关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   碳包覆   金属离子掺杂  

摘要： 橄榄石型的聚阴离子化合物LiFePO4因具有比容量高、充放电平稳、原料资源丰富、成本低廉、安全性高和环境友好等特点,被认为是最具有应用潜力的新一代锂离子电池正极材料之一。但是该材料导电率较低,在大电流充放电的条件下,循环性能有待改善。本论文以提高LiFePO4的电化学性能为目的,研究固相合成的条件、碳包覆、金属离子掺杂及包覆掺杂复合改性方式对LiFePO4结构与性能的影响。运用X射线衍射、扫描电镜、交流阻抗以及充放电循环测试等分析检测手段对所合成材料的晶体结构、表面形貌以及电化学性能进行研究。 本文以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、(NH4)2HPO4为原料,采用二步固相合成法制备LiFePO4正极材料。研究了不同合成条件包括球磨介质、不同球磨时间、不同焙烧时间以及不同焙烧温度对材料性能的影响。实验结果显示,原料在无水乙醇中经6h球磨,750℃下焙烧24h合成出的样品性能最佳,其比容量可达111.63mAh/g。 考察了碳包覆对目标材料电化学性能的影响。以蔗糖水溶液为碳源,对LiFePO4进行碳包覆改性研究,合成LiFePO4/C样品。结果表明：经过碳包覆所得到的样品电化学性能比LiFePO4有着明显的改善,碳包覆量为5 wt%的样品具有最佳性能,首次放电比容量达136.1 mAh/g,高出纯相LiFePO4近28 mAh/g。 通过合成LiFe1-xMnxPO4, Li1-aMgaFePO4和LiFe1-bMgbPO4,发现少量的掺杂都能提高材料性能,其中最佳掺杂摩尔比分别为0.20、0.02和0.02,首次放电容量分别为130.2、138.59和143.5 mAh/g。实验还在对材料进行这三种方式掺杂基础上同时包覆5wt%的碳,进一步合成出了LiFe0.8Mn0.2PO4/C, Li0.98Mg0.02FePO4/C和LiFe0.98Mg0.02PO4/C,结果表明其循环性能再次得到相应的提高,首次放电容量分别为132.08、143.03和149.32 mAh/g。

关键词： 磷酸铁锂   碳热还原   碳包覆   复合正极材料  

摘要： 橄榄石型LiFePO4正极材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料,然而由于自身晶体结构的本征特性,LiFePO4的电导率低,高倍率充放电性能较差是限制其应用的最大障碍,通过碳包覆或金属离子掺杂等改性方法提高这种材料的电子导电率成为锂离子电池材料领域的研究热点。以提高电化学性能和更好的实现产业化为主要目的,对LiFePO4材料的碳包覆和合成条件等进行了研究。以氧化铁为原料,采用碳热还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO4/C,利用扫描电镜和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的表面形貌以及电性能进行分析研究,讨论了不同的煅烧温度、煅烧时间和掺碳量对材料电性能的影响。实验结果表明最佳合成工艺为:碳的包覆量为6%(质量分数),合成温度为720℃,保温时间为12h,合成过程在惰性气氛下完成,合成的LiFePO4/C复合正极材料在2.0～4.3V,0.2C倍率下的放电比容量可达160.56mAh/g,0.5C放电比容量可稳定在143mAh/g左右,循环性能较好。

