锌掺杂正极材料尖晶石LiMn_2O_4的制备及电化学性能

为改善锂离子电池正极材料LiMn2O4的电化学循环性能,以乙酸锂、乙酸锰和乙酸锌为原料,采用固相法制备了LiMn2-xZnxO4(x=0.02、0.04、0.06),并与未掺杂的LiMn2O4进行性能比较。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明所制备的LiMn2-xZnxO4具有与LiMn2O4同样的尖晶石结构,锌的掺入细化了尖晶石颗粒,增强了Li+在固相中的扩散能力。电化学测试结果显示锌掺杂能抑制LiMn2O4的电化学容量衰减现象,使其循环性能得到显著提高。其中LiMn1.96Zn0.04O4表现出最佳的循环性能,循环20次后放电容量可保持在106.6mAh/g。     

尖晶石型LiMn_2O_4阴极材料电化学性能研究

利用柠檬酸络合法制备锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2 O4,利用X射线衍射、循环伏安、充放电测试、交流阻抗等手段对它进行了研究。发现活性物质在不同的电位下具有不同的电化学特征 ,电位处在平台区时与处在非平台区时相比 ,交流阻抗谱明显不同。电位处于非充放电平台区时 ,高频表现为锂离子电极材料中的固态扩散 ,在充放电平台区时 ,高频表现为电子到达活性物质的通道的阻抗。     

尖晶石LiMn_2O_4的掺杂工艺研究进展

尖晶石LiMn_2O_4在充放电及存储过程中,特别是在高温存储和使用中,存在锰溶解严重、循环稳定性差、容量衰减过快等问题,因此需要对其进行掺杂改性。介绍了LiMn_2O_4掺杂改性的原理及分类,综述了用不同金属阳离子、聚合阴离子、稀土离子、复合离子对其进行掺杂改性的研究进展。     

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。     

锂离子电池正极材料LiMn_2O_4制备新工艺

采用球磨湿混和旋转合成相结合的新工艺来制备锂离子电池正极材料ＬｉＭｎ２Ｏ４,并对制备的材料进行了粒度、化学成分以及电化学性能测试．制备的ＬｉＭｎ２Ｏ４为正尖晶石结构,而且物质纯净．同一批次制备的材料化学成分均匀,粉末粒度分布范围窄,中粒径为１０．６７μｍ,首次充电容量为１２４ｍＡｈ／ｇ,放电容量为１１５ｍＡｈ／ｇ．循环次数达３０次时,放电容量还大于１００ｍＡｈ／ｇ,循环稳定性良好．球磨湿混工艺能将原料混合均匀,并能有效地使原料粒度细化而且粒度均匀．旋转合成工艺能使反应物和反应产物的温度均匀、粒度均匀、晶型结构与成分均匀．球磨湿混和旋转合成相结合的固相合成新工艺能制备出电化学性能性能良好的ＬｉＭｎ２Ｏ４     

静电纺丝法制备尖晶石型LiMn_2O_4纳米纤维锂离子电池正极材料

通过静电纺丝法成功制备出尖晶石型LiMn_2O_4纳米纤维前驱丝,进一步在600~800℃之间对纳米纤维前驱丝进行煅烧,在700℃得到表面光滑且结晶度良好的LiMn_2O_4纳米纤维材料。通过X射线衍射可知LiMn_2O_4的结构为尖晶石型;通过扫描电镜发现LiMn_2O_4的直径约为350nm;再将LiMn_2O_4正极材料组装成扣式电池,通过测试其充放电性能,可知LiMn_2O_4正极材料在0.1C倍率下的首次充放电比容量分别为114.1和112mAh/g,在1C、2C、5C和10C倍率下的放电比容量分别为109.1、101.9、91.3和80.6mAh/g,而且在1C倍率下循环100次之后,容量保持率为92.7%;循环伏安曲线表明其两对氧化还原峰为3.92/4.10V和4.05/4.22V,是典型的尖晶石型LiMn_2O_4材料,且循环性能良好;由交流阻抗图谱可知LiMn_2O_4样品的电荷转移阻抗约为622.21Ω。     

LiMn_2O_4的制备及其电化学性能研究

通过一种全新的固相法合成尖晶石LiMn_2O_4,先制得Mn_3O_4,再由制得的Mn_3O_4和LiCO_3合成LiMn_2O_4正极材料。对由此方法得到的尖晶石LiMn_2O_4的结构和电化学性能进行了研究。通过X射线衍射仪(XRD)和电子扫描电镜(SEM)分析表明,所制材料为纯相尖晶石LiMn_2O_4,颗粒均匀,无杂质相;通过电化学性能测试表明,该尖晶石LiMn_2O_4具有良好的电化学性能:首次充放电比容量为120.7mAh/g(0.5C,3.5~4.3V),经过100次充放电循环后,放电比容量为118mAh/g,容量保持率为97.8%。     

