化学共沉淀法制备镍钴铝酸锂(NCA)正极材料及其性能研究

本文以碳酸锂、硝酸铝、硝酸镍、硝酸钴为主要原料,用共沉淀法制备碳酸镍钴铝与碳酸锂的混合物,然后将混合物在管式炉中550℃预烧4h,750℃烧结15h得到镍钴铝酸锂,并对镍钴铝酸锂进行SEM、XRD性能表征及电化学性能测试。1C的首次放电比容量约为180 mAh/g,循环50次后仍有165 mAh/g,具有良好的循环性能和倍率性能。

废旧磷酸亚铁锂正极材料湿法回收研究进展

随着磷酸亚铁锂锂离子电池市场大幅度增长,大量磷酸亚铁锂电池需要回收。以废旧磷酸亚铁锂正极材料湿法回收中的氧化、浸出和磷酸铁沉淀为重点,以锂盐和磷酸铁为目标产物,介绍国内外湿法回收废旧磷酸亚铁锂正极材料的研究进展。

退役磷酸铁锂材料资源化再利用研究进展

磷酸铁锂电池的产量随着新能源汽车的推广而逐年增加,相应的退役磷酸铁锂电池也大量产生,若不及时处理将会造成环境污染和资源浪费。介绍近几年来退役磷酸铁锂材料资源化再利用的研究进展,包括退役磷酸铁锂材料与集流体分离技术和退役磷酸铁锂材料的再利用技术,其中,退役磷酸铁锂材料的再利用技术包括元素选择性提取、退役磷酸铁锂材料再生等方面,分析了各工艺的优势与不足,最后展望了未来退役磷酸铁锂材料资源化再利用的发展方向。

多元素掺杂木质素基多孔硬碳材料的制备及应用

在钾离子电池负极材料中,生物质碳材料因其来源丰富、无毒可降解的优势有着良好的发展前景。然而,复杂的制备流程、相对较低的容量以及较差的循环性能限制了它的应用。以造纸工业废品木质素为前驱体,通过直接碳化法成功制备出多元素掺杂木质素基多孔硬碳(HC)。作为钾离子电池负极,HC具有较高的可逆容量(0.1 C时容量为312.5 mAh/g)、良好的倍率性能(2 C时容量为107.6 mAh/g)以及循环稳定性(0.5 C下经过200次循环后,容量保持在125 mAh/g)。优异的电化学性能归因于分级多孔结构以及N、O、S等多种元素掺杂产生的丰富缺陷和反应活性位点。更重要的是,相对简单的制备流程可以有效缓解工业木质素带来的环境污染和资源浪费问题,因此HC具有巨大的商业化应用潜力。

洗涤和热处理对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料结构和电化学充放电性能的影响（英文）

用去离子水将原始的LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料进行洗涤并分别在不同温度下处理相同的时间,讨论了LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料结构、形貌以及电化学充放电性能的变化,同时探讨了洗涤和热处理对材料结构、电化学充放电性能以及倍率性能影响的机理。XRD分析表明:在洗涤和热处理之后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的I(003)/I(104)比值以及晶胞体积均有变小;傅里叶红外光谱分析表明:在洗涤和热处理之后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料中形成了碳酸锂、镍化合物杂质及其相关变化。同时对洗涤和热处理前后LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料容量和倍率性能进行测试。容量测试结果表明:原始样品以及处理后样品在30圈循环之后容量保持率分别为88.87%、87.21%、85.43%和87.80%。

高温固相还原法制备新型锂离子负极材料NbO及其电化学性能

以Nb和Nb2O5粉末为原料,采用高温固相还原法合成NbO电极材料。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光衍射粒度分析(LDSA)、充放电测试、循环伏安(CV)测试等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行表征,并通过原位XRD分析测试,探究NbO作为负极材料在锂离子电池中的反应机理。结果表明:NbO用作电极材料的平均嵌锂平台在1.6 V左右。NbO对锂的插嵌机理为锂离子的直接脱嵌,是1个单相转变过程。在0.05 C(C为充放电电流倍率)下,NbO和球磨处理后(Ball-milling)的NbO-BM的首次放电容量分别为220(mA·h)/g和280(mA·h)/g,经过50次循环后,剩余容量分别为170(mA·h)/g和220(mA·h)

用固相和水热结合法制备LiMn_(0.4)Fe_(0.6)PO_4/C复合材料(英文)