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   纳米   孔状  

摘要： 橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料的锂离子电池因具有理论容量高、环境友好、安全性高、价格低廉、循环性能好等优点,倍受人们关注。可是导电率较低、离子扩散系数小限制了LiFePO4的大规模商业化应用。具有纳米孔状结构的LiFePO4材料可以解决上述问题,加快LiFePO4的商业化进程。一方面,孔状结构可以增加比表面积,为大电流条件下锂离子的嵌入/脱嵌提供更多的通道;另一方面,孔状材料低角度晶界可以提高电导率,减小极化。 本文采用溶胶-凝胶法和模板法合成纳米孔状的LiFePO4/C材料。溶胶-凝胶法主要通过柠檬酸盐热分解放出气体来形成孔状结构;模板法通过模板剂(表面活性剂)在一定条件下形成具有特殊结构的胶束和液晶指导前躯体和模板剂之间的作用,脱去模板剂便形成特定的孔状结构。本文研究了合成条件对纳米孔状LiFePO4/C电化学性能及孔径分布的影响。并讨论了孔径分布与材料电化学性能之间的关系。运用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、交流阻抗、充放电循环测试和BET等分析检测手段对所合成材料的晶体结构、表面形貌、电化学性能和孔径分布进行研究。 溶胶-凝胶法主要采用LiH2PO4、柠檬酸铁为原料合成LiFePO4/C材料。比较了不同合成条件下所得LiFePO4/C材料的结构形貌及电化学性能,包括合成温度、合成时间、溶液的pH值、反应气氛和加入表面活性剂等因素对材料电化学的影响。并得出如下结论：在加入表面活性的条件下,Li2CO3为锂源经700℃烧结10小时所得的LiFePO4/C的电化学性能最佳,所得LiFePO4/C样品在0.1C倍率下放电,首次放电比容量可达140.1mAh/g。而其它合成条件下,总会有Li4P2O7杂质相出现。 模板法主要采用了S+I-、S0I0和S+X-I+三种自组装的方式合成纳米孔状的LiFePO4/C。分别确定不同作用形式下制备纳米孔状LiFePO4/C的最佳合成条件。并讨论了孔径分布及比表面积大小对于所得材料电化学性能的影响。得出如下结论：S+I-机理经700℃烧结24小时所得的纳米孔状LiFePO4/C样品的电化学性能最佳,在0.1C倍率下放电,首次放比容量可达150.24mAh/g,且循环性能很好,比表面积达53.91m2/g;S0I0机理合成的纳米孔状LiFePO4/C的最佳合成条件是,700℃烧结12小时。在0.1C倍率下放电,首次放电比容量可达152.02mAh/g;S-X-I+机理合成纳米级孔状LiFePO4/C,溶液的pH值对样品的形貌和电化学性能有一定影响。在700℃烧结时间为18小时所得样品的电化学性能最佳。

关键词： 电动车   台湾   上海通用汽车   相关链接   摩托罗拉   美元   磷酸铁锂   挂牌   电池厂   销售   生产   入股   目标   美国   亏损   客户   股价   公司   德国   大厂  

摘要： 美国磷酸铁锂电池厂今年上半年的财报还亏损4,000万美元,9月24日却以每股13.5美元挂牌,股价还涨势凌厉地飙上23.8元,涨幅达74%.这家新挂牌的公司,在2006年才开始销售第1颗电池,却马上吸引了GE,高通、摩托罗拉等一线大厂入股,客户更是大有来头,最令人瞩目的就是德国的BMW,以及上海通用汽车,这些车厂的目标都是生产电动车.相关链接

