Li1.2(Ni0.4Mn0.4)x(Co0.4Mn0.4)1-xO2(0≤x≤1)系列富锂材料的制备及性能

富锂材料具有大于200 mAh/g的可逆比容量,吸引了广大研究者的目光,成为近年来的研究热点。从材料相图出发,进行材料设计。采用醋酸盐固相化学法制备得到锂离子电池富锂正极材料Li1.2(Ni0.4Mn0.4)x(Co0.4Mn0.4)1-xO2(0≤x≤1),应用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)、原子吸收光谱(AAS)对材料进行了成分分析,采用X射线多晶衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)进行了结构和形貌分析、并对材料的电化学性能进行了测试分析。结果表明所得系列富锂材料均为层状α-NaFeO2结构(R-3m空间群),随着x值的减小,Li1.2(Ni0.4Mn0.4)x(Co0.4Mn0.4)1-xO2(0≤x≤1)五种材料的首次放电比容量逐渐增大,循环性能逐渐提高。

微波合成层状材料Li1．2＋x[Ni0．25Mn0．75]0．8-xO2(0≤x≤4／55)及其电化学性能研究

采用微波合成方法制备得到锂离子电池正极材料Li1.2+x[Ni0.25Mn0.75]0.8-xO2(0≤x≤4/55),并对所得样品进行了XRD及电化学性能测试.

锂离子电池正极材料LiNi_xMn_(2-x)O_4的制备和电化学性能研究

采用固相反应和湿化学两种方法合成了材料LiNixMn2-xO4。含Ni量影响材料在4.7V高电压区间的容量,用固相反应法制备的LiNi0.5Mn1.5O4中含有杂相物质,首次放电容量可以达到118mAh/g,其中高电压区的容量为100mAh/g,循环50次的容量保持率为97%。用湿化学法可以得到纯相的LiNi0.5Mn1.5O4,首次放电容量为140mAh/g,其中高电压区的容量为125mAh/g,循环50次后,容量仍能达到133mAh/g,容量保持率为95%。XPS检测结果表明,湿化学法制备的LiNi0.5Mn1.5O4中Mn为+4价,Ni为+2价。

尖晶石型LiNi_xMn_(2-x)O_4锂离子正极材料的电化学性能

采用Pechini法在 80 0℃空气中焙烧 6h制备LiNixMn2 -xO4试样 (x =0 ,0 .0 5 ,0 .1,0 .2 ,0 .3,0 .4 ,0 .5 )。经XRD测试表明除LiNi0 .5Mn1.5O4以外 ,其它的试样均为纯净的尖晶石结构。尖晶石LiNixMn2 -xO4试样电极在 3.3～ 4 .5V以及 4 .5～ 4 .8V范围内的电化学性能测试表明 :在 3.3～ 4 .5V范围内 ,试样初始充放电容量随Ni元素掺杂比例的增加而降低 ;在 4 .5～ 4 .8V范围内 ,试样初始充放电容量随Ni元素掺杂比例的增加而增大 ;在 3.3～ 4 .8V范围内 ,试样总的初始容量基本不变 ;在 3.3～ 4 .5V范围内 。

LiNi_xMn_(2-x)O_4对锂离子电池材料LiCoO_2的表面改性研究

在锂离子电池正极材料LiCoO2表面上修饰LiNixMn2-xO4来改善LiCoO2在循环过程中的容量衰减问题.对所得产物进行了XRD、SEM表征,并进行了充放电容量测试和交流阻抗测试.通过XRD和SEM,发现LiNixMn2-xO4修饰没有改变材料的晶体结构.在电化学性能测试中,由于包覆LiNixMn2-xO4可以减少材料与电解液的直接接触,最大程度地减缓电极材料在电化学循环时结构遭到破坏,在修饰量较小(3.5%)时,该改性方法改善了LiCoO2电极的循环性能,69次循环后放电比容量没有衰减,且大大地提高了平台效率.