LiMn_2O_4正极材料的制备及电化学性能研究

以氢氧化锂(LiOH·H_2O)和乙酸锰[Mn(CH_3COOH)_2·4H_2O]为锂源和锰源,柠檬酸(C_6H_8O_7·H_2O)为络合剂,用喷雾干燥法制得球形前驱体,经煅烧制得尖晶石型锰酸锂(LiMn_2O_4)。用XRD、SEM、恒流充放电和循环伏安对制得的材料进行表征。结果表明,在空气气氛下,经400℃煅烧,无定形的前驱体完全转化为LiMn_2O_4。当煅烧温度升至700℃时,样品的电化学性能最好,此时LiMn_2O_4呈多孔的微米球形,粒径分布为2.0~3.5μm,孔壁由25~52nm的晶粒组成。在0.2C下,电压范围在3.0~4.5V的首次放电比容量为116mAh/g,30次循环后的容量保持率为100%,具有很好的循环稳定性。     

烧结温度对LiMn_2O_4基502030锂离子电池电化学性能的影响

为了研究不同烧结温度对La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3@LiMn_2O_4(LLMO)材料电化学性能的影响,采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行表征,将LLMO材料制作成502030型软包锂离子电池,测试其电化学性能。XRD结果表明,La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3包覆后的材料没有其它衍射峰,说明质量分数为1.0%的La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3包覆并没有改变LiMn_2O_4结构;TEM表明烧结温度为500℃时,表面包覆分布均匀,涂层厚度约为80nm。对材料进行电化学性能测试,测试结果表明,纯相LiMn_2O_4首次充放电(0.1C倍率)效率为85.97%,循环400周后容量保持率为82.09%;500℃热处理的样品首次充放电效率为98.74%,循环400周后容量保持率为88.89%。实验结果表明,经过包覆后LiMn_2O_4材料的电化学性能得到了明显的提高。     

La~(3+)掺杂尖晶石LiMn_2O_4的第一性原理研究

采用第一性原理,研究了La~(3+)掺杂尖晶石LiMn_2O_4的电子态密度、原子布局、电荷密度等。结果表明,La~(3+)掺杂后体系结构稳定,带隙降低、费米附近能带数增加,费米能由-1.50eV增加到-0.86eV,平均电压提高,充放电速率提高;总态密度中O、Mn、La提供的能量高,其形成的化学键强度大,空间构架稳固,晶体塌陷的几率低;形成能为负值,La—O、Mn—O键长较短,共价性强,键稳定不易断裂,循环稳定性提高;LiLa_(0.125)Mn_(1.875)O_4理论容量比LiMn_2O_4高。     

溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料LiMn_2O_4

以醋酸锰、硝酸锂为原料,采用乙二胺四乙酸-柠檬酸(EDTA-CA)络合法,制备了正尖晶石型LiMn2O4超细粉末晶体。应用TG-DSC,XRD,CV及恒流充放电测试等手段对前躯体及LiMn2O4粉体进行性能表征,确定了其最终的合成温度为600℃。常温下,组装成半电池,初始放电容量为120.2mAh/g,循环50次后容量保持在70%左右。     

多孔球状LiMn_2O_4的制备及其电化学性能研究

采用温和的制备方法成功制备出多孔球状LiMn_2O_4,首先制得MnCO_3和MnO_2混合微球前驱体,随后将前驱体与LiNO3混合均匀合成多孔球状LiMn_2O_4。通过X射线衍射仪和扫描电镜分析表明:所制得材料为纯相尖晶石LiMn_2O_4、无杂质相且所制备LiMn_2O_4呈现出多孔的球状结构形貌;电化学性能测试表明:该多孔球状LiMn_2O_4具有优异的电化学性能,多孔球状LiMn_2O_4的首次充放电比容量为118.9mAh/g(0.5C,3.5~4.3V),经过100次充放电循环后,放电比容量为108.6mAh/g,容量保持率为91.3%;在5C的倍率下多孔球状LiMn_2O_4的放电容量可达70mAh/g。     

以Mn_3O_4为前驱体的LiMn_2O_4及其电化学性能

对传统的固相反应进行了改进,以控制结晶法合成出来的Ｍｎ３Ｏ４为前驱体,和ＬｉＯＨ混合煅烧,制备出锂离子电池正极活性材料尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４。对由此方法得到的尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４的结构和电化学性能进行了研究．通过Ｘ光衍射和扫描电镜分析表明,该材料为纯相尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４,不含其它杂质相,而且晶粒大小比较均匀;通过电化学性能测试表明,该尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４具有良好的电化学性能：其首次放电比容量为１２８ｍＡｈ／ｇ,经过１０次充放电循环后,其放电比容量仍有 １２４ｍＡｈ／ｇ．     