关键词： 锂离子电池   LiFePO4   碳热还原法   振实密度   电化学性能  

摘要： 在已知的锂插层化合物中,橄榄石型LiFePO4因其低成本、对环境友好、长循环寿命、良好的热稳定性和高的安全性能等优点而被认为是锂离子动力电池的最佳阴极材料之一。然而,有三个方面的缺陷阻碍了LiFePO4的商业化进程。其一是它的电子导电率和离子传导率较低,导致其初始放电比容量较低、倍率性能较差;其二是其Fe2+易被氧化,造成其合成困难,且在合成过程中常采用价格较昂贵的Fe2+化合物为铁源,增加了材料的制备成本;其三是它的振实密度较低,导致其体积比能量较低。目前,在改善LiFePO4的电子导电率和离子传导率方面已经取得了较大的进展,但是其制备成本较高和振实密度较低的问题仍然有待解决。本文采用价廉的Fe3+化合物为铁源,通过操作步骤简单、易于进行工业化生产的固相-碳热还原法来制备LiFePO4/C复合材料。并利用X-射线衍射（XRD）、拉曼光谱、X-光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、激光粒度分析、恒流充放电、循环伏安（CV）和交流阻抗谱（EIS）等分析测试技术对LiFePO4/C复合材料的结构和电化学性能进行了系统的研究,还测试了所制复合材料的振实密度。主要研究工作的结果结论如下: 1)为了降低LiFePO4材料的制备成本,本文选择了价格低廉的Fe3+化合物为铁源、通过固相-碳热还原法来合成LiFePO4。研究了三种碳热还原反应体系（即Fe2O3+蔗糖、Fe3O4+蔗糖以及柠檬酸铁+Fe2O3三种碳热还原反应体系）的热反应行为,并考察了三价铁源的种类对所制复合材料结构与性能的影响。热重-差热测试结果表明,柠檬酸铁（FeC6H5O7·5H2O）、Fe2O3和Fe3O4被还原并形成LiFePO4晶体的温度依次升高,分别为470℃、505℃和525℃。SEM和恒流充放电测试结果发现,由Fe2O3和柠檬酸铁的混合物为铁源所制复合材料的晶粒尺寸最小,电化学性能最好。 2)研究了烧结温度（600～800℃）、烧结时间（8～36h）及柠檬酸铁的添加量（10wt.%~ 30wt.%）等制备条件对以Fe2O3和柠檬酸铁的混合物为铁源、通过固相-碳热还原法所制LiFePO4/C复合材料结构与电化学性能的影响。实验结果表明,所制材料在较宽的颗粒尺寸范围内呈多峰分布,通过改变合成条件即可提高材料的振实密度和改善其电化学性能。升高烧结高温和延长烧结时间可使LiFePO4的晶体生长完好,结晶度提高,振实密度增大,但温度过高却会导致LiFePO4颗粒长大,电性能变差。随着柠檬酸铁添加量的增加LiFePO4/C材料的振实密度和放电比容量呈先增加、达到最大值后又降低的趋势。在本文的实验条件下,以700℃、24h和20wt.%柠檬酸铁添加量的制备条件可使所制LiFePO4/C材料具有最高的放电比容量和较高的振实密度。在此最佳制备条件下得到的LiFePO4/C材料的振实密度为1.40g·cm-3,以0.1C、0.2C、0.5C和1.0C倍率充放电时,其首次放电比容量分别为135 mAh·g-1、129 mAh·g-1、126 mAh·g-1和110 mAh·g-1。 3)为了改善上述高密度LiFePO4/C复合材料的电导率,本文还采用金属离子对其进行锂位掺杂改性。研究结果表明,采用金属离子掺杂的方法不会改变复合材料的橄榄石型晶体结构,但可以降低其颗粒尺寸、改善其电导率、提高其振实密度,从而改善其电化学性能。在锂位掺杂磷钨酸[H3PO4·12（WO3）·H2O]所制Li0.99W0.01FePO4/C复合材料具有最小的晶粒尺寸、最佳的电性能和较高的振实密度。其平均颗粒尺寸(d0.5)从掺杂前的0.31nm降低至0.17nm;振实密度从掺杂前的1.40g·cm-3提高至1.50g·cm-3;当放电倍率分别为0.2C、0.5 C、1.0 C和1.5 C时,其首次放电比容量分别为146 mAh·g-1、133 mAh·g-1、130 mAh·g-1和125 mAh·g-1。 4)考察了新型无机三价铁化合物——FePO4·xH2O的结构形态对固相-碳热还原法所制LiFePO4/C复合材料结构和性能的影响,发现以三斜结构无水FePO4为无机铁源所制LiFePO4/C复合材料的电化学性能优于以不完善结晶体结构水合FePO4·2H2O为无机铁源所制的复合材料。并对以三斜结构的无水FePO4为无机铁源制备LiFePO4/C复合材料的合成工艺条件进行了探索。研究结果表明,在650℃、24h和35wt.%柠檬酸铁添加量的条件下所制的LiFePO4/C材料具有最佳的电化学性能,以0.2C、0.5 C、1.0C倍率进行充放电时,其首次放电比容量分别为138 mAh·g-1、128 mAh·g-1和116 mAh·g-1;以1.0 C充放电倍率充放电循环25