稀土掺杂CoCexFe2-xO4的制备及电化学性能研究

制备稀土铈掺杂钴基铁氧体并对其形貌和结构进行表征,通过对其微观结构的分析研究其电化学性能。通过一步溶剂热法制备CoCexFe2-xO4(x=0、 0.04、 0.08、 0.12、 0.16、 0.20)纳米粒子,经SEM、XRD、傅里叶变换红外、循环伏安法(CV)、恒流充放电(GCPL)和交流阻抗,表征了其微观形貌结构及电化学性能。电化学测试性能表明:当电流密度j=1 A·g^-1时,稀土Ce含量x=0.08,比电容量达到525 F·g^-1。结果表明:比电容量跟随稀土离子含量的变化而变化。稀土离子的引入有利于材料导电网络的形成,提高其电导率。

LiNi_xMn_(2-x)O_4材料的合成和性能表征

采用共沉淀法制备了锂离子电池正极材料LiNixMn2-xO4(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)。XRD测试结果表明,除LiNi0.6Mn1.4O4外,其他的试样均为尖晶石结构。电化学性能测试表明:试样在4.0 V左右平台的容量随掺镍量的增加而减小,在4.7 V左右平台的容量随掺镍量的增加而增加,但总容量变化不大。试样的循环性能随掺镍量的增加而提高。

镍掺杂对尖晶石型LiMn_2O_4结构及电化学性能的影响

采用分步加热高温固相合成法,合成了尖晶石型LiNixMn2-xO4正极材料。用X射线衍射对材料的晶体结构进行了表征和晶胞参数的分析,并进行了电化学性能的研究。实验结果表明,Ni的掺杂对样品的晶胞参数和电化学性能有很大的影响,随着掺镍量的增加,电荷迁移电阻增加。当掺杂量x=0.1时,样品的首次放电容量达到98.2 mAh.g-1,经过100次循环,容量保持在92%以上,样品的循环性能得到了很大的提高。

Al离子掺杂正极材料LiMn_2O_4的高温循环性能

采用固相反应法分别合成正极材料LiMn_2O_4和LiAl_xMn_(2-x)O_4(x=0.05,0.1,0.3)。对它们进行XRD和SEM测试,并对比了高温下的循环性能。结果显示:除Al掺杂量x=0.3时,合成物出现了LiAlO_2杂质相外,其余皆具有单一的尖晶石相结构。掺杂后的晶体颗粒比较圆润。LiMn_2O_4在高温下经过20次循环后,其比容量降低29%,衰减很快。造成衰减的主要原因是Mn^(3+)歧化反应生成的Mn^(2+)在电解液中的溶解,以及Jahn-Teller效应。通过阳离子Al^(3+)的掺杂,有效的提高了尖晶石LiMn_2O_4的高温循环性能。

锂离子电池正极材料LiCr_xMn_(2-x)O_4的合成及性能研究

采用Pechini法制备了尖晶石LiCrxMn2-xO4正极材料,并用X射线衍射仪、扫描电镜、充放电测试等手段研究了其晶体结构、表观形貌和电化学性能.结果表明,该法制备的尖晶石LiCrxMn2-xO4(0≤x≤0.1)正极材料为单一尖晶石结构,形貌较好,粒径分布均匀;晶胞参数随着Cr含量的增加而减小,但是Cr掺杂量对于产物的相结构和晶体形貌影响不大;Cr含量的增加使得LiCrxMn2-xO4的比容量减小,但却提高了尖晶石结构的稳定性和循环性能.

LiM_xMn_(2-x)O_4正极材料的表面改性机理研究

采用溶胶-凝胶包裹法对尖晶石LiMn_2O_4及其阳离子掺杂LiM_(0.1)Mn_(1.9)O_4(M=Li,Ni)正极材料进行了表面改性研究.X射线衍射及电子探针线扫描分析表明,表面改性以后的晶粒仍为尖晶石结构,表面改性离子Co的浓度由表及里逐步减小.电解液溶蚀实验及电化学循环测试表明,表面改性后的正极材料LiM_(0.1)Mn_(1.9)O_4的抗溶蚀性明显增强,循环性能优良.性能改善的原因是表面改性以后,尖晶石晶粒表层Mn^(3+)离子浓度降低,Mn^(4+)离子浓度大大增加,减少了Mn^(3+)发生歧化反应的机会.

