Al^(3+)对尖晶石型LiMn_2O_4正极材料的表面掺杂包覆改性

采用表面掺杂包覆改性的方法对LiMn2O4尖晶石型锂离子电池正极材料进行改性.以Al为表面掺杂元素,Al(NO3)3为原料,研究了Al3+掺杂量为7.1%(原子分数)时不同温度(300、400、500、600、700、750、800℃)下的改性效果.研究发现,随着热处理温度的升高,改性样品的最大比容量先升高后降低,在700℃达到最大值;循环衰减先增大后降低再增大;这是由于随着热处理温度的升高,包覆层逐渐分解并与LiMn2O4颗粒反应固溶,在750℃完全固溶,衰减达到极小值,而后固溶层向颗粒内部扩散,导致包覆层对颗粒免受电解液溶解的保护能力变弱,因而容量衰减增大.其中700℃热处理5h的样品最大比容量为133.6mAh·g-1,循环50周衰减3.4%.研究表明Al3+表面掺杂包覆改性有利于促进LiMn2O4尖晶石型锂离子电池正极材料的商业化生产,具有大规模应用的前景.

氮掺杂碳包覆的氧化镍和钼酸镍复合材料用于尿素氧化电催化

通过分步水热以及退火的方法合成了氮掺杂碳包覆的氧化镍和钼酸镍复合材料(CN@NiO-NiMoO_(4)),并将其负载于泡沫镍(NF)上,直接用作催化尿素氧化反应UOR的电极材料。实验表明:氮掺杂碳包覆结构以及C-N@NiO与NiMoO_(4)的协同作用可以增强催化剂的导电性、电荷转移能力、抗中毒能力并增大电活性表面积,显著提高了C-N@NiO-NiMoO_(4)的电催化活性和长期稳定性。研究还发现,C-N@NiO-NiMoO_(4)/NF在1.8 V的电流密度是NiMoO_(4)/NF的1.7倍,C-N@NiO/NF的3.6倍,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下催化UOR 57 h,催化性能无显著变化。综上,C-N@NiO-NiMoO_(4)具有良好的实际应用前景。

镁掺杂协同氧化铝包覆优化锂离子电池高镍正极材料

锂离子电池高镍Li Ni_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM,x≥0.6)正极材料因具有较高的能量密度和低成本等优势在电池领域备受关注,然而随着镍含量的升高,材料锂镍混排严重且热稳定性下降,导致高镍三元材料的循环稳定性和安全性恶化。本研究针对高镍三元材料阳离子无序排列严重和循环稳定性差的问题,通过共沉淀法在前驱体合成过程中将Mg掺杂进入晶体,得到Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)(Mg1.0)活性材料,进一步利用液相法在材料表面包覆Al_(2)O_(3),成功制备Al_(2)O_(3)涂覆的Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.09)Mg_(0.01)O_(2)复合材料(Mg1.0@Al)。X射线衍射(XRD)结果表明,Mg掺杂能够有效扩大材料层间距,抑制阳离子混排;扫描电子显微镜(SEM)结合透射电子显微镜(TEM)结果表明,改性未对NCM811材料整体形貌造成影响,同时能够明显地观察到通过液相法在材料表面包覆的Al_(2)O_(3)涂层。电化学测试结果表明,镁铝协同改性可以稳定NCM811材料结构,减少阴极的界面极化,遏制材料与电解液发生副反应,使得材料表现出优越的电化学性能。Mg1.0@Al在1 C循环100次后表现出稳定的放电电压(ΔV=5.2 m V)、较低的电荷转移阻抗(R_(ct)=51.66Ω)和卓越的锂离子扩散系数(D_(Li)=4.05×10^(-14)cm^(2)/s)。同时,Mg1.0@Al材料在2.8~4.3V电压范围下,展现出卓越的循环性能和倍率性能:1 C下循环100次和400次后仍有188.58 m Ah/g和147.47 m Ah/g的放电比容量,容量保持率分别为95.18%和74.54%;5 C大倍率电流下,放电比容量高达146.3 m Ah/g。

磷酸铁锂包覆与掺杂改性研究进展

橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)以其价格低廉、热稳定性好和环境友好等优点被认为是一种最具有广阔应用前景的锂离子电池正极材料。但该材料存在电子电导率低、离子扩散系数小、振实密度低等问题,制约了这种材料在锂离子动力电池中的应用。近年来,人们针对这些问题提出了很多解决方案,其中包覆与掺杂是最有效的方法。介绍了近年来国内外在磷酸铁锂包覆与掺杂改性方面的研究进展,包括碳包覆提高其电子导电性、掺入其它元素部分置换二价铁等;同时,还总结目前包覆与掺杂机理以及存在的问题,并对磷酸铁锂改性研究进行了预测和展望。

