Mg-Co复合掺杂对LiFePO_4电化学性能的影响(英文)

通过固相反应制备了Mg2+和Co4+复合掺杂的LiFePO4电极材料。采用X射线衍射、恒电流充放电和循环伏安研究复合掺杂对 LiFePO4结构和电化学性能的影响。结果表明:复合掺杂能够提高 LiFePO4的首次放电比容量,0.1C和1C的放电容量分别达到147.2mA·h/g 和133.3mA·h/g。循环伏安测试结果表明:复合掺杂改善了LiFePO4的导电性能,增强了Li+的脱嵌可逆性。     

LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C的合成及电化学性能

采用高温固相法合成Ni2+、Mn2+共掺杂的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学测试技术等研究材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明:Ni2+和Mn2+共掺杂后的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C材料仍然具有LiFePO4/C橄榄石型晶体结构,且掺杂后材料的放电比容量和循环性能都得到显著改善。在0.1C和1C下放电时,未掺杂LiFePO4/C的首次放电比容量仅分别为153和140 mA.h/g,而Ni2+、Mn2+共掺杂的LiFe0.95Ni0.02Mn0.03PO4/C材料首次放电比容量分别为165和145 mA.h/g,且在1C下循环100次后容量保持率仍然为97.6%。     

复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料的制备与电化学性能研究

以超声波辅助沉淀法合成的纳米级球形FePO4·2H2O为原料,采用碳热还原法制备了复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电测试,循环伏安和交流阻抗测试表征了FePO4·2H2O和LiFePO4/C的物相、结构和电化学性能。结果表明,溶液浓度为0.1 mol/L时制备的FePO4·2H2O为分布均匀的纳米级球形颗粒。复合金属掺杂显著提高了LiFePO4的放电比容量,Ni和Nb复合掺杂的LiFePO4/C复合材料表现出了最佳的电化学性能,0.1 C倍率条件下首次放电容量158.8 mAh/g,1 C倍率下首次放电容量150.2 mAh/g,100次循环后容量保持率分别为98.30%和97.8%。Ni和Nb复合掺杂后提高了LiFePO4的锂离子扩散速率和电导率。     

Mg2+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的影响

以MgAC2为掺杂源,采用固相反应法在惰性气氛下合成了掺Mg的LiFePO4正极材料,考察了Mg2 对于目标化合物物理及电化学性能的影响.采用粉末X射线衍射和扫描电镜技术对产物的结构、形貌及粒度等进行了表征,通过恒电流充放电和交流阻抗技术对其电化学性能进行了研究.结果表明:少量的Mg2 掺杂并未影响产物结构,但却有利于减小LiFePO4电荷转移过程中的阻抗,克服该过程中的动力学限制.在0.1C倍率下放电,掺杂LiFePO4与未掺杂LiFePO4的初始放电容量分别为136.9和111.8 mA·h/g,循环50次后,容量分别为135.6和83.9 mA·h/g;与未掺杂的LiFePO4相比,掺镁后的LiFePO4具有更为优良的循环性能.     

溶胶-凝胶法制备LiFePO_4/C复合材料及其性能

为了提高LiFePO4的电化学性能,以柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备LiFePO4/C复合正极材料。采用FTIR和XRD等对前驱体及产物进行表征,并测试样品的电化学性能。结果表明:经700℃烧结10h所得产物具有单一的橄榄石型晶体结构,碳含量为10.81%(质量分数)。样品在0.1C下首次放电比容量为127.1mA·h/g,在0.2C、0.5C、1C下首次放电比容量分别为106.1、83.3、70.6mA·h/g。该样品在0.1C下经过20次循环后,容量还保持为126.3mA·h/g,衰减仅为0.035%。循环伏安和交流阻抗测试表明该材料具有较好的电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的改性

采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4及改性的LiFe0.9Ni0.1PO4和LiFe0.9Ni0.1PO4/C材料。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析样品的晶体结构和表面形貌。结果表明:改性后的LiFe0.9Ni0.1PO4和LiFe0.9Ni0.1PO4/C材料与LiFePO4一样均为单一的橄榄石结构。以20 mA/g电流密度充放电,LiFe0.9Ni0.1PO4的首次放电容量为140 mA.h/g,较LiFePO4增加了12%;而复合掺杂得到的含碳量为2.8%的LiFe0.9Ni0.1PO4/C材料,首次放电容量达162 mA.h/g,充放电循环30次后放电电容量仍为147 mA.h/g,容量衰减仅为9%。当充放电电流密度提高到80 mA/g时,LiFePO4、LiFe0.9Ni0.1PO4和LiFe0.9Ni0.1PO4/C的放电容量分别为86、114和140 mA.h/g。改性后的LiFe0.9Ni0.1PO4/C的电化学性能得到了较大的改善。     

