表面修饰与镁离子掺杂对LiFePO4材料结构与性能的影响

在固相合成工艺下引入了球化和掺杂工艺,从而制备出了镁离子掺杂的LiFePO4粉体材料,该材料与裂解的碳黑形成尺寸10μm～15 μm的团簇体.在团簇体中,材料颗粒与碳黑接触的界面接触良好.材料的充放电测试实验表明,经过表面修饰和高价离子掺杂的材料具有比未掺杂材料更大的充放电容量和更好的循环稳定性.在充放电不同状态下的交流复阻抗谱表明,随着电池电压的升高,电池电化学阻抗减小.利用等效电路拟合数据表明在掺杂的电极材料中,锂离子的扩散速率在10-9cm2s-1数量级,在充放电平台附近达到最小值.

镁离子掺杂多孔硅的蓝光发射

用电化学方法对多孔硅薄膜进行了镁离子的化学掺杂。用荧光分光光度计分析了样品的光致发光特性,发现镁掺杂增强了多孔硅的蓝光发射,当镁离子浓度增大到0.002mol/L时,可使蓝光强度达到多孔硅红光强度的一半。红外吸收谱表明,掺镁多孔硅的表面形成较完整的Si-O-Si网络结构,分析结果认为,多孔硅的蓝光光激发主要发生在多孔硅的纳米硅粒中,光发射主要发生在多孔硅中包裹纳米硅SiOx层中的发光中心上,对实验结果进行了合理的解释。

镁离子掺杂羟基磷灰石晶须的制备及热稳定性研究

羟基磷灰石(HA)是一种性能优良的骨替代材料,镁离子掺杂HA(Mg-HA)晶须不仅可以改变HA的生物学性能,还能起到增强作用。但Mg^(2+)掺入后会改变HA的晶格结构并影响它的热稳定性。采用水热合成法制备了镁离子掺杂HA晶须,并通过XRD、FTIR和SEM研究了镁离子掺杂HA的晶体结构、热稳定性及影响因素。结果表明:当镁离子掺杂量≤5%时,随着镁离子掺杂量的增加,HA晶须的结晶度降低,晶胞参数a基本不变、c值有所降低;当镁离子的掺量增加至8%时,有少量Ca_7Mg_2P_6O_(24)杂质峰出现。镁离子掺杂HA在800℃下就能发生分解,生成HA/β-TCP双相磷酸钙。镁离子的掺杂量、煅烧温度和生物玻璃添加量都能促进HA的分解。

镁离子掺杂磷酸铁锂的制备及其电化学性能

通过简单水热反应制备磷酸铁锂前驱体,并结合后期热处理过程制备了镁离子掺杂碳包覆的磷酸铁锂正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征了镁离子掺杂磷酸铁锂的成分、形貌和结构。元素分布结果证明镁离子均匀掺杂在磷酸铁锂材料中。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,镁离子掺杂后的磷酸铁锂材料具有较高的放电比容量(0.1C放电比容量为160.1 m A·h/g)和优越的倍率性能(20C放电比容量为77.2 m A·h/g),同时减小了极化和电荷迁移电阻。这条合成路线是提高水热法制备磷酸铁锂正极材料电化学性能的有效方法。

镁离子掺杂锂离子电池硅酸锰锂正极材料

以MgAC2为掺杂剂,葡萄糖碳化为碳包覆源,通过溶胶凝胶法制备了含有镁离子的硅酸锰锂正极材料前驱体,在惰性气保护下经高温焙烧得到碳包覆的硅酸锰锂正极材料。对镁离子掺杂对硅酸锰锂物理和电化学性能的影响进行了探讨。交流阻抗和循环伏安测试表明,碳包覆和低含量镁离子掺杂不会破坏硅酸锰锂的材料,并且显著提高了电子传导过程的电导率,同时硅酸锰锂正极材料的循环性能得到提高。0.1C倍率放电测试显示,镁离子掺杂和非掺杂的硅酸锰锂的不可逆比容量分别有289 mA.h/g和248 mA.h/g。经过20次循环,其容量分别保持在155 mA.h/g和122 mA.h/g。与未掺杂的硅酸锰锂相比,镁离子掺杂后,硅酸锰锂的循环稳定性得到极大的提高。

金属镁掺杂的LiMnPO_4/C的电化学性能研究

采用固相湿磨并热处理,以酚醛树脂为碳源,合成了锂离子电池正极材料LiMn1-xMgxPO4/C(x=0,0.01、0.04、0.05和0.1)。制备的样品具有相似的形貌,掺杂的镁离子半径较小导致了晶格收缩,从而使颗粒细小且分布均匀。充放电测试和交流阻抗表明,由于镁离子掺杂加快了电化学动力学反应过程,而明显提高了材料的电化学性能。600℃煅烧得到的LiMn0.96Mg0.04 PO4/C材料在0.05C倍率下具有144mAh/g的放电容量;高放电倍率下,以恒流-恒压-恒流模式进行充放电测试,LiMn0.96Mg0.04PO4/C复合正极材料显示出良好的循环性能及倍率性能。