金属-染料包覆共掺杂复合物的制备与热学特性

提出了一种基于包覆共掺杂结构金属纳米粒子偶氮染料复合物(MNPADC) 合成的新方法,可使偶氮染料甲基橙定向吸附于球形金属银纳米粒子表面形成染料对纳米粒子的包覆结构,再将具有该结构的掺杂剂掺于聚合物基质聚乙烯醇中,制备出MNPADC复合材料薄膜.紫外-可见吸收光谱表明,该材料在波长为400～450 nm的波段具有良好的光吸收特性.热质量分析发现,其热学特性更适合于光存储的要求.实验结果表明,该材料的设计方法为改善有机光存储介质材料的热学性能提供了简便而有效的途径.

染料包覆胶态银纳米粒子掺杂的有机复合膜的制备与光吸收特性

为避免传统的湿化学法制备纳米掺杂复合材料中热处理给材料性能带来的负面影响 ,提出了一种简易可行的工艺方法 :通过胶体化学法制备出稳定的胶态银纳米粒子分散系 ,以它为纳米粒子来源 ,使有机染料罗丹名 6G(R6G)分子包覆到银纳米胶粒表面 ,将该胶体分散系均匀掺杂到明胶溶液中 ,制备出染料包覆胶态银纳米粒子掺杂的有机复合膜。本工作成功地制备出无机 有机活性基元掺杂的三元系复合膜 ,实现了染料分子对金属纳米粒子完全意义上包覆的设想和对活性基元的室温包埋工艺。电镜 (TEM)观测了复合膜的显微结构 ,对复合膜的UV Vis吸收光谱进行了测量。给出了一种包覆掺杂的结构模型 。

掺杂包覆碳材料对锂电池高温性能的影响

本文选用石油针状焦作为原料,通过热处理、石墨化处理、包覆处理和掺杂处理,最终得到掺杂包覆碳材料。通过对其微观结构的表征,对比不同处理对材料微观表面的修饰效果,着重分析对材料电化学性能的影响,旨在减少负极材料表面缺陷、提高高温循环性能等问题。研究结果显示:沥青包覆量5%,硼酸三丁脂添加量2%,碳化温度1100℃,表面包覆掺杂改性后大大降低了材料的比表面积,极大地提高了材料高温循环性能。

氮掺杂碳包覆硅酸亚铁锂的制备及其电化学性能

为提高锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂(Li2FeSiO4)的容量和倍率性能,以酒石酸为碳源、尿素为氮源,用溶胶凝胶法制备氮掺杂碳包覆硅酸亚铁锂复合材料(NCLFS),通过元素分析、XRD、SEM、拉曼光谱、XPS、恒电流充放电测试和交流阻抗谱等方法对样品的结构及电化学性能进行表征。结果表明:NCLFS复合材料由平均粒径为23nm的Li2FeSiO4纳米晶组成,较小的粒径能够缩短锂离子扩散路径,提高锂离子的迁移速率;N的引入,提高了NCLFS材料的电导率;与无尿素掺杂的CLFS材料相比,NCLFS复合材料表现出了更高的比容量、优异的倍率性能和循环稳定性,0.2C放电倍率下,放电比容量高达223.2mA·h/g(相当于1.34Li^+),循环100周后仍能保持192.9mA·h/g。

氮掺杂碳包覆多孔硅微球的制备及电化学性能

以铝硅合金(AlSi)粉末为原料,采用脱合金法获得多孔硅(porous silicon,P-Si)微球。再采用原位化学聚合法在P-Si微球表面包覆聚吡咯(PPy),得到PPy包覆的P-Si微球(P-Si@PPy),最后将P-Si@PPy置于Ar气氛中在800℃下煅烧3 h得到氮掺杂碳包覆多孔硅(nitrogen-doped carbon-coated porous silicon,P-Si@NC)微球。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等手段对材料的形貌、结构及电化学性能进行表征。结果表明,多孔硅微球直径在1μm左右,氮掺杂碳层的厚度约为18 nm。将P-Si@NC复合材料应用于锂离子电池负极,在0.1 A/g电流密度下首次放电比容量高达2609.2 mAh/g,首次库伦效率达87.52%,充放电循环50次后放电比容量仍能达到1574.8 mAh/g,展示出优异的电化学性能。P-Si@NC微球的多孔结构为嵌/脱锂过程中硅的膨胀/收缩提供了缓冲空间,氮掺杂碳层既作为保护层维持颗粒的完整性,又加速了锂离子和电子转移。

