Ni-Fe共掺LiMn_(2)O_(4)正极材料的合成及电化学性能研究

采用固相燃烧法快速合成了LiNi_(0.08)Fe_(x)Mn_(1.92-x)O_(4)(x≤0.08)正极材料,并探究了正极材料样品的结构、形貌、电化学性能及动力学性能。结果表明,Ni-Fe共掺没有改变LiMn_(2)O_(4)的立方尖晶石结构,促进了其晶体发育和{111}、{110}、{100}晶面的择优生长,部分颗粒形成了以高暴露{111}晶面为主和少量{110}、{100}晶面的截断八面体形貌。LiNi_(0.08)Fe_(0.05)Mn_(1.87)O_(4)样品在较低倍率(≤5 C)时,其倍率性能和长循环寿命得到显著提高,在25℃下,1 C的首次放电比容量为106.1 mAh/g, 1 000次循环后容量保持率为82.0%;5 C的首次放电比容量为100.1 mAh/g, 2 000次循环后容量保持率为72.8%。LiNi_(0.08)Fe_(0.05)Mn_(1.87)O_(4)材料的锂离子扩散系数和表观活化能分别为1.75×10^(-15)cm^(2)/s和26.52 kJ/mol,表明其有较好的Li+迁移动力学性能。

固相燃烧法制备LiMg_(0.02)Mn_(1.98)O_(4)正极材料及电化学性能

采用固相燃烧法制备出包含{111},{110}和{100}晶面且呈单晶截角八面体形貌的LiMg_(0.02)Mn_(1.98)O_(4)(LMMO)正极材料.结果表明,联合Mg掺杂和截角八面体单晶形貌调控所制备的尖晶石型LiMn_(2)O_(4)材料,既能有效抑制Jahn-Teller效应,又能减缓Mn溶解及增加部分Li+迁移通道,这对其晶体结构起稳定作用.与纯LiMn_(2)O_(4)(LMO)样品相比,Mg掺杂促进了尖晶石型LiMn_(2)O_(4)材料的结晶性和单晶截角八面体颗粒的形成.在1 C倍率下,LiMg_(0.02)Mn_(1.98)O_(4)材料的初始放电比容量为116.8 mAh/g, 200次循环后保持率为78.3%;在5 C和10 C高倍率下,LiMg_(0.02)Mn_(1.98)O_(4)样品经1 000次循环后,其容量保持率分别为64.2%和56.3%,而未掺杂Mg的LiMn_(2)O_(4)样品的容量保持率分别为52.7%和38.7%.单晶截角八面体形貌的LiMg_(0.02)Mn_(1.98)O_(4)材料有较大的Li+扩散系数和较低的表观活化能,这证明其有较好的倍率性能和长循环寿命.

B掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的制备及长循环电化学性能

采用固相燃烧法制备了单晶多面体尖晶石型LiMn1.94B0.06O4正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及充放电测试等手段,对其晶体结构和电化学性能等进行了表征。结果表明,B掺杂没有改变尖晶石型LiMn2O4的晶体结构,促进了(440)和(400)晶面的优先生长,形成了高暴露的(111)晶面及少部分(110)和(100)晶面的单晶多面体LiMn1.94B0.06O4晶粒,减少了Mn的溶解和提供了更多的锂离子扩散通道,其晶粒尺寸在160~350 nm之间。在10C、25℃的条件下,LiMn1.94B0.06O4电极的首次放电比容量可达到103.0 mAh·g^-1,2000次循环后,表现出较好的容量保持率(57.7%);在15C高倍率下,LiMn1.94B0.06O4仍然保持了67.1 mAh·g^-1的首次放电比容量,1500次循环后,仍能维持46.2%的容量保持率;在1C、55℃的条件下,其初始放电比容量高达125.2 mAh·g^-1,表现出良好的高温性能。B掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn2O4的高倍率性能和循环寿命,稳定晶体结构,抑制Jahn‑Teller效应和缓解Mn的溶解。

