负极材料Li4Ti5O12的改性及其电化学性能的研究

以CH3COOLi·2 H2O和Ti(OC4H9)4为原料,C6H15NO3为络合剂,CH3CH2OH为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备Li4Ti5O12材料,并且复合掺杂Mg、Mn、Ni、Co四种金属。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜、电化学阻抗(EIS)分析研究了材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明:掺杂Mn、Mg两种金属的Li4-x MgxTi5-yMnyO12材料,其中x=0.02,y=0.02时所制备的Li3.98Mg0.02Ti4.98Mn0.02O12样品,具有良好的电化学性能。在1～2.5V进行充放电,0.1C时,首次放电容量达到154.7 mAh/g。在0.2C、0.5C、1.0C下循环20次后,稳定在107.2、99.3、73.9 mAh/g。再次进行0.1C充放电时,放电比容量为110.8 mAh/g,容量保持率为75%。掺杂金属改善了Li4Ti5O12材料的导电性,提高了该材料的倍率性能以及循环性能。     

P123辅助合成的Li3V2（PO4）3/C的电化学性能

以CH3COOLi、V2O5、H3PO4、草酸以及表面活性剂P123(EO20PO70EO20)为原料,采用液相法合成了亚微米级的Li3V2(PO4)3/C,通过XRD、SEM和电化学性能分析,研究了煅烧温度对产物的影响。用P123辅助合成的Li3V2(PO4)3/C粒径减小,电化学性能提高。在850℃下煅烧合成的Li3V2(PO4)3/C,晶体生长完善,可逆性最好,电荷转移阻抗最小。在3.0~4.3 V循环,0.1C首次放电比容量为128.7 mAh/g,5.0C放电比容量为104.3 mAh/g,容量保持率为81%。     

负极复合材料Li4Ti5O12-Li3VO4/C的制备及性能

采用高温固相法制备Li4 Ti5 O12-Li3 VO4/C复合材料,利用XRD、SEM和电化学性能测试,分析样品的结构、形貌和性能.复合5％的Li3 VO4和引入少量的碳,均未改变Li4 Ti5 O12的尖晶石结构,但柠檬酸高温分解产生的CO2会造成复合材料中TiO2的残留.有机碳源柠檬酸热解产生部分还原性气体,造成复合材料含有氧空位,导致晶胞参数减小.碳的引入加剧了Li4 Ti5 O12与Li3 VO4的复合,降低了复合材料的扩散阻抗,提高了导电性,使Li3 VO4在小电流充放电时提供的容量较多.在1.0～2.2 V循环,Li4 Ti5 O12-Li3 VO4/C的0.2 C、10.0 C放电比容量分别为205.1 mAh/g、105.2 mAh/g.     

Li3V2(PO4)3/C复合正极材料的制备与性能

以CH3COOLi、V2O5、NH4H2PO4和碳凝胶为原料,采用溶胶-凝胶法合成了锂离子蓄电池Li3V2(PO4)3/C复合正极材料.对其前驱体和产品采用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)以及元素分析分别进行了表征.考察了掺杂碳含量对材料充放电性能及其高倍率循环性能的影响.样品C的首次放电比容量达到128.4 mAh/g.样品B和C以0.2 C充放120次后容量几乎没有衰竭;继续以1 C充放电120次,其比容量仍基本恒定,比单一Li3V2(PO4)3材料具有更优良倍率性能和循环性能.交流阻抗测试表明碳掺杂可以形成碳包覆层,材料的电导率大幅提高,从而提高了材料的电化学性能.     

Li_3V_(2-x)Ce_x(PO_4)_3/C的制备及电化学性能

采用溶胶-碳热法制备Li3V2-xCex(PO4)3/C(x=0、0.02、0.04和0.06)复合材料,通过XRD、SEM、恒流充放电和电化学阻抗谱等测试,研究Ce3+掺杂对材料的影响。Ce3+的适量掺杂没有改变结构,对形貌也没有明显的影响,但可降低一次颗粒的尺寸,提高电导率。掺杂量x=0.04的材料以2.0 C在3.0~4.8 V循环,首次放电比容量为148.3 m Ah/g,第50次循环的容量保持率为85.1%。     

正极材料Li3(V1-xLix)2(PO4)3/C的合成及性能

通过溶胶-凝胶法结合球磨,合成Li3(V1-xLix)2(PO4) 3/C(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04和0.05).采用XRD、SEM及充放电测试等研究了x的值对样品的影响.x＞0的样品形成了Li+掺杂及产生了具备改性作用的Li4P2O7,颗粒粒径随x的增加而减小,电化学性能较Li3V2(PO4)3(x=0)得到改善.x=0.02的样品以1C在3.0～4.3V循环,首次放电比容量为122.1 mAh/g,第50次循环的放电比容量为121.1 mAh/g,容量保持率为99.18％.     

