真空辅助法合成Fe_3(PO_4)_2·8H_2O及对LiFePO_4/C结构、形貌和电化学性能的影响(英文)

采用了一种真空辅助沉淀法制备Fe3(PO4)2·8H2O,并以此进一步合成粒径尺寸在400 nm左右LiFePO4颗粒.研究了Fe3(PO4)2·8H2O对于磷酸铁锂的形貌、结构、电化学性能的影响.X射线衍射(XRD)结果表明,真空辅助制备的Fe3(PO4)2·8H2O具有高纯度,以此制备的LiFePO4具有高结晶度和纯度.扫描电子显微镜(SEM)结果表明,真空辅助制备的Fe3(PO4)2·8H2O具有未完全发育的颗粒,以此制备的LiFePO4均匀无硬团聚.透射电子显微镜(TEM)结果显示真空辅助制备的LiFePO4包覆一层均匀的碳.真空制备的LiFePO4显示了优异的电化学性能,在1C、10C、20C倍率下的容量分别为140、113、100 mAh·g-1.真空制备的LiFePO4的循环伏安曲线显示了小的极化电压和尖锐的氧化峰.充放电平台曲线表明真空对LiFePO4高倍率性能起到重要作用.电化学阻抗谱(EIS)计算结果显示,真空和非真空制备的LiFePO4的锂离子扩散系数分别为1.42×10-13和4.22×10-14cm2·s-1,说明真空辅助能够提高LiFePO4的扩散系数.

Nb掺杂LiFePO_4/C的一步固相合成及电化学性能

用固相法一步合成了Nb掺杂的LiFePO4/C复合材料,研究了Nb掺杂量对材料电化学性能的影响.结果表明,Nb掺杂后LiFePO4/C复合材料的电化学性能明显提高.在0.5C、1C和2C充放电倍率下,名义成分为Li0.96Nb0.008FePO4/C正极材料的比容量分别为161、148和132mAh·g-1,已达到实用化水平.阻抗谱和循环伏安特性测试显示,Nb掺杂有效地降低了复合材料电极的阻抗和极化,说明Nb掺杂的主要作用是提高了LiFePO4的电子电导率.

高密度锂离子电池正极复合材料LiFePO_4/C

以FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、Li2CO3和乙炔黑为原料,采用两步固相反应法制备了高密度LiFePO4/C正极复合材料。利用差热(DSC),热重(TGA)和X射线衍射(XRD)等分析手段具体探讨了第一步固相反应中可能存在的反应过程和中间产物。利用扫描电镜表征了复合材料LiFePO4/C中LiFePO4微粒形貌和接触状态。结果表明,乙炔黑的含量是影响LiFePO4微粒尺寸和微粒间接触界面的重要因素。在一次热处理的基础上,二次球磨和烧结有利于第二次固相反应过程中反应物质的接触和传质,较一步固相法提高了生成的LiFePO4的振实密度。当乙炔黑的含量(质量分数)为0.1%-1.5%时,两步固相法所制正极材料LiFePO4/C的振实密度可达到1.7 g/cm3,初次放电容量达到105 mA·h/g。

镁离子掺杂对LiFePO_4/C电化学性能和结构的影响

以乳酸镁做为Mg^(2+)的掺杂源和部分的碳源,在惰性氛围下用模板-固相合成法合成了掺Mg^(2+)的LiFePO_4/C复合正极材料,考察了Mg^(2+)对于目标化合物电化学和物理性能的影响.研究结果表明,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140.5和159.9mAh/g,循环20次后容量为140.4和162.1mAh/g.电化学交流阻抗表明,掺杂后的材料阻抗R_(ct)从180Ω减小到120Ω.掺杂后振实密度比掺杂前提高了0.229g·cm^(-3).

不同碳源对LiFePO_4/C复合材料性能的影响

采用机械液相活化法与高温固相法相结合制备了锂离子电池正极材料LiFePO4和LiFePO4/C。考察了蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、酒石酸等不同碳源对材料性能的影响,并采用XRD、SEM和恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表面形貌及电化学性能进行了研究,利用Raman光谱和TEM分析材料中碳的存在状态。结果表明,得到的样品结构均为橄榄石型,碳源的加入能有效地减小材料的颗粒尺寸,并且材料的电导率比纯LiFePO4的电导率提高了5个数量级。LiFePO4/C样品的表面包覆层均为非晶碳,以柠檬酸为碳源合成的LiFePO4/C材料,具有较小的颗粒尺寸,均匀多孔的表面碳包覆层和最佳的电化学性能。在0.1C下第3次的放电比容量达141.0mAh/g,循环10次后容量无衰减。

固相法合成LiFePO_4/C正极材料的电化学性能

以廉价原材料FeSO4·7H2O为铁源,以蔗糖为碳源,采用固相法合成了锂离子电池正极材料——LiFePO4/C复合材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试技术对不同铁源合成的LiFePO4/C复合材料的结构、形貌和电化学性能进行研究。结果表明:合成的样品具有均一的橄榄石型结构,以FeSO4·7H2O为铁源合成的LiFePO4/C复合材料的循环性能和高倍率放电性能均优于以FeC2O4·2H2O为铁源合成的LiFePO4/C复合材料的;由FeSO4·7H2O合成的LiFePO4/C复合材料的5C倍率放电比容量为105.9mA·h/g,经循环30次后,容量仍高达105.2mA·h/g。