熔盐燃烧合成LiNi0.01CrxMn1.99-xO4(x≤0.07)正极材料及电化学性能

采用熔盐燃烧法制备Ni和Cr共掺杂尖晶石LiNi0.01CrxMn1.99-xO4(掺杂Cr的量x≤0.07)正极材料,以改善锂离子电池正极材料的电化学性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其晶体结构、微观形貌和物相组成进行表征,并利用恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对电化学性能进行研究。结果表明,样品均为单相尖晶石LiMn2O4结构,颗粒尺寸在50~100 nm。x=0.05样品具有高的Li^+扩散系数和低的电荷转移电阻,表现出优良的动力学性能和电化学性能。在1 C,x=0.05样品首次放电比容量为114.3 mA×h×g^-1,循环500次后的容量保持率为74.8%,即使在20和30 C的较高倍率,经过1000次长循环后,仍分别保持51.9%和43.1%的容量保持率。适量的Ni-Cr共掺杂提高了LiMn2O4的晶体结构稳定性,改善了电化学性能。

固相燃烧法合成LiNi0.10Znx Mn1.90-xO4（x≤0.15）正极材料及其电化学性能研究

用固相燃烧法合成LiNi0.10Znx Mn1.90-xO4(x≤0.15)正极材料.XRD与SEM表明,所有样品都属于LiMn2O4材料典型的尖晶石结构,无杂相生成,且均为分散性好、结晶性高的类球多面体,颗粒尺寸为100~200 nm.其中,LiNi0.10Zn0.02Mn1.88O4样品的粒径相对较小,为130 nm.电性能结果表明,LiNi0.10Zn0.02Mn1.88O4样品具有优异的循环稳定性和倍率性能,在1 C循环1000次后可维持76.3%的容量保持率,在较高倍率5 C、10 C和20 C,分别释放出98.0,91.7 mA·h·g^-1和88.8 mA·h·g^-1的比容量,表现出最优的电化学性能.

Ni-Cu双掺LiMn2O4正极材料的制备及电化学性能研究

通过简易的无焰燃烧法合成了LiMn2O4、LiNi0.08Mn1.92O4和LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O43种正极材料。利用XRD、SEM、恒电流充放电测试等手段对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,所制备的3种正极材料均为立方尖晶石结构;Ni-Cu共掺杂提高了LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4材料的晶体结构稳定性,表现出比LiNi0.08Mn1.92O4和LiMn2O4材料较好的倍率性能和循环寿命。在室温和1 C倍率下,LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4样品的首次比容量为104.7 m A·h/g,循环200次后的容量保持率为81.38%;在较高的倍率5 C循环1000次后,容量保持率为68.23%;即使在高温55℃和1 C倍率下,仍可获得较高的首次放电比容量,为110.8 m A·h/g,200次循环后的容量保持率为56.23%。CV和EIS测试结果表明,LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4具有较好的循环可逆性和较小的电荷转移阻抗。

锂离子电池LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4正极材料的合成及电化学性能

采用液相无焰燃烧法制备单晶多面体LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4材料,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等测试分析材料的电化学性能。结果表明:掺杂La^(3+)没有改变LiMn_(2)O_(4)的尖晶石结构。在25℃、1C和5C倍率条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4初始放电比容量分别为112.7和94.5mA·h/g,循环500次后,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4的容量保持率为64.42%和81.45%,而LiMn_(2)O_(4)样品的容量保持率分别为53.69%和56.9%;特别是在10C高倍率下,LiMn_(2)O_(4)样品的初始放电比容量仅有44.7mA·h/g,同样条件下,LiLa_(0.02)Mn_(1.98)O_4首次放电比容量达73.5mA·h/g,循环500次后,容量保持率为81.09%。CV和EIS测试发现,掺杂后的材料有较好的循环可逆性,较大的锂离子扩散系数1.04×10^(-16)cm^(2)/s,对循环2000次后的极片进行分析,材料的晶体结构和颗粒形貌基本没有变化,适量的La掺杂能够稳定材料的晶体结构,有效抑制Jahn-Teller,提高材料的循环性能。