镁掺杂对正极材料尖晶石LiMn_2O_4电化学性能的影响

为了抑制Jahn-Teller效应导致的结构畸变对锂离子电池正极材料LiMn_2O_4结构的影响,通过溶胶-凝胶法成功制备出了尖晶石LiMn_2O_4和镁离子掺杂的LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4样品。并用X射线衍射、扫描电镜、充放电测试、X射线能谱、循环伏安对样品结构、形貌和电化学性能进行研究,发现适量的镁离子掺杂未改变LiMn_2O_4的结构。在0.5C倍率下,LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4样品的首次放电比容量稍有降低,但循环100次后,容量保持率高达93.8%,远高于未掺杂镁样品的容量保持率(75.8%);在5C倍率下,LiMg_(0.1)Mn_(1.9)O_4的放电比容量高达91mAh/g,而未掺杂的样品仅为72.9mAh/g。结果表明:镁离子掺杂可以有效抑制Jahn-Teller畸变,改善LiMn_2O_4的电化学性能。

纳米富锂锰基正极材料的合成及性能研究

富锂层状氧化物材料具有较高的比容量,被认为是下一代先进锂离子电池正极材料。采用丙烯酸热聚合法和柠檬酸溶胶-凝胶法分别合成了纳米富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2),并进行Mg^(^(2+))掺杂改性。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪对制备的正极材料进行形貌和结构表征,并组装成纽扣电池进行充放电性能测试和电化学阻抗谱分析。结果表明,丙烯酸热聚合法合成的正极材料粒径均匀,结晶度更高;与未掺杂样品相比,掺杂Mg^(2+)的正极材料首次库伦效率从67.66%提高到73.34%,循环性能显著改善。

第一性原理研究:Mg^2+掺杂尖晶石型LiMn2O4的的电子结构

尖晶石LiMn2O4正极材料是在原有锂电池正极材料LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的基础上研发出来的优选正极材料,它相较于LiCoO2材料价格更加低廉热稳定性加强且安全性能有所提高。采用Mg^2+掺杂LiMn2O4正极材料,利用基于密度泛函理论的第一性原理对LiMg0.5Mn1.5O4晶格常数与能带结构、态密度进行计算与分析。结果表明:新材料LiMg0.5Mn1.5O4的空间群为F4332,掺杂后晶胞参数a明显减小,晶胞体积收缩;掺杂量为0.5时明显比掺杂量0.125时Fermi能量和能量密度高。Mg^2+掺杂能影响LiMn2O4的晶体结构,形成更加稳定的共价键。掺杂量会改变LiMn2O4的空间群影响到结构稳定性,所以掺杂量不宜过大。

LiMg_(0.1)Fe_(0.9)PO_4/C的合成与电化学性能研究

为了改善磷酸铁锂的电化学性能,以Li2CO3,FeC2O4.2H2O,（MgCO3）4.Mg（OH）2.5H2O,（NH4）2HPO4为原料,葡萄糖为碳源,用高温固相反应法合成了锂离子电池正极材料LiMg0.1Fe0.9PO4/C,用电化学方法测试了LiMg0.1Fe0.9PO4/C与LiFePO4/C的充放电性能和循环稳定性,利用X射线衍射、扫描电镜等表征了镁离子掺杂对磷酸铁锂结构和表面形貌的影响。实验结果表明：LiMg0.1Fe0.9PO4/C具有单一的橄榄石结构,且是由粒径为200~500 nm的颗粒组成,具有良好的电化学性能和循环稳定性能,镁离子的掺杂使磷酸铁锂具有更好的导电性,在0.1C下,10个循环后放电比容量为142.4 mA.h/g。

Li_2Mn_(1-x)Mg_xSiO_4正极材料合成与电化学性能

采用固相法合成了Li2Mn1-xMgxSiO4掺杂型正极材料,并用TG-DTA、XRD、SEM和电化学性能测试对材料进行了表征。前驱体的TG-DTA曲线和XRD物相分析表明,合成Li2MnSiO4时优化的煅烧温度为750℃。XRD测试表明Li2Mn1-xMgxSiO4具有正交结构,对应Pmn21空间群,掺镁可以提高样品主相的结晶度。掺Mg对微观形貌影响明显,适量掺杂可以得到粒径均匀、少团聚的亚微米级粉体。将Li2Mn1-xMgxSiO4组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,Li2Mn0.98Mg0.02SiO4样品性能最好,首次放电比容量达到124.6mAh/g,为理论容量的38%,循环20次后放电容量仍有60mAh/g。