溶胶-凝胶法制备尖晶石型LiMn_2O_4正极材料

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料锂锰氧化物。以Mn(NO3)2(50%)、LiOH·2H2O为原料,以柠檬酸为螯合剂制得前驱体,400℃预烧6h,再经750、850℃分别焙烧并保温6h得到粉体产物。XRD分析表明,所合成的产物为尖晶石型LiMn2O4;SEM观察结果表明,合成产物颗粒均匀,形貌规则。用其组装的电池经恒电流充放电测试,表明其初始比容量可达118.76mAh/g,具有良好的循环性能。     

不同方法制备的Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料的电化学性能

为了探索制备方法对锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料电化学性能的影响,以硝酸铝[Al(NO_3)_3·9H_2O]和锰酸锂为原料,分别通过溶胶-凝胶法、水热法和微乳液法制备了Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)对试样的表面形貌进行了表征,采用充放电和循环寿命测试等方法研究了试样的电化学性能。结果表明:少量的Al_2O_3包覆对LiMn_2O_4材料的晶体结构并没有影响;溶胶-凝胶法制备的Al_2O_3涂层为无序二维纳米状的网络结构,水热法为纳米片状,微乳液法为棉花絮状,且不能完全包覆;包覆后的试样首次放电比容量都有所下降,但其具有较好的循环性能,其中,以溶胶-凝胶法制备的试样在25℃、1 C条件下循环450周,容量保持率为86.53%;55℃,1 C循环200周的容量保持率为85.46%;而纯相LiMn_2O_4在25,55℃条件下的容量保持率仅分别为57.84%,52.88%。     

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。     

Mn2+、Ti4+掺杂对Li2FeSiO4/C正极材料电化学性能的影响

针对锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4导电率和锂离子扩散率低的缺点,采用溶胶凝胶-微波法合成纳米复合材料硅酸亚铁锂(Li_2FeSiO_4/C)正极材料。借助X射线衍射、扫描电镜和电化学方法,表征了Mn~(2+)、Ti~(4+)掺杂对Li_2FeSiO_4结构、微观形貌及电化学性能的影响。结果表明:当Mn~(2+)取代量x=0～0.15时,充放电比容量逐渐增加,x=0.15时,充放比电容量高达172.9mA·h/g(y=0.05,152.1mAh/g);但当Mn~(2+)取代量x=0.20时,充(放)电容量降至118.5mA·h/g(110.9mA·h/g)。Ti~(4+)掺杂优选条件为Li_2Fe_(0.85)Mn_(0.15)SiO_4测试后发现最终合成较优的LiFe_(0.80)Mn_(0.15)Ti_(0.05)SiO_4(y=0.05)首次充(放)电比容量高达178.2mA·h/g(166.7mA·h/g),并且在0.1C倍率下循环20次后容量保持率可达96.4%。     

[Li,La]TiO_3包覆锂离子电池用正极材料LiMn_2O_4的电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法在锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料表面包覆一层[Li,La]TiO_3(LLTO),通过XRD、SEM、EDS等对LLTO包覆LiMn_2O_4材料的晶体结构、形貌及组成元素进行表征分析,并对其电化学性能进行了研究。结果表明:改性后的尖晶石LiMn_2O_4无杂相出现,循环性能稳定;在1C电流倍率条件下循环200次后,1.5%LLTO包覆的LiMn_2O_4材料在所有改性样品中循环性能最佳,其比容量为106.1mAh/g,高于空白LiMn_2O_4的92.7mAh/g,容量保持率高达90.8%,高于空白LiMn_2O_4的74.1%。     

MnO_2包覆尖晶石型LiMn_2O_4的改性研究

使用MnO_2对尖晶石型LiMn_2O_4材料进行了包覆改性研究,以简单的工艺流程合成了MnO_2包覆的LiMn_2O_4材料,具有一定的商业价值,此外对合成的材料进行了XRD、SEM以及电化学性能测试,结果表明MnO_2的包覆能够很好地抑制尖晶石型LiMn_2O_4材料在充放电过程中由于因Mn溶解所造成的容量衰减问题,同时高温下(55℃)在50个循环后,其容量保持率达到了94.2%,循环性能优异,此外对其进行了EIS测试,结果显示MnO_2的包覆能够有效地降低材料的电荷转移阻抗.     

自模板法制备球形LiMn_2O_4及其电化学性能研究

利用液相沉淀法制备MnCO_3前驱体,该前驱体为球形,且分散均匀。利用MnCO_3前驱体作为自模板进一步制备球形LiMn_2O_4,通过优化制备条件,采用X射线衍射仪、扫描电镜和恒电流充放电测试对球形LiMn_2O_4进行测试。结果表明:煅烧温度对材料的结构、形貌以及电化学性能有影响。当煅烧温度为700℃,煅烧时间为8h时可制得结构良好的LiMn_2O_4,其分散性较好,形貌为中空球形。在0.2C倍率下进行充放电测试,首次放电容量可以达到123.6mAh/g,30次循环后容量保持率为93.12%,展现了良好的电化学性能。