燃烧温度对尖晶石型LiCr0.05Mn1.95O4正极材料电化学性能的影响

以醋酸锂、醋酸锰和醋酸铬为原料,采用熔盐燃烧法在300℃、400℃、500℃、600℃一次燃烧反应1h和650℃二次焙烧6h制备LiCr0.05Mn1.95O4正极材料。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品的物相组成、结晶性和形貌进行表征,并用恒电流充放电测试、循环伏安和电化学交流阻抗进行电化学性能测试表征。结果表明:所有样品均具有LiMn2O4的尖晶石结构,没有任何杂质相,颗粒尺寸分布为110~250nm。燃烧温度为500℃合成的LiCr0.05Mn1.95O4正极材料具有较好的电化学性能,在1C、5C和10C倍率,循环100次后,其容量保持率分别为90.29%、91.58%、90.26%。

Ni-Zn共掺LiMn_(2)O_(4)正极材料的制备及电化学性能

利用固相燃烧法制备了Ni-Zn共掺的LiNi_(0.03)Zn_(0.02)Mn_(1.95)O_(4)正极材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪等对材料的结构、形貌和元素价态进行分析,并且通过一系列电化学测试对材料的电化学性能进行分析。结果表明:合成的LiNi_(0.03)Zn_(0.02)Mn_(1.95)O_(4)正极材料具有较好的电化学性能,在25℃、1 C条件下首次放电比容量为125.5 mAh/g,1000次循环后的容量保持率为73.6%;在10 C和20 C下,1000次循环后的容量保持率分别为58.0%和42.7%;在55℃、1 C条件下循环200次后的容量保持率为73.2%;LiNi_(0.03)Zn_(0.02)Mn_(1.95)O_(4)材料有较大的锂离子扩散系数(3.42×10^(−8) cm^(2)/s)和较小的活化能(17.25 kJ/mol),Ni-Zn共掺稳定了尖晶石的晶体结构,有效抑制了Jahn-Teller畸变,改善了材料的循环稳定性和倍率性能。

纳米Li_(1.05)Ni_(0.05)Mn_(1.90)O_(4)正极材料的合成及电化学性能

采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h,然后在600℃二次焙烧3、6、9 h和12 h制备了尖晶石型Li_(1.05)Ni_(0.05)Mn_(1.90)O_(4)正极材料.结果表明,不同二次焙烧时间制备的Li-Ni复合共掺材料没有改变LiMn_(2)O_(4)的尖晶石结构,随着焙烧时间的增加,颗粒尺寸增大,结晶性提高.二次焙烧时间为9 h的Li_(1.05)Ni_(0.05)Mn_(1.90)O_(4)样品的颗粒尺寸约为70~100 nm,具有优异的电化学性能,在1 C(1 C=148 mA·h·g^(-1))倍率,初始放电比容量为94.8 mA·h·g^(-1),400次循环后展现出72.15%的容量保持率;在5 C下初始放电比容量可达到89.7 mA·h·g^(-1),800次循环后,仍能维持70.79%的容量保持率.并且具有较小的电荷转移电阻和较低的表观活化能.Li-Ni复合掺杂能够有效抑制Jahn-Teller效应和缓解Mn的溶解,稳定晶体结构,提高循环稳定性和倍率性能.

固相燃烧法快速合成尖晶石型LiMn_(2)O_(4)正极材料及电化学性能

采用固相燃烧法在400℃、500℃、600℃和650℃一次燃烧反应1h,再在650℃焙烧6h,快速制备了LiMn_(2)O_(4)正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱等手段对样品进行表征。结果表明:随着燃烧反应温度的升高,材料的结晶性和颗粒逐渐增大,均属于亚微米尺寸,600℃是LiMn_(2)O_(4)材料颗粒快速生长的关键温度。电化学测试表明,放电比容量和倍率性能随着燃烧温度的升高呈逐渐降低的趋势,其中燃烧温度为400℃合成的LiMn_(2)O_(4)样品(LMO-400)具有最优的倍率性能和循环寿命。在1C和5C,首次放电比容量分别为111mAh/g和90.5mAh/g,循环1000次后容量保持率分为62.1%和67.5%。EIS和CV测试结果表明,LMO-400具有较小的电荷转移电阻150Ω、较小的表观活化能22.22kJ/mol以及较大的锂离子扩散系数1.35×10^(-15)cm^(2)/s。不同的燃烧反应温度对尖晶石型LiMn_(2)O_(4)颗粒尺寸、结晶性等有显著的影响,导致其电化学性能有显著差异,亚微米尺寸的颗粒具有较好的电化学性能。