碳包覆/掺杂在锂离子电池新型负极材料制备中的研究现状

为了提高一些新型锂离子电池负极材料的导电性,对这些负极材料进行碳包覆是一个有效的方法。本文介绍了目前常用的一些对新型负极材料进行碳包覆/掺杂的方法,包括水热及煅烧法、物理混合及煅烧法、固相法、聚合物包覆及煅烧法等。

ZrO2掺杂和MgO包覆协同增强LiNi(0.88)Co(0.09)Mn(0.03)O2的电化学性能

为提高LiNi(0.88)Co(0.09)Mn(0.03)O2的电化学性能与热稳定性,采用ZrO2掺杂和MgO包覆,成功合成一系列正极材料。采用粉末衍射仪、扫描电子显微镜、差失扫描量热仪、充放电测试仪、电化学阻抗对材料的物理性能与电化学性能分析测试。结果表明,相比纯样品,掺锆与掺锆包镁材料的热稳定性分别提高了5.7与8.3℃;其100次循环后容量保持率由82.52%分别提高至91.68%与95.96%,并且有比较好的倍率性能;电化学阻抗减小至275.9Ω,证实了掺锆包镁可有效改善材料的循环性能与热稳定性。

锂电池硅碳负极材料表面包覆改性研究进展

锂离子电池石墨负极材料由于具有成本低、自放电小和环境友好等优点一直占据着整个锂离子负极材料市场的主体,但是其能量密度低制约着电池性能,而硅具有4200 mAh/g的超高理论比容量。将硅与碳复合作为锂电池负极材料是未来解决石墨负极能量密度低的最有前景的方法之一,并且硅碳负极材料已经在实际应用中取得了一定的成果。本文归纳目前锂离子电池硅碳负极材料的改性研究进展,总结并分析不同硅源改性方法、硅碳材料不同复合结构和不同包覆方法带来的差异及优缺点,表明多种方法协同改性是提高石墨负极材料性能的未来趋势。

钠电层状正极中阴离子氧的氧化还原反应活性调控

钠离子电池正极候选材料中,基于钠的层状过渡金属氧化物因具有较高的能量密度、环境友好性以及较低的工艺成本,有望实现大规模工业化。然而,因为材料的电荷补偿过程完全依赖于过渡金属(TM)离子的阳离子氧化还原,从而制约了容量的进一步发挥。为了突破这一束缚,阴离子氧化还原成为提升层状氧化物能量密度的关键手段。本综述详细介绍了钠离子电池层状材料中阴离子氧化还原所具有的巨大优势,通过对几类阴离子氧化还原演化过程及机理进行讨论,揭示了其中的关键点,并利用掺杂与包覆等手段实现对阴离子氧化还原的电池材料的调控改性。最后,本文展望了层状金属氧化物正极在该领域的发展潜力,为钠离子电池技术的创新提供了新的思路。

镍钴锰酸锂三元正极材料的改性研究进展

锂离子电池的容量、循环寿命和安全性等性能很大程度上依赖于正极材料。镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料具有能量密度高、成本低、相对安全等优点而备受关注。但阳离子混排、界面副反应、不可逆相变等问题的存在严重影响了电池的循环和倍率等性能。综述了NCM正极材料的结构特点、问题成因,并从掺杂、表面包覆、单晶和浓度梯度结构等角度探讨了其改性研究情况,对其未来研究方向进行了展望。

导电聚合物在正极材料LiFePO_4上的应用及进展

主要介绍了国内外在导电聚合物材料包覆改性LiFePO_4方面的研究进展,包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物对LiFePO_4改性及作用机理。同时,还分析了导电聚合物包覆改性存在的问题,并对将来的发展做了展望。

尖晶石锰酸锂的制备、改性及其电化学表征

以MnCO3和Li2CO3为原料,利用高温固相法制备了尖晶石锰酸锂活性材料,并用TiO2水溶胶对其表面进行掺杂包覆改性。对比研究了活性材料改性前后的微观形貌和结构变化,并对以活性材料为正极材料组成的纽扣电池进行了电化学表征,同时,测试了循环后正极材料在电解液中锰离子的溶解浓度。结果表明:球磨结合高温固相法可成功制备尖晶石型锰酸锂;改性处理并没有改变活性材料的结构,反而优化了CR2016型电池的循环性能;在55℃、1C倍率或10C倍率下,改性后样品首次放电容量比原样品分别提高了20%或1倍有余;高温高倍率循环后,改性后正极材料在电解液中浸泡15d后,电解液中锰离子浓度仅为原样品的一半。

