有较高的充放电比容量而备受关注。针对其首次库仑效率低、循环和倍率性能差的问题,将具有三维Li^+通道的锂离子导体Li2ZrO3引入至富锂锰基正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的表面对其进行包覆改性研究。通过XRD,TEM,SEM,EDS综合分析可知:Li2ZrO3成功包覆到样品表面。包覆层厚度为3 nm(包覆量1%,质量分数)时复合材料的电化学性能得到显著提升。0.1 C(1 C=200 mAh·g^-1)倍率下首次放电比容量可达271.5 mAh·g^-1,库仑效率为72.4%,降低了首次不可逆容量损失;0.5 C下循环100周次后放电比容量为191.5 mAh·g^-1,容量保持率为89.5%,5 C倍率放电比容量为75 mAh·g^-1,倍率性能提升。适当厚度的均匀Li2ZrO3包覆层可在样品表面形成核壳结构使样品更稳定,减少表面副反应,阻止生成较厚SEI膜,这得益于Li2ZrO3本身的高电导率、高电化学稳定性和较好的锂离子传导性。     

快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆LiMn_2O_4正极材料的结构和电化学性能

为进一步提高动力电池正极材料锰酸锂(LiMn_2O_4)的循环稳定性,通过溶胶-凝胶法用快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3作为包覆材料对LiMn_2O_4进行表面修饰,探讨了不同包覆量对复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的微观结构以及形貌进行表征。结果表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的包覆并没有改变LiMn_2O_4晶体结构及空间构型;相比纯的LiMn_2O_4样品,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品颗粒表面较为粗糙;涂层为薄膜状结构,均匀且完全包覆在LiMn_2O_4颗粒的表面。利用电化学测试方法测试其电化学性能,测试结果表明,当La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆量为5%时,具有较好的电化学性能,首次放电比容量为127.4 m A·h/g(0.1 C),25℃循环400次后容量保持率为91.2%,55℃循环100次后容量保持率为91.1%;与未经表面修饰的样品相比,其首次放电比容量为119.1 m A·h/g(0.1 C),400次的容量保持率为61.9%,100次容量保持率为77.9%,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品的电化学性能尤其是循环性能得到明显的提高。     

共沉淀法合成球形正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(x=0.2、0.4、0.6)及其性能研究

以氨水作为络合剂,采用氢氧化物共沉淀法合成了球形富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(x=0.2、0.4和0.6),并对合成的不同组分样品材料的化学成分、结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,样品材料的化学组分与其理论含量相同,随着x 的增大,材料的粒度变小,在电压范围为2.5~4.6V条件下进行充放电性能测试时,材料的首次充放电容量随着x 值减小而增加,且当x=0.2时,材料在不同倍率条件下具有最大的放电容量。     

草酸盐共沉淀法合成锂离子电池LiNixMn0.8-xCo0.2O2（x=0.4,0.5）正极材料及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法,结合高温固相反应法,合成了LiNix Mn0.8-x Co0.2O2(x=0.4,0.5)粉末材料,考察了焙烧时间和镍含量对LiNix Mn0.8-x Co0.2O2(x=0.4,0.5)结构与性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电测试方法等表征了材料的结构与性能。结果表明,800℃焙烧20h制备的LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2具有良好的层状结构和综合电化学性能,阳离子混排程度小、六角晶格有序性好。0.2C倍率首次入放电容量为151mAh/g,循环20次后放电容量为148.4mAh/g。SEM结果表明LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2是由0.5μm的一次颗粒组成,LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2材料由0.5μm的一次颗粒团聚而成约8μm的二次颗粒组成。