以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、MnCO3和NH4H2PO4为原料,按5:6:4:10的摩尔比混合,采用固相反应和水热法结合的新方法制备得到LiMn0.4Fe0.6PO4。通过XRD、SEM、TEM以及循环伏安(CV)和充放电测试对材料进行结构、形貌以及电化学性能表征。结果表明,此方法合成的产物具有单一的橄榄石晶体结构,颗粒尺寸约为120 nm,且表面均匀包覆一层无定形碳。电化学测试结果表明,样品的循环伏安曲线中有两对氧化还原峰,分别对应Fe3+/Fe2+(3.5 V)和Mn3+/Mn2+(4.0 V)。LiMn0.4Fe0.6PO4/C在0.1C下的初始放电比容量为160 mAh/g,0.5C下的初始放电比容量为143 mAh/g,且具有较好的循环性能。

酚醛树脂包覆改性对废旧石墨负极材料结构与18650电池性能的影响

采用液相浸渍的方法,以5%~8%酚醛树脂(包覆量为质量分数,下同)为包覆碳源,废旧石墨作为核壳结构的核,经过850℃、4h高温热处理,制得核壳结构的酚醛树脂热解碳/废旧石墨复合材料。通过XRD、SEM、拉曼、BET等检测手段研究碳包覆改性对石墨样品的微观形貌、近表面区域结构以及以该复合材料为负极的18650型电池的高温、常温荷电保持率和电化学性能的影响。结果表明,酚醛树脂包覆碳化之后,石墨颗粒的表面形貌变得光滑,材料的石墨化度降低。电池的高温、常温荷电保持率从未包覆时的85%和82.4%提高到93.8%和91.2%。酚醛树脂包覆量为8%时,循环稳定性最好,1C循环1000次后,容量保持率仍有91.5%。

低温固相反应/水热法合成LiMn_(0.4)Fe_(0.6)PO_4/C材料的微观结构及其电化学性能

以Li2CO3,MnCO3,FeC2O4·2H2O和NH4H2PO4为原料,采用低温固相反应/水热法制备LiMn0.4Fe0.6PO4/C材料。采用XRD,SEM和TEM对LiMn0.4Fe0.6PO4/C的晶体结构、形貌以及颗粒表面形貌进行表征,并采用恒流充放电实验对其电化学性能进行评价。研究结果表明:于400℃处理4 h后可获得晶体结构的LiMPO4(M为Fe,Mn);传统固相法和低温固相反应/水热法合成的LiMn0.4Fe0.6PO4材料均为单一的橄榄石结构,表面包覆无定形的碳。由低温固相反应/水热法合成的材料颗粒粒径为100 nm左右,电化学性能优良,在0.1C(C为充放电电流倍率)下的首次放电容量为157 mA·h/g,是传统固相法合成产品的1.07倍,0.5C下循环50次容量保持在133 mA·h/g左右,是传统固相法合成产品的1.21倍。

导电聚合物PEDOT:PSS包覆对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料性能的影响

本文采用湿法包覆法成功制备了聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐) (PEDOT:PSS)包覆的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,研究了包覆改性前后材料的微观结构及电化学性能。LiNi0.8Co0.15Al0.05O2颗粒表面的聚合物PEDOT:PSS包覆层厚度大约为14 nm,PEDOT:PSS包覆的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2具有良好的电化学性能,在0.1 C倍率下首次放电比容量193.8 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为90.3%。PEDOT:PSS包覆层具有高电导率,可以提高材料的导电性,因此PEDOT:PSS包覆的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2具有高放电比容量、好的循环稳定性和良好的倍率性能。

正极集流体对锂离子电池性能的影响研究

采用扫描电镜、交流阻抗、电性能测试等手段研究对比了除油铝光箔、腐蚀铝箔、涂碳铝箔、冶金结合型C/Al复合箔[分别为:CNT-PyC/Al-P(多孔型)、CNT-PyC/Al-Y(低孔型)]五种不同的集流体对磷酸铁锂电池及极片的方阻、粘接强度、倍率性能的影响。结果表明,以多孔型冶金结合型C/Al复合箔为集流体的电池在极片粘接强度、交流阻抗、方阻、倍率性能、循环寿命等方面具有明显优势,是大功率、长寿命锂离子电池的理想集流体材料。

LiODFB电解液的高低温性能

采用DSC、电化学工作站和电池测试系统研究LiODFB/(EC+DMC+EMC)和LiPF6/(EC+DMC+EMC)电解液的热稳定性、高低温下的电化学窗口及其对铝箔集流体的稳定性、LiFePO4/G(石墨,graphite,简称G)电池在60和-20℃的高循环性能,通过SEM分析循环后的正负极极片形貌,探索高低温下电解液与极片的相互作用机理。研究结果表明:LiODFB电解液在250℃才会分解,而LiPF6电解液的分解温度为120℃;在-20和60℃时,LiODFB电解液的电化学窗口及其对集流体铝箔的稳定性比LiPF6电解液的大;以LiFePO4/G为电极的LiODFB电池在-20和60℃循环100次后的容量保持率均比LiPF6电池的大,LiODFB电解液能够帮助石墨表面SEI膜的形成,而LiPF6电解液在高温下会产生HF破坏SEI膜,致使电池性能降低。