LiFePO_4正极材料改性与商业化进展

介绍了近年来磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料在包覆与掺杂改性方面的研究进展,分析了国内外LiFePO4正极材料的商业化过程,指出了LiFePO4正极材料未来的研究趋势。

锌镍电池负极发展概述与技术研究进展

随着新能源产业的蓬勃发展,锌镍电池作为一种新型的碱性电池,具有低温性能好,大电流充放性能优越,比能量较高等优点。由于锌镍电池负极在电池循环中出现的钝化、自腐蚀、枝晶生长、电极变形、锌枝晶等问题,造成其循环寿命较短,使得锌镍电池的推广和运用受到了限制。随着新材料,新技术的产生,锌镍电池的推广成为现实。对锌镍电池负极活性物质添加剂的研究进展,分别从代汞添加剂、掺杂包覆及锌酸钙等方面进行了总结分析,最后展望了锌镍电池作为动力电源将具有广泛的应用前景。

车用动力锂离子电池纳米硅/碳负极材料的制备技术与发展

随着环境问题和能源问题的日益突出,传统汽车逐渐走向新能源化。锂离子电池具有放电电压平台高、自放电小、环境友好等优点,被认为是最有前景的新能源汽车动力之一。然而,随着人们对新能源汽车续航能力要求的逐渐提高,进一步提高汽车动力电池的能量密度成为当今社会研究的热点。目前,商业化车用动力锂离子电池的正极材料以磷酸铁锂(LiFePO4)和三元材料(Li(Nix Coy Mn1-x-y)O)为主,负极以石墨为主,其能量密度仅为200~300 Wh·kg^-1。因此,提高汽车动力电池的能量密度,研发高能量密度的正负极材料是动力电池的研究方向之一。硅具有4200 mAh·g^-1的超高理论比容量,是制备车用高能量密度型锂离子电池最有前景的负极材料之一。然而,硅在充放电反应中的剧烈体积变化严重阻碍了其商业应用。硅采用合金化反应方式储存锂离子,合金化反应在提供高比容量的同时伴随着300%的体积膨胀。剧烈的体积变化导致活性物质脱落、SEI膜持续形成等问题,进而导致实际使用时电池容量的快速衰减。此外,纯硅属于半导体,本征载流子浓度很低,无法满足电极对导电性的要求。解决上述问题最常用的方法有以下三种:(1)硅的纳米化。锂离子在固体中的扩散较为困难,在外加电场作用下,锂离子在硅中的扩散速度依然很慢。通过硅纳米化的方式可以缩短锂离子从硅表面到中心的扩散距离,有效缩短电池充电时间。(2)硅/碳复合。碳材料具有良好的循环稳定性和导电性,将硅与碳复合,碳可以缓冲硅在合金化反应中剧烈的体积变化,提高整个负极的电子电导率,外层碳壳能阻止硅和电解液的直接接触,形成稳定的SEI膜。(3)微观结构设计。中空核-壳结构、3D多孔结构等特殊结构可以缓解硅的体积膨胀效应,有效抑制电极材料的脱落。研究中经常综合使用上述三种方法来制备高性能纳米硅/碳负极材料,如3D多孔纳米硅/碳材料、中空核-壳纳米硅/碳材料等。本文先阐述了硅锂合金的电化学反应机理与容量衰减的原因,以及纳米硅的制备方法,然后从表面包覆、结构制备、掺杂、MOFs改性等方面对硅/碳复合材料的常见修饰方法进行了综述,并进一步分析了中空核-壳结构、多孔结构等在提高电化学性能上的优势。最后,本文总结了纳米硅/碳作为负极材料的优点与当前遇到的问题,归纳并分析了不同包覆材料、不同包覆方法和不同离子掺杂带来的性能差异及原因,提出未来纳米硅/碳产业化道路上的关键突破点,并展望了其在纯电动汽车领域的应用前景。

镍钴锰酸锂三元正极材料的研究进展

镍钴锰三元正极材料是一种重要的锂离子电池正极材料,较钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂具有更好的优点,更具商业前景。但是镍钴锰正极材料也存在一些问题,如循环稳定性差,镍含量较高时循环性能和热稳定性变差,进而影响了锂离子电池的性能。综述了镍钴锰正极材料的制备方法、结构、掺杂改性和包覆修饰的研究进展,在此基础上,并对镍钴锰正极材料的未来应用前景作出了展望。