高温固相法再生废旧磷酸铁锂电池正极材料

通过强碱溶液浸泡过程分离废旧磷酸铁锂(LiFePO₄)电池中的正极材料与铝箔集流体,经过热处理、砂磨混合和高温焙烧实现了LiFePO₄的再生利用。采用XRD、SEM对再生样品的物相和形貌进行表征,结果表明,再生LiFePO₄材料颗粒分布在纳米尺度下,粒径分布均匀,无团聚现象。电化学性能测试结果表明,在0.1C和5C电流密度下,再生LiFePO₄放电比容量分别为165.2 和101.5 mAh/g; 在1C倍率下循环100次后,材料容量为150.1 mAh/g,保持率为97.85%,表现出较好的倍率和循环性能。该再生工艺简单、合成的材料电化学性能良好,为加快废旧磷酸铁锂电池回收和再生提供了新的借鉴。     

铝掺杂对高镍无钴LiNi0.95Mn0.05O2正极材料结构与性能的影响

采用固相法合成了铝掺杂的层状高镍无钴LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料,并利用结构分析方法和电化学测试手段研究了铝掺杂对LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,Al均匀地掺杂到了正极材料二次颗粒体相中,不仅使材料晶胞参数发生了变化,还降低了材料的Li⁺/Ni²⁺混排程度。掺杂1%铝可以提高材料的长循环性能,这归因于掺杂样品中的Al能有效抑制材料在充电过程中的H2→H3相变程度。相比于未掺杂的样品,铝掺杂样品在1C、2.7~4.3 V的测试条件下循环300圈后,其容量保持率提高了11.3%。但Al³⁺的非电化学活性会降低材料的倍率性能。     

铌掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料结构和电化学性能的影响

通过高温固相法合成铌掺杂Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_1-xNb_xO₂(x=0,0.01,0.02,0.03)正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学测试手段分析铌掺杂的影响。结果显示,铌掺杂没有改变材料的α-NaFeO₂层状结构;充放电循环结果显示Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_0.98Nb0.02O2在1C充放电倍率、电压为3.0~4.3 V条件下,经过50周循环后的容量保持率为95.9%,而没有经过掺杂处理材料的容量保持率为85.3%;交流阻抗测试结果证明了铌掺杂可以降低材料的电化学阻抗,从而提高材料电化学性能。     

掺Sr制备高压实型NCM523正极材料

以Li₂CO₃和Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂为原料, 采用高温固相烧结法, 合成高压实型NCM523正极材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压实密度及充放电测试等方法, 对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征, 研究了掺杂Sr元素对三元正极材料性能的影响。实验结果表明, 掺Sr后, 三元正极材料的一次颗粒和晶胞体积增大; 掺杂样品的压实密度达到3.70 g/cm3, 比未掺杂样品提高7.2%左右。掺Sr量为0.10%的样品, 1C下比容量达到154 mAh/g, 体积比能量密度比未掺杂样品高8%, 100周循环后, 所合成的高压实型NCM523材料的容量保持率达到94.2%。     

La/Y比对A2B7型La-Y-Ni储氢合金性能的影响

采用真空熔炼法制备了不同La/Y比的A₂B₇型La_xY_3-xNi_9.7Mn_0.5Al_0.3(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)储氢合金。通过XRD、SEM、气相PCT曲线和电化学充放电循环曲线测试等方法,系统研究了A侧Y元素部分替代La元素对合金相结构和合金性能的影响。结果表明,制备的合金主相为Ce₂Ni₇相,同时还含有少量Gd₂Co₇相、PuNi₃相和LaNi₅相。主相Ce₂Ni₇相丰度随着La/Y比增加而逐渐增大,当La/Y比为1∶2时,LaY₂Ni_9.7Mn_0.5Al_0.3合金吸氢量最大,为1.317%。经过150次充放电循环,LaY₂N...     

高温固相法制备LiMn0.98 Mg0.02 PO4/C材料及其性能研究

采用高温固相法制备了LiMn0.98Mg0.02PO4/C材料,通过XRD,SEM,恒流充放电和循环伏安等测试方法,研究了在不同煅烧温度下合成的LiMn0.98Mg0.02PO4/C材料的结构和电化学性能.结果表明:在700～850℃温度范围内,煅烧时间为10 h的条件下,获得的材料均具有单一相橄榄石型结构.随着煅烧温度的升高,颗粒尺寸变大,形貌改变,且发生团聚.经750℃处理的材料具有较好的综合电化学性能,放电平台较高,以0.05C电流充放,放电比容量可以达到100mA·h/g,30次循环后,容量保持率为73,.     