ZAT10变形锌合金在不同腐蚀环境中的腐蚀及力学性能变化

通过极化曲线分析、XRD物相分析、扫描电镜形貌观察、微分区成分分析以及力学性能测试等,研究ZAT10合金在自来水、3.5%NaCl溶液(模拟海水)中不同温度下的腐蚀行为以及力学性能的变化。研究结果表明:ZAT10合金在自来水、3.5%NaCl溶液中的腐蚀受均匀腐蚀和局部晶间腐蚀的共同作用,自来水中的抗腐蚀性能较好,温度升高时抗腐蚀能力下降,腐蚀严重;ZAT10在自来水中的表面腐蚀产物以Zn5(OH)8CO3.nH2O为主,3.5%NaCl溶液中的表面腐蚀产物以Zn(OH)2和ZnO为主;腐蚀后的样品力学性能急剧下降,3.5%NaCl溶液中样品的抗拉强度下降的幅度与速率均比自来水中的大。

料浆喷涂微晶玻璃涂层的微观组织结构及其抗氧化性能

采用料浆喷涂法在镍合金GH140基体上制备SiO2-BaO-MgO-ZnO微晶玻璃涂层,研究微晶玻璃涂层在高温下的抗恒温氧化性能。通过SEM,EDS和XRD分析GC/GH140晶化处理及1 000℃恒温氧化前后的形貌特征、相组成以及元素分布的变化。研究结果表明:GC/GH140氧化质量增加极小。晶化热处理前,微晶玻璃涂层与GH140基体结合致密,在涂层烧结过程中,基体中的Cr和Ti向涂层界面扩散,形成富Cr和Ti致密氧化膜,并在基体中形成了一层很薄的氧化物不连续分布的过渡区域。晶化热处理2 h后,涂层中析出主要成分为白色柱状BaSi4O9和黑色SiO2颗粒,氧化膜与过渡层的厚度变化不大。随恒温氧化时间延长,涂层的相组成保持不变,黑色SiO2相含量迅速增加,过渡层厚度缓慢增加;氧化96 h后,涂层与基体仍然结合良好,表面也十分致密,有效阻碍了氧的扩散,大幅度提高了基体的抗氧化能力。

锂电池电解质草酸二氟硼酸锂水解过程及其对理化性能的影响

通过元素分析、红外(FTIR)对自制的高纯草酸二氟硼酸锂(LiODFB)的化学结构和成分进行分析和表征,通过水分暴露实验和电池性能测试综合对比分析LiODFB与LiPF6的水分敏感性和理化性能。研究结果表明:自制LiODFB的元素含量和理论值基本吻合,纯度达到99.93%;各化学键的红外吸收峰都存在,并且未见其他杂质峰;LiODFB在25℃和50%湿度下暴露2 h后,吸潮形成LiODFB.H2O,随暴露时间延长,发生水解反应,生成复杂化合物;LiPF6在25℃和50%湿度下暴露,迅速反应生成LiF和Li3PO4等,同时放出HF气体;电池的放电容量和容量保持率均随着LiODFB和LiPF6的暴露时间延长而变差,在暴露时间相同时,与采用LiPF6的基电解液相比,采用LiODFB基电解液的电池的容量和容量保持率均明显较高。

浆料涂敷法制备的低电阻铝/碳复合箔界面结构及其性能

采用先预涂敷含碳浆料再热解的方法制备一种碳层厚度<10μm、界面结合良好、表面电阻率低至9.75×10-8?·m的铝/碳复合箔。通过电阻测试仪、扫描电镜、XRD和透射电镜等方法对铝/碳复合箔的表面电阻、表面及界面的微观结构和相组成进行研究,并探讨以其作为阴极箔对固体铝电解电容器容量和电阻的影响。研究结果表明:铝/碳复合箔的碳层表面孔隙发达,碳层与铝箔结合紧密,二者的界面处生成Al4C3,形成了良好的冶金结合;以铝/碳复合箔作为阴极箔制造电压为4 V和电容为(560±20)μF的固体铝电解电容器,电容达到565μF,等效串联电阻为4.5 m?,损耗为1.05%,而同规格普通腐蚀阴极箔的固体铝电解电容器的电容为420μF,等效串联电阻为7.4 m?,损耗为30%,铝/碳复合箔作为阴极箔性能更优。