Ce_xPr_(1-x)O_(2-δ)复合氧化物的制备、表征及CO和CH_4氧化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了CexPr1-xO2-δ复合氧化物,用XRD和Raman光谱对复合氧化物的体相和表面结构进行了表征.结果表明,当x≥0.5时Pr离子完全进入CeO2晶格中形成单一立方相固溶体. CexPr1-xO2-δ(x>0.3)复合氧化物在465和1150cm-1附近出现具有CaF2结构的Raman特征峰,和由氧空穴引起的不对称振动产生的570和195cm-1 Raman 谱峰.固溶体的形成使还原温度降低,提高了复合氧化物的还原性能.CO氧化活性表明氧空穴的存在对CO氧化活性有一定的对应关系;而CH4氧化活性则与还原温度和强度有关.

锂离子电池阴极材料LiM_xMn_(2-x)O_4的合成方法研究

尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４是最有希望替代ＬｉＣｏＯ２的新一代锂离子电池阴极材料．本文对其晶体结构进行了详细的描述；综合评述了近年来各种制备ＬｉＭｘＭｎ２－ｘＯ４的方法，包括高温团相反应、微波烧结法、固相配位反应等“因相合成法”以及Ｐｅｃｈｉｎｉ法、溶胶－凝胶法、微乳化等“软化学合成法”，并对各方法的优缺点进行了分析对比．其中“固相配位反应法”是本文作者的创新方法，既保持了高温固相反应法操作简便、易于工业化生产的的优点，同时也具有煅烧温度低、煅烧时间短、产品形貌较好、粒度相对较小、而且化学计量可控等优点．因此，该法具有十分巨大的潜在应用价值．

Y^(3+)对LiMn_2O_4的结构和电化学性能的影响

以Li2CO3、电解MnO2和Y2O3为原料,采用固相法合成了Li1.02YxMn2-xO4(x=0,0.005,0.01,0.02,0.04,0.1)。XRD测试表明,不同Y3+掺杂量的Li1.02YxMn2-xO4晶型发育良好。Y3+的加入使Li1.02YxMn2-xO4晶格常数和晶胞体积变小。循环伏安测试结果表明,少量Y3+的加入没有改变锂离子脱嵌过程,但随着掺杂量的增加,锂离子脱嵌过程趋于容易,能有效地避免能级分裂。电化学性能测试表明,当掺杂量x=0.02时,初始容量为117.2mAh.g-1,20次循环容量衰减至113.6mAh.g-1,容量保持率为96.90%;Y3+的加入很好地起到了稳定晶体结构,有效抑制Jahn-Teller效应的作用。交流阻抗测试结果表明,Y3+的加入能改善材料的导电性能。

溶胶-凝胶法制备LiCo_xMn_(2-x)O_4及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶（sol-gel）法制备了颗粒较小（100-300nm）、分布均匀的尖晶石LiCoxMn2-xO4粉体,研究了不同掺杂水平对其结构及电化学性能的影响。结果表明,掺杂少量Co于LiMn2O4中并不改变材料的尖晶石结构;随着Co掺杂量增加,材料结构稳定性提高,极化降低,首次放电比容量逐渐减小,但充放电循环性能却明显改善;在低温（500℃）条件下退火6h后,LiCoxMn2-xO4粉体的放电比容量稍有增加,但对循环性能影响不大;在电流密度0.1mA/cm^2和截止电压3.5-4.4V时,LiCo0.1Mn1.9O4粉体首次放电比容量达123mAh/g,20次循环后的稳定放电比容量为106mAh/g,具有较好的电化学性能。