微波诱导液相无焰燃烧法制备LiMn_(1.925)Cu_(0.075)O_(4)正极材料及电化学性能

采用微波诱导液相无焰燃烧法快速制备LiMn_(1.925)Cu_(0.075)O_(4)正极材料.通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)测试手段表明,Cu掺杂未改变尖晶石LiMn_(2)O_(4)的晶体结构;随着焙烧时间的延长,颗粒尺寸逐渐增大,晶界逐步清晰;Cu^(2+)进入LiMn_(2)O_(4)晶格中.电化学测试表明,二次焙烧8 h的LiMn_(1.925)Cu_(0.075)O_(4)正极材料表现出优异的电化学性能.在1 C倍率下,首次放电比容量为110.9 mA·h·g^(−1),循环400次后容量保持率63.9%;在5 C和10 C高倍率下可实现1000次循环,首次放电比容量分别为108.9、94.8 mA·h·g^(−1),保持率分别为61.3%、68.1%.Cu掺杂有效抑制Mn的溶解和Jahn-Teller效应,提高材料的结构稳定性与电化学性能.

尖晶石型LiNiyZn_(0.02)Mn_(1.98-y)O_(4)(y≤0.10)正极材料的简易制备及其电化学性能

采用固相燃烧法快速合成Ni-Zn双掺杂的LiNi_(y)Zn_(0.02)Mn_(1.98-y)O_(4)(y≤0.10)正极材料。结果表明:所有制备材料的晶体结构与尖晶石型LiMnO一致,且无任何杂相生成;随着Ni掺杂量的增加,材料的粒径逐渐减小,结晶性增强。通过恒电流充放电测试对各种LiNi_(y)Zn_(0.02)Mn_(1.98-y)O_(4)(y≤0.10)正极材料进行电化学性能研究,其中,LiNi_(y)Zn_(0.02)Mn_(1.98-y)O_(4)(y≤0.10)具有良好的电化学性能,在1C倍率可释放114.3mAh/g的首次放电容量,1000次循环后,保持66.8mAh/g的可逆容量,在5C的较高倍率,其首次放电容量也高达109.6mA/g,同样可实现1000次的长循环。

碳包覆改性尖晶石型LiMn2O4正极材料研究进展

尖晶石型LiMn2O4正极材料因其高电压、低成本、高安全性等优点被广泛研究和应用,但其充放电过程中Li^+的嵌/脱会伴随着锰的溶解、电解液的腐蚀和Jahn-Teller效应等问题,使得电化学性能变差.表面包覆和离子掺杂是有效改善LiMn2O4容量衰减和提高其循环稳定性的主要方法.其中,表面包覆材料通常有各类碳材料、氧化物、氟化物、金属单质和磷酸盐等.综述了不同碳源和方法对LiMn2O4进行碳包覆后的性能影响,展望了碳包覆对LiMn 2O 4正极材料未来的研究方向与发展前景.

尖晶石LiMn2O4正极材料的研究进展

分析尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)正极材料的结构和充放电机理,并对常见的制备方法,如高温固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、熔盐燃烧法、水热合成法和液相无焰燃烧法等进行介绍。分析尖晶石LiMn2O4的容量衰减机理,指出在循环过程中,发生的Jahn-Teller效应、锰溶解歧化反应、氧缺陷和有机电解液分解等现象是制约商品化应用的瓶颈。对尖晶石LiMn2O4的改性策略进行总结归纳,元素掺杂、表面包覆、显微结构控制和合成工艺的优化,可提高整体循环性能。