纳米Al_2O_3对电刷镀Ni-P复合镀层耐蚀性能的影响

目的为延长油墨刮刀的使用寿命,提高刮刀的耐蚀性能。方法采用电刷镀方法在高碳钢基体表面制备了Ni-P镀层和共沉积纳米Al_2O_3的Ni-P/Al_2O_3复合镀层。通过动电位极化曲线、腐蚀失重曲线和交流阻抗谱等方法研究了Ni-P镀层和Ni-P/Al_2O_3复合镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,采用扫描电子显微镜和能谱仪对两种镀层腐蚀前后的显微组织和成分进行分析。结果纳米Al_2O_3在Ni-P镀层中的共沉积,使镀层的腐蚀电位由-0.318 V正移到-0.237 V,自腐蚀电流密度由6.04μA下降到5.75μA,这是因为纳米Al_2O_3标准电位比Ni更正,在镀层中的均匀分布能使腐蚀电位正移,在腐蚀过程中形成Ni-P合金作为阳极、Al_2O_3粒子作为阴极的腐蚀微电池,促进阳极极化。共沉积纳米Al_2O_3后,Ni-P/Al_2O_3复合镀层的电化学反应电阻Rct值由1.066×104?·cm^2增大至2.864×104?·cm^2,双层电容Cd I值由43.45μF/cm^2下降到27.36μF/cm^2。与Ni-P镀层相比,Ni-P/Al_2O_3复合镀层表面结构更致密,缺陷更少,在腐蚀过程中,P和O元素在Ni-P镀层表面富集形成钝化膜,抑制腐蚀的进行。结论共沉积Al_2O_3纳米颗粒能有效改善Ni-P镀层的耐蚀性能。

Al_2O_3预包覆尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能

将Li2CO3和电解二氧化锰混合球磨,得到尖晶石(LiMn2O4,简称为LMO)的前驱体,采用化学沉积法在前驱体的预烧产物表面包覆Al(OH)3,然后在750℃/6h条件下煅烧,得到Al2O3/LiMn2O4复合粉末(称为Al2O3预包覆,包覆粉末记为P-LMO);同时采用传统方法,在前驱体的煅烧产物(LiMn2O4粉末)表面包覆Al(OH)3,然后在300℃/3h条件下热处理,得到Al2O3/LiMn2O4复合粉末(称为煅烧包覆,复合粉末记为C-LMO),对这2种包覆法制备的Al2O3/LiMn2O4复合粉末的物相结构、形貌、包覆层的厚度与粒度分布等进行对比分析,并对包覆粉末进行电化学性能测试。结果表明,Al2O3均匀地包覆在LiMn2O4的表面,包覆层厚度约为10nm;Al2O3/LiMn2O4复合粉末的晶格常数随Al2O3包覆量增加而增加;预包覆粉末颗粒呈类球形,平均粒径(0.3μm)明显小于煅烧包覆的平均粒径(0.5μm);预包覆粉末的Al2O3包覆层能有效减少循环过程中电荷转移阻抗的增加,并减少Mn的溶解,其循环性能优于煅烧包覆粉末。在3.2~4.5V的充放电区间内,Al2O3包覆量(摩尔分数)为2%的预包覆LiMn2O4材料显示出优良的电化学性能,55℃下0.1C的首次放电容量为114.0(mA·h)/g,0.5C倍率下50次循环后容量保持率为87.3%。

二次加碳中有机碳源对LiFePO_4/C性能的影响

采用高温固相合成法制备了碳包覆磷酸铁锂正极材料,使用不同有机碳源对LiFePO4进行碳包覆。通过热分析(TG-DSC)、X-射线衍射光谱法(XRD)、热场发射透射电子显微镜(HRTEM)、显微激光拉曼光谱等分析方法对其相组成、化学结构和碳结构等进行分析,并对LiFePO4/C为正极材料的电池进行了测试。结果表明:酚醛树脂、蔗糖、聚乙二醇和柠檬酸为有机碳源所制备的LiFePO4材料,都为纯相的LiFePO4;碳包覆LiFePO4材料,具有较完整的碳包覆层,且都有石墨结构的有序碳生成,能改善材料的电导率;酚醛树脂为有机碳源得到的LiFePO4/C材料性能最好,在0.1C倍率下充放电,首次放电比容量达到148.6 mAh/g,1C倍率下充放电的比容量达到125.1 mAh/g。

球形天然石墨酚醛树脂二次包覆工艺及其对性能的影响

以酚醛树脂为碳源,前驱体液相浸渍包覆球形天然石墨在1 000℃碳化,利用XRD,Raman,SEM,TEM和BET等分析方法,研究一次包覆、二次包覆及环己醇改善固液界面等不同包覆工艺对材料表面结构、形貌和电化学性能的影响。研究结果表明:包覆后样品表面变得光滑,石墨化度降低,表面各向同性程度增加,比表面积由6.934 m2/g增加至10.877 m2/g;添加环己醇并二次包覆改性的样品效果最好,首次不可逆容量降低,由98.0mA·h/g减小至37.3 mA·h/g,首次库伦效率由73.2%提高到90.2%,0.2C循环50次后容量保持率为98.7%。