Mo掺杂对Li_4Ti_5O_(12)负极材料电化学性能的影响

尖晶石型Li4Ti5O12是一种"零应变"负极材料,它被认为是最具前景的动力锂离子电池负极材料之一。然而Li4Ti5O12较低的电导率限制了它的实际应用。通过对其进行不同价态元素的掺杂改性,以提高Li4Ti5O12材料的高倍率性能和循环性能,并研究了低电位下的电化学行为。研究了高温固相法合成了的Mo6+掺杂Li4Ti5O12的材料,结果表明:Mo6+的掺杂有效地提高了材料的放电比容量,0.1 C时,Li4Ti4.8Mo0.2O12的首次放电比容量高达356.6 mAh/g;Li4Ti4.9Mo0.1O12和Li4Ti4.85Mo0.15O12在6 C下循环100次后的可逆比容量分别为210.8、199.4 mAh/g,在高倍率循环过程中表现出了比Li4Ti5O12高的比容量。但随着掺杂量的增加,循环性能却逐渐降低。     

镁离子掺杂对Li_4Ti_5O_(12)/C结构和电化学性能的影响

以乳酸镁为Mg2+的掺杂源和部分碳源,以乙醇为溶剂,在惰性气氛下采用高温固相合成法合成掺Mg2+的Li4Ti5O12/C复合材料。采用X-射线衍射、扫描电子显微镜、激光粒度分析和电性能测试等对复合材料进行表征,考察了Mg2+对于目标化合物结构和电化学性能的影响。结果表明,在C/3倍率下材料掺杂前后第二个循环的放电容量分别为145、162 mAh/g,循环30次后容量为138、150 mAh/g。电化学交流阻抗表明,掺杂后的材料阻抗Rct从180Ω减小到45Ω。掺杂后振实密度比掺杂前提高了0.27 g/cm3。     

Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-2xMgxAlxO2的合成与电化学性能

采用溶胶-凝胶法在900℃于空气中煅烧合成了层状复合掺杂型正极材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-2xMgxAlxO2(x=0,0.01,0.02,0.05).通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等研究了掺杂元素对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的结构和电化学性能的影响.结果表明,适量Mg、Al掺入Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2后降低了材料的阳离子混排程度,且晶胞参数随着掺杂量的增加而增加.合成材料颗粒分布比较均匀,平均粒径约为0.5 μm.在充放电倍率为0.1 C和电压范围为3.0～4.3 V的条件下,与未掺杂样品相比,Mg-Al复合掺杂的样品具有更好的电化学性能和容量保持率.当x=0.02时,复合掺杂样品的首次放电容量和库仑效率分别为153 mAh/g和93.0%,20个循环后容量保持率达93.4%.因此Mg-Al复合掺杂锂离子电池正极材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-2xMgxAlxO2是很有前景的.     

Sol-gel法合成Li3V2(PO4)3及其性能研究

利用LiOH.H2O,NH4H2PO4,V2O5,H2O2和柠檬酸作为原材料,通过sol-gel(溶胶-凝胶)法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3。研究了预烧、不同合成温度、柠檬酸用量对产物结构、电化学性能的影响。结果表明,在预烧条件下,合成温度为700℃,柠檬酸用量为nV∶n柠檬酸=2∶2时,材料具有比较好的性能。充放电电压范围控制在2.7~4.5 V,在0.05 C倍率下,其首次放电比容量高达148mAh/g,0.1 C倍率下循环,首次放电比容量为138 mAh/g,20次循环后放电比容量为130 mAh/g。     

MWCNT用作LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3O2的导电剂

将多壁碳纳米管(MWCNT)和炭黑用作LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的导电剂。拉曼光谱和高分辨率透射电镜分析发现:MWCNT将活性颗粒串联成三维网络式结构,炭黑聚集在活性颗粒之间的空隙内。恒流充放电实验表明:MWCNT可提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的放电比容量和快速充放电能力,MWCNT完全取代炭黑后,1.0C首次放电比容量提高了23 mAh/g。     

三元材料在锂离子动力电池上的应用

锂离子电池被认为是电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的主要发展方向之一.选用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料制成了12 Ah能量型及8 Ah功率型动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试.结果表明由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料制备的大容量动力电池比能量高,在循环性能、倍率放电性能、低温放电性能、荷电保持能力以及安全性能方面均表现优异,能够满足EV及HEV动力电源的要求.     