Co掺杂LiFePO4/C的共沉淀——微波合成及电化学性能

采用共沉淀-微波法制备了Co掺杂的锂离子电池正极材料LiFe1-xCoxPO4/C(x=0.00、0.01、0.03、0.05、0.07、0.09).研究了微波时间、柠檬酸量、掺Co量等因素对材料结构、形貌和电性能的影响.XRD、SEM和电化学测试表明:该方法制备的样品为橄榄石型非晶结构,粒径尺寸为0.5～5 μm,颗粒分布比较均匀.微波15 min、柠檬酸量为20wt％时,LiFePO4/C电化学性能最优,0.1C倍率放电可达124 mA·h/g,第20次循环的比容量为117mA·h/g.掺杂Co在很大程度上可以提高LiFePO4/C的电化学性能,当Co含量为5wt％时,LiFe0.95Co0.05PO4/C的比容量为最大值,0.1C倍率放电可达136 mA·h/g,第20次循环的比容量为125 mA· h/g,容量保持率为91.9％.     

前驱体掺杂-常温球磨还原法制备锂离子电池正极材料LiFe_(1-3y/2)Al_yPO_4

采用共沉淀法制备掺Al3+前驱体FePO4·2H2O,并以乙二酸为还原剂,与Li2CO3反应在常温下球磨合成LiFePO4前驱混合物,后经热处理得到橄榄石型LiFe1-3y/2AlyPO4。用XRD、SEM、HRTEM和恒流充放电等对样品进行表征。结果表明:适量Al3+掺杂不会破坏LiFePO4的晶体结构,当掺杂量较低时(y=0.01),Al3+优先占据Fe位;当掺杂量较高时(y≥0.02),Al3+同时占据Li位和Fe位。电化学测试表明:LiFe0.985Al0.01PO4拥有最优的电化学性能,该样品在0.1C、1C和2C倍率下的首次放电比容量分别为162.4、152.2和142.0 mA·h/g,在1C倍率下循环100次后的放电比容量高达149.7 mA·h/g。     

一步固相合成Nb掺杂LiFePO4/C及其电化学性能

用廉价的三价铁离子化合物为铁源,以聚丙烯为还原剂和碳源,在一步固相法合成Nb掺杂LiFePO4的同时实现颗粒表面碳导电膜的原位包覆。结果表明:一步固相合成的Nb掺杂LiFePO4/C具有完整的橄榄石型LiFePO4晶体结构和近似球状的颗粒形貌,颗粒尺寸为100~500 nm;聚丙烯分解后在颗粒表面和颗粒之间形成连通的网络状碳膜。电化学测试结果表明,当Nb的掺入量为1.0%(摩尔分数)时具有最好的倍率放电性能和循环性能;在2C充放电时具有130 mA.h/g的放电容量,循环100次容量无衰减,在4C充放电时仍具有105 mA.h/g的放电容量。     

锰掺杂对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3/C性能的影响（英文）

采用溶胶-凝胶法合成Li3V2-2/3xMnx(PO4)3(0≤x≤0.12)。采用XRD、SEM、XPS、恒流充放电和电化学阻抗谱(EIS)研究Mn掺杂对Li3V2(PO4)3/C结构和电化学性能的影响。XRD研究表明:掺杂少量的Mn2+不会影响材料的结构,所有样品均具有单一相态的单斜结构(P21/n空间群)。XPS分析表明:在Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C中,V和Mn的化合价分别为+3和+2,原料中的柠檬酸在煅烧过程中分解成C而残留在Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C中。电化学测试表明:掺杂Mn改善了电极材料的循环性能和倍率性能,正极材料Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C表现出最好的循环稳定性和倍率性能。在40mA/g的放电电流密度下,循环100次后,Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C的放电容量从158.8mA·h/g衰减到120.5mA·h/g,容量保持率为75.9%,而未掺杂样品的放电容量从164.2mA·h/g衰减到72.6mA·h/g,容量保持率为44.2%。当放电电流密度增加到1C时,Li3V1.94Mn0.09(PO4)3/C的初始放电容量仍能达到146.4mA·h/g,循环100次后,放电容量保持为107.5mA·h/g。EIS测试表明,掺杂适量的Mn2+减小了电荷转移阻抗,这有利于Li+的脱嵌。     