高温固相法制备LiMn_(0.98)Mg_(0.02)PO_4/C材料及其性能研究

采用高温固相法制备了LiMn0.98Mg0.02PO4/C材料,通过XRD,SEM,恒流充放电和循环伏安等测试方法,研究了在不同煅烧温度下合成的LiMn0.98Mg0.02PO4/C材料的结构和电化学性能.结果表明:在700~850℃温度范围内,煅烧时间为10h的条件下,获得的材料均具有单一相橄榄石型结构.随着煅烧温度的升高,颗粒尺寸变大,形貌改变,且发生团聚.经750℃处理的材料具有较好的综合电化学性能,放电平台较高,以0.05C电流充放,放电比容量可以达到100mA·h/g,30次循环后,容量保持率为73%.     

硼掺杂对LiNi0.825Co0.115Mn0.06O2高镍正极材料微观形貌及电化学性能的影响

采用高温固相法合成了硼掺杂LiNi_0.825Co_0.115Mn_0.06O₂高镍正极材料,并研究了硼掺杂量对LiNi_0.825Co_0.115Mn_0.06O₂正极材料微观形貌结构、电化学性能的影响。结果表明,经过硼掺杂后,材料的一次颗粒形貌由原来的类椭球状变为成径向排列的放射状,并且随硼掺杂量增加改变更加明显; 电化学性能测试发现,适量硼掺杂能够有效提高材料的循环性能; 1%硼掺杂的材料在2.7~4.3 V电压区间、2C倍率下充放电循环300圈后,容量保持率仍有91.46%,比未掺杂样品的容量保持率高5个百分点。     

Ni,Cr掺杂对LiFePO_4/C电化学性能的影响

采用二步固相反应在惰性气氛下合成了橄榄石型LiFe0.98M0.02PO4/C(M=Ni,Cr)复合正极材料.通过XRD,SEM及电化学测试等手段对材料的性能进行分析.研究结果表明:少量Ni 2+,Cr3+的掺杂虽然未改变LiFePO4晶体结构,但改善了材料的颗粒形貌,降低了粒径(粒径约200nm),增强了LiFe0.98M0.02PO4/C材料的导电能力,比未掺杂的LiFePO4/C具有更好的电化学性能.在2.5~4.2V下充放电,LiFe0.98Cr0.02PO4/C材料0.2C的首次放电比容量为146.7mA·h·g-1,循环50次的容量保持率为98.1%,10C放电比容量达116.3mA·h·g-1.     

LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片正极材料的水热合成及其电化学性能

采用乙二醇辅助的水热法合成了锂离子电池LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片正极材料,并采用X射线衍射(XRD)及其Rietveld精修和扫描电子显微镜(SEM)研究了材料的结构与形貌;采用循环伏安(CV)和充放电测试研究了材料的电化学性能。XRD及其Rietveld精修表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片具有与LiMnPO4类似的结构,无杂质峰。SEM表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C的形貌为片层状结构。CV表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C存在Mn2 /Mn3 和Fe2 /Fe3 两步转化过程。充放电测试结果表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片具有较好的倍率容量和循环稳定性。5C倍率放电时,100次循环的容量仍高达115.8 mAh/g左右,容量保有率为95.8%。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

温和条件下制备掺Ti4+磷酸铁的研究

为提高LiFePO₄的电性能，将LiFePO₄掺杂工序前置至磷酸铁的合成阶段，在磷酸铁的制备过程中添加Ti⁴⁺制备掺Ti4+磷酸铁。结果显示：Ti⁴⁺可以取代Fe³⁺进入磷酸铁晶格中；Ti⁴⁺掺入量的增加将会影响磷酸铁晶体的晶面间距，使得（002）晶面间距显著增大，且当Ti⁴⁺掺杂量为0.5%时，对磷酸铁晶面间距影响最大；晶面间距增大，有利于锂离子的脱嵌，磷酸铁锂的电性能增强；掺Ti⁴⁺的磷酸铁较未掺杂时，在600 ℃时出现了明显的晶型转变的吸热峰；掺Ti⁴⁺的磷酸铁的比表面积较未掺杂磷酸铁的比表面积显著提高，这说明掺Ti⁴⁺磷酸铁的化学活性提高，有利于提高磷酸铁锂的电性能；采用掺Ti⁴⁺磷酸铁为原料制备的磷酸铁锂，当钛含量为0.5%时，放电容量最高，即电容为0.2 C时，放电容量为160 mAh/g。     

氟磷灰石模拟矿相合成工艺研究

通过热力学计算对以NaF、CaCl₂和Na₃PO₄为原料合成氟磷灰石的可行性进行了分析, 采用差热热重分析(DSC-TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等技术, 对反应产物表面形貌和成分进行了表征, 结果表明;在所获得的焙烧矿中均匀分布大量三叶草形貌矿相, 该矿相即为氟磷灰石。较佳合成温度为1 173 K, 其反应转化率大于95%, 合成产物中氟磷灰石含量为90%, 该合成产物满足后期单一矿物浮选试验要求。     