湿法球磨制备LiCo_(1/3)Mn_(1/3)Ni_(1/3)O_2材料及表征

以六水合硝酸镍、硝酸钴和二氧化锰为原料,以柠檬酸为分散剂和燃料,采用球磨工艺对原料进行混合,在950℃于空气气氛中保温10 h制备了层状结构的LiCo_(1/3)Mn_(1/3)Ni_(1/3)O_2正极材料.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试手段对所制备材料的结构、形貌及电化学性能进行表征.结果表明:所合成的材料为单相的六方层状结构,颗粒大小均匀.在2.75～4.3 V电压区间,以0.1 C恒电流充放电,首次充/放电比容量为184.3/156.7mAh/g,充/放电效率为85%.0.5 C倍率下充放电,材料首次放电比容量为151.3 mAh/g,经过30次循环后比容量保持在1 50.8 mAh/g左右,循环性能优异.     

CITT分析Li~+在固态LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2中的扩散系数

用碳酸盐共沉淀法合成粉末正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。组分分析、粉末XRD、SEM和恒流充放电等测试结果表明:产物为纯相层状单颗粒球形结构LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2;在室温下以0.1C(0.2 mA)的电流在2.5～4.5 V循环,首次和第25次循环的放电比容量分别为241.37 mAh/g和211.3 mAh/g。用容量间歇滴定技术(CITT)分析不同循环次数和电位下,Li+在固态LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中的扩散系数(DLi),结果表明:DLi为10-11～10-13cm2/s;扩散性能随着循环次数的增加而增强;DLi在3.7 V左右出现最小值,在3.7～4.3 V趋于稳定。     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料高温循环性能研究

采用溶胶-凝胶法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,对该材料的结构和电化学性能进行了测试。研究结果表明：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在20℃、45℃、65℃条件下首次放电容量分别为138.2mAh/g、129.7 mAh/g、97.75 mAh/g,20周循环后容量保持率分别为94.5%、92.2%、87.8%,表明该材料具有优越的循环性能和高温稳定性能。     

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn(1/3)O_2正极材料脱嵌锂的动力学研究

采用交流阻抗法对层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料嵌/脱锂反应的动力学过程进行了研究,结果发现,该材料的交换电流密度和锂离子扩散系数均与嵌锂电位有关,交换电流密度在电位平台附近(3.9 V)出现了最大值(1.03 mA/cm2),而锂离子扩散系数却出现了最小值(1.23×10-12 cm2/s).     

Li（Ni（1/3）Co（1/3）Mn（1/3））（1-x）ZnxO2固溶体的XRD及XPS研究

采用共沉淀法制备了不同Zn掺杂量的Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）1-xZnxO2（x=0-0.08）固溶体,通过X射线衍射（XRD）和光电子能谱（XPS）分析,研究了不同Zn掺杂量对Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）1-xZnxO2固溶体晶体结构和过渡金属表面化学状态的影响。实验结果表明：当Zn掺杂量x小于0.006时,固溶体材料具有稳定的层状结构;微量Zn的掺杂能够增强晶体材料的整体键能。     

Piezoelectric and dielectric characteristics of low temperature sintering Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr1/2Ti1/2)O3 ceramics for multilayer piezoelectric actuator

In this study, in order to develop the composition ceramics for multilayer piezoelectric actuator, PNN substituted PMN-PZT ceramics were fabricated using Li₂CO₃ and Na₂CO₃ as sintering aids, and their piezoelectric and dielectric characteristics were investigated. With the increase of the amount of PNN substitution, dielectric constant (εr), electromechanical coupling factor (k _p), and piezoelectric constant (d ₃₃) of specimens showed the maximum value at each sintering temperature, and crystal structure changed from tetragonal to rhombohedral. At the sintering temperature of 950^∘C, the density, εr, k _p, d ₃₃, Q_m and Tc of 12 mol% PNN substituted PMN-PNN-PZT composition ceramics showed the optimal values of 7.79 g/cm³, 1160, 0.599, 419pC/N, 894 and 332^∘C, respectively, for low loss multilayer piezoelectric actuator application.     

锂离子电池正极材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的Ag表面修饰

采用银镜反应法对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2材料进行了Ag表面修饰.表面元素分布测试表明,Ag均匀分布在Li-(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2颗粒表面.未经表面修饰的材料在C/5、C/2和1 C倍率下放电容量分别为168、160、146 mAh/g,经过Ag表面修饰的材料在C/5、C/2和1 C倍率...     

Li^＋＋在Li4/3Ti5/3O4电极中嵌入过程的动力学研究

采用直接融盐法合成了尖晶石化合物Li4/3Ti5/3O4,采用X-射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）对其进行物相分析。采用交流阻抗测试（EIS）研究了新鲜电极首次嵌锂过程中的电化学阻抗特征。通过选取适当的等效电路拟合实验所得的电化学阻抗谱数据,获得了首次嵌锂过程中固体电解质相界面膜（SEI）电阻、电荷传递电阻、Warburg扩散系数、累积电容和锂离子扩散系数随电极极化电位的变化规律。