锂硫电池自支撑正极材料的研究进展

锂硫电池具有1675 mAh·g^(-1)的理论比容量,丰富的硫资源,低成本和环境友好等优点,将是下一代最具潜力的高能量密度储能电池之一。然而单质硫的绝缘性、多硫化物的穿梭效应以及活性硫的低含量和低面载量等问题,是导致锂硫电池的实际能量密度低、容量衰减快的主要原因。锂硫电池正极材料的设计与构筑至关重要,自支撑的硫正极材料不需要传统的铝箔集流体,能有效改善活性硫的“两低”问题和提高锂硫电池的电化学性能。综述了自支撑硫正极材料的基体类型及其制备方法对锂硫电池电化学性能的影响,分析了目前自支撑硫正极材料存在的缺陷与问题,并对其未来的发展进行展望。这对开发新型硫正极材料来改善锂硫电池的电性能有着重要意义。

Co掺杂尖晶石型LiMn_2O_4正极材料研究进展

尖晶石型LiMn_2O_4具有资源广、电压高、成本低、无污染、安全等优点,是具有良好发展前景的锂离子电池正极材料之一。由于在使用过程中Jahn-Teller效应、锰的溶解等引起其结构塌陷,制约了材料的应用,掺杂可以有效稳定LiMn_2O_4材料的结构、抑制容量衰减等,提高循环稳定性能。综述了Co掺杂尖晶石型LiMn_2O_4正极材料的研究进展,展望了Co掺杂尖晶石型LiMn_2O_4材料的发展前景。

高性能Li-Ni双掺杂尖晶石型Li_(1.05)Ni_(0.02)Mn_(1.93)O_(4)正极材料的制备

采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h、600℃二次焙烧不同时间制备锂、镍共掺杂尖晶石型Li_(1.05)Ni_(0.02)Mn_(1.93)O_(4)正极材料。焙烧不同时间制备的样品均呈现出LiMn_(2)O_(4)的尖晶石晶体结构且均为单相,没有任何杂质相出现。延长焙烧时间有利于晶粒发育,提高合成材料的结晶性。二次焙烧9 h合成的正极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在1 C倍率的首次放电容量为102.1 mA·h/g,500次循环后具有69.15%的容量保持率;在5 C释放出91.9 mA·h/g容量;10 C循环1000次的容量保持率为76.35%。具有较好的循环可逆性、较小的电荷转移阻抗和较低的表观活化能。适量的锂、镍共掺杂可有效提高LiMn_(2)O_(4)的结构稳定性、抑制Jahn-Teller效应和缓解锰的溶解,使其具有更高的电化学性能。

Mn^(4+)激活CsNaSnF_(6)红光材料的结构、合成与光学性质

以过渡金属离子Mn^(4+)为发光中心,通过离子交换法合成了一种新颖的CsNaSnF_(6)∶Mn^(4+)红光材料,利用X线衍射、扫描电镜、X线能谱、X线荧光光谱对材料的结构和物性进行了系统的表征,研究了Mn^(4+)掺杂量对材料光学性质如激发光谱、发射光谱、变温光谱、寿命等的影响,探索了“CsNaSnF_(6)∶Mn^(4+)-YAG-GaN芯片”组合而成的白光LED器件的光学性能,得到了色坐标为(0.3838,0.3370),显色指数(Ra)为86.6,色温(T c)为3540 K的白光器件.结果显示,红光材料的加入显著改善了器件的冷白光属性,表明所合成红光材料在暖白光LED照明中的潜在应用.

Cr掺杂尖晶石型LiMn_(2)O_(4)正极材料的研究进展

尖晶石型LiMn_(2)O_(4)具有原料丰富、价格低廉,安全无毒等优点,因而受到研究者的广泛关注。综述了近20年来Cr掺杂尖晶石型LiMn_(2)O_(4)正极材料的研究进展,包括Cr掺杂尖晶石型LiMn_(2)O_(4)的机理、Cr掺杂量对LiMn_(2)O_(4)结构的影响、Cr单元掺杂及Cr与其他元素复合掺杂对LiMn_(2)O_(4)电化学性能的影响,并展望Cr掺杂LiMn_(2)O_(4)的发展前景。