二氧化锰纳米棒的水热合成与电化学性能研究

在酸性条件下直接水热分解高锰酸钾合成了二氧化锰纳米棒, 用XRD、TEM/SAED和SEM/EDAX等方法对所得产物进行了分析和表征, 系统研究了水热反应温度、酸用量、酸种类以及搅拌对所得产物晶相和形貌的影响, 分析了水热分解高锰酸钾过程中锰的价态变化及二氧化锰的形成过程。结果表明, 纯相的二氧化锰纳米棒可在一个较宽的温度范围内(100～150 ℃)合成; 酸的用量和种类对所得MnO₂的晶体结构和形貌有一定影响, 当浓H₂SO₄用量少于0.1 mL时得到了层状MnO₂产物, 而当使用浓H₃PO₄时则得到了α-MnO₂和MnPO₄·H₂O的混合物。同时考察了所制备的二氧化锰纳米棒在碱性锌锰电池中的放电性能, 并与文献中已报道过的结果和商用电解二氧化锰的电化学性能进行了比较。     

二氧化锰还原法制备锰酸锂材料及其性能研究

采用二氧化锰还原法制备了锰酸锂前驱体, 将前驱体在不同温度下进行热处理, 制得尖晶石型锰酸锂。利用AAS、滴定法、XRD、SEM表征样品的元素含量、晶体结构、形貌和粒径, 并研究了不同热处理温度对锰酸锂电化学性能的影响。结果表明, 通过二氧化锰还原法合成出了具有一定尖晶石结构的锰酸锂前驱体。当热处理温度为800 ℃时, 锰酸锂的导电性最佳, 0.2C放电容量为132.7 mAh/g, 0.5C放电容量为123.9 mAh/g, 循环10次后, 容量衰减5.97%。     

不同碳量对以Fe~(3+)为铁源合成的LiFePO_4/C电池正极材料性能的影响

用流变相法制备了 LiFePO4/C电池正极材料,利用XRD、SEM和EDS等技术对产物的微观结构和形貌进行了分析,并采用恒流克放电、循环伏安(CV)等测试技术测试了其电化学性能.重点探讨了不同碳量对LiFePO4正极材料晶体结构、形貌和电化学性能的影响.结果表明.制得的复合材料环境友好,具有平稳的3.4 V左右的充放电电压平台,导电性能和大电流充放电性能优良.     

二次加碳中有机碳源对LiFePO4/C性能的影响

采用高温固相合成法制备了碳包覆磷酸铁锂正极材料,使用不同有机碳源对LiFePO4进行碳包覆。通过热分析(TG-DSC)、X-射线衍射光谱法(XRD)、热场发射透射电子显微镜(HRTEM)、显微激光拉曼光谱等分析方法对其相组成、化学结构和碳结构等进行分析,并对LiFePO4/C为正极材料的电池进行了测试。结果表明:酚醛树脂、蔗糖、聚乙二醇和柠檬酸为有机碳源所制备的LiFePO4材料,都为纯相的LiFePO4;碳包覆LiFePO4材料,具有较完整的碳包覆层,且都有石墨结构的有序碳生成,能改善材料的电导率;酚醛树脂为有机碳源得到的LiFePO4/C材料性能最好,在0.1C倍率下充放电,首次放电比容量达到148.6 mAh/g,1C倍率下充放电的比容量达到125.1 mAh/g。     

石墨烯导电剂片径对LiFePO4正极中电荷传输的影响

为探究石墨烯导电剂片径对LiFePO₄电极中电荷传输的影响,通过纳米砂磨法制备了不同片径分布的石墨烯导电浆料,采用四探针、电化学阻抗谱测试对电极电子、离子传输电阻进行表征,发现随着石墨烯片径D₅₀增加,电极电子电阻呈反比例函数递减,电极离子电阻呈二次函数递增。当石墨烯片径D₅₀为10 μm左右时,电极电子电阻与离子电阻之和为20.85 Ω,接近最小总电阻,且电池具有较好的倍率性能,3C放电比容量达到121.1 mAh/g,容量保持率为76.92%。     

Al2O3添加量对锆英石合成ZrN-Sialon的影响

借助XRD和SEM手段,研究了以锆英石和工业氧化铝为原料,在不同温度下采用碳热还原氮化工艺合成ZrN-Sialon复相材料时,氧化铝添加量对复相材料中Sialon相z值的影响。结果表明：在1 500和1 550 ℃下,产物形貌以颗粒状的ZrN和长柱状的β-Sialon为主;当Al₂O₃用量为理论量和过量5%时,Sialon相主要为Si₃Al₃O₃N₅（β-Sialon,z=3）;当Al₂O₃用量为过量10%和20%时,Sialon相出现Si₂Al₄O₄N₄（β-Sialon,z=4）。在1 600 ℃下,产物均为ZrN和Sialon相,其中Sialon相转化为具有片状形貌特征的SiAl₄O₂N₄（15R型AlN多型体）;增加Al₂O₃添加量会促进Sialon相的转化。合成ZrN-Sialon复相材料的适宜氧化铝用量为理论量或过量5%,适宜温度为1 550 ℃。