钽离子掺杂对LiFePO_4/C物理和电化学性能的影响

采用PAM(聚丙烯酰胺)模板-溶胶凝胶法在惰性气氛下合成钽掺杂的LiFePO4/C复合正极材料,考察了钽对目标化合物的物理和电化学性能的影响。研究结果表明,0.33C的电流下充放电时,掺杂前后第2个循环的放电容量分别为138.6mAh·g-1和155.5mAh·g-1,循环20次后容量为141mAh·g-1和156mAh·g-1。电化学交流阻抗表明,掺杂后的材料阻抗Rct从180Ω减小到120Ω。振实密度比掺杂前提高0.312g·cm-3。

不同碳源对多孔球形LiFePO4/C复合材料的影响

采用喷雾干燥-碳热还原法(SDCTM),分别研究了无机和有机碳源对锂离子正极材料LiFePO4/C形貌、结构及其充放电性能的影响。结果表明:以无机碳源炭黑制备的LiFePO4/C呈不规则球形,一次颗粒粒径在800nm左右,比表面积为2m2·g-1,0.1C放电比容量为107.3mAh·g-1。而以有机碳源制备的LiFePO4/C,其形貌较为规则,呈多孔球形结构,具有较高的比表面积和放电比容量。其中,以柠檬酸为碳源制备的多孔球形LiFePO4/C复合材料,其孔径均在50nm左右,比表面积可达32m2·g-1;在室温下,0.1C和10C首次放电比容量分别为158.8和87.2mAh·g-1,具有优异的循环性能和高倍率充放电性能。

纳米FePO_4的合成及其正极材料LiFePO_4/C的电化学性能研究

以Fe3＋为铁源,采用控制结晶技术合成了纳米FePO4.xH2O,将FePO4.xH2O于500℃热处理4 h后得到纳米FePO4前驱体,然后通过碳热还原在不同温度下煅烧合成橄榄石结构的纳米LiFePO4/C样品.采用差热/热重、X射线衍射、扫描电镜、比表面测试、电化学性能测试等分析测试方法对纳米FePO4.xH2O、FePO4前驱体及不同煅烧温度下制得的纳米LiFePO4/C样品进行表征.研究结果表明,700℃烧结10 h合成LiFePO4/C样品的粒径在40-100 nm左右,比表面积为79.8 m2/g;700℃煅烧合成样品在电压2.5-4.2 V,倍率为0.1C、1C、5C、10C、15C时的放电比容量分别达到156.5、134.9、105.8、90.3和80.9 mAh/g,具有较好的倍率性能;样品还表现出较好的容量保持率.

低温合成LiFePO_4/C正极材料及其电化学性能

以FeSO4·7H2O，NH4H2PO4和H2O2为初始原料，通过液相沉淀制得前驱体FePO4·2H2O，然后通过碳热还原得到LiFePO4／C。X射线衍射和扫描电镜分析结果表明：将FePO4·2H2O，Li2CO3与炭黑球磨2h后再在Ar气气氛、500℃下煅烧10h能得到无其他杂相的LiFePO4／C材料，反应剩余的碳黑分布在LiFePO4颗粒之间，阻碍LiFePO4颗粒团聚，并有利于提高其电子导电率；制得的LiFePO4／C的粒径为0．3～0．4μm，且具有良好的循环性能；以0．1C倍率电流放电的首次放电比容量为134．2mA·h／g，1C倍率下的放电比容量为104mA·h／g。

软模板剂对LiFePO_4/C正极材料性能的影响

采用软模板-固相合成法合成橄榄石型LiFePO4/C正极材料。通过XRD、SEM以及交流阻抗等对材料的晶体结构和电化学性能进行研究,并研究了葡萄糖、丙烯酰胺和乳酸亚铁作为软模板剂对材料性能的影响。结果表明:以葡萄糖为软模板剂合成的LiFePO4/C材料的首次放电比容量高达140.2 mAh/g,循环20次后,放电容量无明显的衰减现象。

LiFePO_4/C复合材料的固相合成及碳源的影响

以FeSO4.7H2O为铁源,用固相法合成了正极材料橄榄石型LiFePO4/C复合材料,研究了焙烧温度、反应时间和碳源对产物结构、形貌及电化学性能的影响。用蔗糖作碳源,在700℃下煅烧15 h制得的样品,具有均一的橄榄石型结构,在电流为17 mA/g(0.1C)时的首次放电比容量为151 mAh/g,循环性能良好。

共沉淀-微波法合成LiFePO_4/C正极材料

以有机表面活性剂聚乙二醇(PEG)为碳源,采用共沉淀-微波法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4/C,探讨了微波烧结时间对样品结构和性能的影响,并用XRD、TEM、激光粒度分析和恒电流充放电测试对LiFePO4/C样品的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:微波烧结9 min的样品为单一的橄榄石晶体结构和较好的电化学性能,在室温下,以0.1C、0.2C和1C进行充放电,首次放电比容量分别达到154.3mAh/g、139.7mAh/g和123.9mAh/g,循环20次后仍保持在152.3mAh/g、134.3mAh/g和118.5mAh/g。