LiNi_(0.5-x)Al_(2x)Mn_(1.5-x)O_4的制备、结构及电化学特征

采用喷雾干燥法合成了LiNi0.5-xAl2xMn1.5-xO4(0≤2x≤0.15)正极材料,研究Al掺杂对LiNi0.5Mn1.5O4材料结构与电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、傅里叶红外光谱(FTIR)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段对其结构及电化学性能进行表征.结果表明,Al取代Ni和Mn使材料的晶体结构发生了转变,空间群由P4332转变为Fd3m,同时增大了锂离子的扩散速率,提高了材料的倍率性能.在室温下,LiNi0.4 5Al0.1Mn1.45O4表现了最好的倍率性能,当放电电流为0.5 C时,放电容量为126 mA.h/g,当放电电流增加到5 C时,放电容量为109 mA.h/g,保持率达到了87%.此外,Al取代Ni和Mn有效降低了材料在高温下的Mn溶解量,从而有效改善了材料在高温大倍率下的循环性能.LiNi0.45Al0.1Mn1.45O4材料在50℃,倍率为3 C时,放电容量为121.7mA.h/g,循环50次后,仍可保留初始容量的94%.

锂离子电池正极材料Li_(1+x)Mn_(2-x)O_4的Jahn-Teller效应

锂离子电池正极材料在循环过程中存在着容量衰减的问题,其中Jahn-Teller效应是锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4在应用中容量衰减的难点。文章利用溶胶凝胶法制备富锂尖晶石Li1+xMn2-xO4,通过X射线衍射、晶格参数和cMn4+/cMn3+比值等参数,研究尖晶石LiMn2O4的Jahn-Teller效应;结果表明,当煅烧温度t=650℃,x=0.05时,有利于抑制Jahn-Teller效应。

S_2O_8^(2-)/ZnFe_xAl_(2-x)O_4的制备及催化合成乙酸正丁酯

通过(NH4)2S2O8溶液浸渍法制备了S_2O_8^(2-)/ZnFe_xAl_(2-x)O_4固体催化剂。通过XRD、TG-DSC、IR和N_2吸附-脱附的分析方法对催化剂进行了表征,并考察了催化剂的制备条件。实验结果表明,S_2O_8^(2-)/ZnFe_xAl_(2-x)O_4-仍具有载体的尖晶石结构特征,BET表面积为37.65m^2/g,颗粒堆积后的平均孔径约为12.47nm。将S_2O_8^(2-)/ZnFe_xAl_(2-x)O_4应用于制备乙酸正丁酯的反应,研究表明,催化剂的催化活性与制备条件有关,当采用0.15mol/L(NH4)_2S_2O_8溶液浸渍ZnFe_(0.15)Al_(1.85)O_4,温度为550℃焙烧5h条件下制备的催化剂,可使乙酸的酯化率达到93.47%。

掺杂铜的尖晶石型LiCu_xMn_(2-x)O_4正极材料研究

通过传统高温固相合成与溶胶 凝胶方法合成了掺杂铜的尖晶石相锂离子电池正极材料LiCuxMn2 -xO4 (x=0 .1,0 .2 ,0 .3,0 .5 ) .XRD测定了合成产物的物相 ,结果表明即使在x =0 .5时 ,其最终产物都表现为单一的尖晶石相 .溶胶凝胶方法合成的产物其初始容量要比相应的高温固相合成产物高约 10 % .尽管通过铜的部分取代 ,材料的初始容量有所下降 。

LiM_xMn_(2-x)O_4(M=Cr、Al)尖晶石相阴极材料研究

用溶胶 -凝胶法制备了 L i Mx Mn2 - x O4( M=Cr、Al;x≤ 0 .2 )尖晶石相锂离子电池阴极材料。SEM表面观测显示材料的晶形好 ,粒度均匀 ,粒径小于 0 .5微米。电化学测试表明 ,低水平量 ( 0 .0 2≤ x≤ 0 .0 5 )的 Cr、Al掺杂材料初始容量稍有降低 ,但却较大地改善了循环性能。在 L i Mx Mn2 - x O4中 ,掺 Al降低了 L i+、Mn3+占位的无序度 ;Cr3+和 Al3+取代了其中的部分 Mn3+ ,占据八面体位 ( 16 d) ,抑制了 Jahn-Teller效应 ,增强了尖晶石骨架的稳定性 ,提高了其电化学性能。在 3.0～ 4.3V的充放电过程中 ,材料中的 Cr、Al都保持 +3价不变 。