Effect of Mg and Co co-doping on electrochemical properties of LiFePO4

LiFePO₄ co-doped with Mg²⁺ and Co⁴⁺ ions was synthesized by a solid state reaction method. The structure and electrochemical properties of the prepared LiFe_0.99Mg_0.005Co_0.005PO₄ were investigated by X-ray diffraction (XRD), galvanostatic charge-discharge experiment and cyclic voltammograms (CV). Specific discharge capacity of LiFePO₄ co-doped with Mg and Co ions reach 147.2 mA·h/g at 0.1C and 133.3 mA·h/g at 1C. The results of CV show that the reversibility of lithium extraction/insertion in LiFePO₄ can be promoted by (Mg²⁺, Co⁴⁺) multiple-ion doping.     

均匀沉淀法制备LiFePO4/C及其电化学性能

以FeSO4·7H2O、H3PO4、H2O2和尿素为原料,采用均匀沉淀法制备LiFePO4的前驱体FePO4·xH2O,研究表面活性剂PEG对前驱体FePO4·xH2O形貌的影响。并将获得的FePO4·xH2O与Li2CO3及葡萄糖混合后合成LiFePO4/C。利用XRD、SEM、循环伏安测试、电化学性能测试、交流阻抗测试等手段对LiFePO4/C进行表征。结果表明:当不添加表面活性剂PEG时,FePO4·xH2O颗粒呈球形,但团聚现象严重;添加PEG后,颗粒较分散,形貌为多面体,合成的LiFePO4/C在0.1C时的首次放电比容量为151.0 mA·h/g,倍率性能好,振实密度达1.44 g/cm3。     

分步碳包覆合成高密度LiFePO4/C复合材料

采用分步碳包覆法合成LiFePO4/C复合材料。首先,将原料Fe2O3、NH4H2PO4和葡萄糖经过固相反应合成Fe2P2O7/C复合材料,再将Fe2P2O7/C与前驱体Li2CO3、葡萄糖混合,通过二次碳包覆工艺合成LiFePO4/C复合材料,并考察合成温度对LiFePO4/C复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜、差热-热重分析、电化学阻抗谱(EIS)和充放电测试对材料的性能进行表征。结果表明:以制取的Fe2P2O7/C为前驱体合成的LiFePO4/C复合材料具有较好的物理和电化学性能,材料的振实密度达1.26 g/m3,0.1C放电容量为158.3 mA.h/g,1C初次放电比容量达到140 mA.h/g。     

Electrochemical performance of Ti4+-doped LiFePO4 synthesized by co-precipitation and post-sintering method

Ti4+-mixed FePO4·xH2O precursor was prepared by co-precipitation method,with which Ti4+ cations were added in the process of preparing FePO4·xH2O to pursue an effective and homogenous doping way.Ti4+-doped LiFePO4 was prepared by an ambient-reduction and post-sintering method using the as-prepared precursor,Li2CO3 and oxalic acid as raw materials.The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffractometry (XRD),electrochemical impedance spectroscopy (EIS),and electrochemical charge/discharge test.Effects of Ti4+-doping and sintering temperature on the physical and electrochemical performance of LiFePO4 powders were investigated.It is noted that Ti4+-doping can improve the electrochemical performance of LiFePO4 remarkably.The Ti4+-doped sample sintered at 600 ℃ delivers an initial discharge capacity of 150,130 and 125 mA·h/g with 0.1C,1C and 2C rates,respectively,without fading after 40 cycles.     

Co~（2＋）掺杂对Li_2FeSiO_4/C电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法,合成纳米复合材料硅酸亚铁锂（Li2FeSiO4/C）。用XRD、TEM和电化学方法,研究了Co2＋掺杂对Li2FeSiO4/C的影响。结果表明,掺杂适量的Co2＋不会改变Li2FeSiO4的正交晶系结构,可稳定材料结构,改善高倍率充放电性能。室温下,Li2Fe0.97Co0.03SiO4/C以0.1C放电的首次放电比容量为151.8（mA.h）/g,20次充放电循环后放电比容量为131.2（mA.h）/g;Li2FeSiO4/C的首次放电比容量为122.0（mA.h）/g,20次循环后,比容量衰减率为20.3%。交流阻抗测试表明：Li2Fe0.97Co0.03SiO4/C在1.5～4.5V下充放电的可逆性优于Li2FeSiO4/C。     