LiFePO_4的前驱体制备与性能

以Fe2(SO4)3、H3PO4和NH3.H2O为原料,采用控制结晶法制备了多孔的前驱体FePO4.xH2O。通过研究pH值和合成时间对前驱体的物相结构、成分、表面形貌、粒度、比表面积和振实密度的影响,发现在pH=2.1的条件下反应8h制备的前驱体性能最佳。将前驱体、Li2CO3及葡萄糖均匀混合,用碳热还原法合成了LiFePO4/C,结果表明,以pH=2.1时制备的前驱体为原料合成的LiFePO4/C在0.1C时的首次放电比容量为156mAh/g,其振实密度高达1.20g/cm3。

蔗糖的添加对磷酸亚铁锂形态与性能的影响

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵和蔗糖为原料,固相烧结和机械球磨相结合制备LiFePO4/C复合材料。X射线衍射结果显示:合成的LiFePO4/C物相单一、纯正,而未添加蔗糖直接合成的LiFePO4存在着杂相;扫描电镜、透射电镜表征表明:合成的磷酸亚铁锂结晶度较高、粒度分布较均匀、晶粒完整;充放电性能测试显示:LiFePO4在0.05C电流密度下充放电,其初始放电比容量仅有83mAh/g,而包覆6.8%(质量百分数)导电碳的LiFePO4/C复合材料,其比容量高达128mAh/g,即使在0.5C高倍率充放电仍保持108mAh/g。结果表明LiFePO4/C复合材料具有更优异的电化学性能。

均匀沉淀法制备LiFePO_4/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。

液相法合成高容量LiFePO_4/C复合正极材料

采用液相共沉淀法合成了纯相橄榄石型LiFePO4和LiFePO4/C复合正极材料。利用原子吸收(AAS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、振实密度测定等方法对其进行表征,并组装成电池研究其电化学性能。结果表明:LiFePO4和LiFePO4/C都具有单一的橄榄石型晶体结构,且前者的振实密度可达1.67 g/cm2,掺碳后制成的LiFePO4/C振实密度有所降低,但充放电平台非常平稳。与纯相LiFePO4相比,LiFePO4/C具有更高的放电比容量和循环性能,室温下以0.2 mA/cm2和0.4 mA/cm2电流密度充放电,首次放电比容量分别达到158.1 mA.h/g、150.0 mA.h/g。充放电循环20次后放电比容量仍分别保持在154.2 mA.h/g,137.2 mA.h/g。

LiFePO_4/C复合正极材料的结构与性能

考察LiFePO4/C复合正极材料的结构与性能,采用高温固相法制备了纯的LiFePO4和复合型LiFePO4/C锂离子电池正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子吸收光谱(AAS)等方法对所得样品的晶体结构、表观形貌、粒径大小和元素组成等进行了分析研究。实验结果表明,所得LiFePO4和LiFePO4/C均为单一的橄榄石型晶体结构,其中,以葡萄糖作为碳添加剂所得到的LiFePO4/C复合材料的电性能最佳。该材料具有良好的充放电循环可逆性能和高温电性能,以C/10和1C的倍率充放电,首次放电比容量分别为156.5mAh/g、147.8mAh/g,充放电循环10次后的平均放电比容量分别为155.3mAh/g、145.2mAh/g。

高密度LiFePO4／C正极材料的合成其及电化学性能研究

以Li2CO3为锂源,葡萄糖为C源,与高密度前驱体FePO4混合,采用高温固相反应法合成高密度的锂离子电池正极材料LiFePO4/C复合材料。采用X射线衍射、电子扫描显微镜和恒电流充放电对制得的LiFPO4进行了研究。结果表明,合成材料结晶完整,为均一的橄榄石型结构。C的含量在很大程度上影响LiFePO4的密度,当C的含量为3.0%(质量分数)时,所制正极材料LiFePO4/C的振实密度可达到2.14g/cm3,0.1C放电容量为121.5mAh/g,体积比容量达到260.0mAh/V。

低成本动力锂离子电池磷酸铁锂正极材料的合成及性能

磷酸铁锂作为动力锂离子电池的正极材料的首选,正逐渐走向市场.以廉价的Li_3PO_4,FePO_4,Fe粉为原料,一步合成了LiFePO_4/C正极材料,系统研究了葡萄糖、蔗糖和柠檬酸三种不同的碳源对磷酸铁锂性能的影响.采用TG-DTA,XRD,SEM,TEM等手段对产物进行了表征,并研究了其电化学性能.实验结果表明,以葡萄糖为碳源的LiFePO_4/C性能最好,样品颗粒呈球形,表面光滑,分散性好,颗粒表面包覆有2 nm厚的石墨碳层,颗粒之间有碳纤维连接.该样品在0.1 C充放电时首周放电容量达到162.1 mAh/g,20周之后仍然保持在155 mAh/g,显示出良好的循环性能.