固相法合成原位碳包覆LiFePO4复合正极材料及其性能

以LiH2PO4和FeC2O4.2H2O为原料,聚乙烯醇为碳源,通过机械化学活化辅助固相法合成原位碳包覆的LiFePO4材料;考察合成温度对LiFePO4/C材料晶体结构、物理和电化学性能的影响。结果表明:700℃下处理的产物结晶良好、分布均匀、颗粒细小;在最佳的热处理条件下,热解碳在LiFePO4颗粒表面形成了良好的纳米导电层,LiFePO4/C材料在0.1C、0.5C、1C和2C倍率下放电比容量分别为155.7、150.1、140.1和130 mA.h/g,且材料在0.1～2C范围内充放电都有很平稳的平台,极化小,并具有较高的高倍率(2C)放电比容量和较好的循环性能。     

反应物中锂元素的量对LiFePO4/C电化学性能的影响

以Fe2O3和LiH2PO4为原料,葡萄糖为碳源,采用碳热还原法合成了LiFePO4/C正极材料,考察了反应物中锂元素的量对正极材料LiFePO4/C电化学性能的影响。用X射线衍射、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电测试和循环伏安法对正极材料的结构、形貌以及电化学性能进行了研究。结果表明:当反应物中额外添加锂元素的量是理论量的10%时,制得的正极材料的电化学性能最佳,在0.2和1C(1C=170mA/g)的充放电倍率下,首次放电比容量分别为156.3和137.5mAh/g,经过20次充放电循环后,容量基本保持不变。     

Synthesis and characterization of LiNi0.95-xCoxAl0.05O2 for lithium-ion batteries

Samples of LiNi0.95-xCoxAl0.05O2 （x = 0.10 and 0.15） and LiNiO2, synthesized by the solid-state reaction at 725℃ for 24 h from LiOH-H2O, Ni2O3, Co2O3, and AI（OH）3 under an oxygen stream, were characterized by TG-DTA, XRD, SEM, and electrochemical tests. Simultaneous doping of cobalt and aluminum at the Ni-site in LiNiO2 was tried to improve the cathode performance for lithium-ion batteries. The results showed that co-doping （especially, 5 at.% A1 and 10 at.% Co） definitely had a large beneficial effect in increasing the capacity （186.2 mA.h/g of the first discharge capacity for LiNio.s.42OoaoAlo.0502） and cycling behavior （180.1 mA-h/g after 10 cycles for LiNio.85CooaoAlo.osO2） compared with 180.7 mA.h/g of the first discharge capacity and 157.7 mA.h/g of the tenth discharge capacity for LiNiO2, respectively. Differen- tial capacity versus voltage curves showed that the co-doped LiNio.95_xCoxmlo.osO2 had less intensity of the phase transitions than the pristine LiNiO2.     

Synthesis and electrochemical performances of spherical LiFePO4 cathode materials for Li-ion batteries

Spherical LiFePO4 and LiFePO4/C composite powders for lithium ion batteries were synthesized by a novel processing route of co-precipitation and subsequent calcinations in a nitrogen and hydrogen atmosphere. The precursors of LiFePO4, LiFePO4/C composite and the resultant products were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), and the electrochemical performances were investigated by galvanostatic charge and discharge tests. The precursors composed of amorphous Fe3(PO4)2·xH2O and crystalline Li3PO4 obtained in the co-precipitation processing have a sphere-like morphology. The spherical LiFePO4 derived from the calcinations of the precursor at 700 ℃ for 10 h in a reduction atmosphere shows a discharge capacity of 119 mAh·g -1 at the C/10 rate, while the LiFePO4/C composite with 10wt.% carbon addition exhibits a discharge capacity of 140 mAh·g -1.The electrochemical performances indicate that the LiFePO4/C composite has a higher specific capacity and a more stable cycling performance than the bare olivine LiFePO4 due to the carbon addition enhancing the electronic conductivity.     

超声波对α-Ni（OH）2电极结构及电化学性能的影响（英文）

分别采用共沉淀法和超声波共沉淀法制备Al/Co复合掺杂α-Ni(OH)2样品A和B,用XRD和激光粒度仪表征样品的晶相结构和粒度分布。结果表明,样品B比样品A具有较多的晶格缺陷和较小的平均粒径。循环伏安特性及电化学阻抗谱测试显示,样品B比样品A具有更好的电化学性能:较好的反应可逆性、较低的电荷转移电阻和较高的循环寿命等。样品B的质子扩散系数为1.96×10-10cm2/s,约为样品A(9.78×10-11cm2/s)的2倍。充放电测试显示,样品B的放电比容量达到308mA·h/g,比样品A的放电比容量高25mA·h/g。