关键词： 多晶硅   产能   总产   正极材料   磷酸铁锂   节能减排   中国电子材料行业协会  

摘要： 2009年底国内多晶硅总产能有望达3万t/a因前几年多晶硅暴利所引发的投资狂潮已迎来投产高峰期。近期从中国电子材料行业协会了解到,到2009年年底,国内多晶硅总产能有望达到3万t/a左右。由于金融危机已经给光伏市场带来重创,这些产能很可能面临过剩风

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   高温固相法   导电剂   Li+扩散系数  

摘要： 橄榄石型LiFePO4是一种新型的锂离子电池正极材料,具有能量密度高、成本低、环保和安全等一系列优点,有望成为商业化动力锂离子电池的正极材料。本文采用高温固相法制备LiFePO4,并对其进行碳包覆、Mg2+体相掺杂改性,系统地研究了合成工艺、改性方式等对材料性能的影响以及导电剂对锂离子电池正极性能的影响。通过EIS对LiFePO4材料在充电过程中的Li+扩散系数进行了估算,比较、联系了Li+扩散系数对材料平台性能的影响。 利用XRD、SEM、CV以及充放电测试等方法研究了橄榄石型LiFePO4正极材料的合成工艺。通过正交实验对合成过程中所用原料配比、预烧温度、煅烧温度、煅烧时间等工艺参数进行了优化实验,确定了合成磷酸铁锂最佳的工艺条件。以葡萄糖为碳源时,最佳含碳量为6wt.%,容量可达130.40mAh·g-1(0.1C)。 以葡萄糖和Super P为混合碳源时,LiFePO4/6wt.%C(MC-Super P: MC-葡萄糖=2:4)材料性能最好。0.1C下放电,其比容量值为140.14mAh·g-1,20次循环后,容量值仍能保持在134.22 mAh·g-1。在碳包覆的基础上,进行Mg2+掺杂所制备的Li1-2xMgxFePO4/6wt.%C材料,当x=0.01时,材料性能优异。尤其是倍率放电性能得到显著提高,1C下放电比容量可达111.81mAh·g-1。随着Mg2+含量增大,性能呈下降趋势。 本文研究了Super P、导电炭黑、KS-6三种导电剂的单一、两两混合、三种混合使用对LiFePO4的电极性能的影响。结果表明,三种导电剂混合(Super P:导电炭黑:KS-6=4:8:6)时LiFePO4电极性能最佳,首次放电容量为155.93mAh·g-1(0.1C)。 运用EIS技术测定了LiFePO4正极材料中Li+扩散系数。对橄榄石型LiFePO4材料中锂离子的扩散系数随电极的荷电状态变化的规律进行了探讨。

关键词： 通用汽车   实验室   太阳电池   混合动力电动车   新能源汽车   磷酸铁锂动力电池   电动汽车   电动车辆   锂电池   新闻  

摘要： 中科院与江苏远宇合作投资新型锂电池项目江苏远宇电子集团常州中科来方能源科技有限公司建设的新型电池隔膜及锂离子动力与储能电池项目,在上周正式投产。该项目是远宇电子与中科院成都有机化学有限公司合作开展科技成果产业化的结晶。

关键词： 磷酸铁锂   钛酸锂   混合电池  

摘要： 以磷酸铁锂和活性炭为复合正极、以钛酸锂为负极的混合电池,其充放电性能受正极活性物质配比的影响。考察了正极中不同的活性炭和磷酸铁锂含量配比对混合电池能量密度和功率密度的影响。对LiFePO4-AC/Li4Ti5O12混合电池主要采用恒流充放电测试方法。对混合电池正极活性物质的含量配比进行优化可以改善混合电池的比容量和比功率。结果表明,当正极活性物质磷酸铁锂的含量为70%时,混合电池的充放电性能最好。

关键词： 锂离子电池正极材料   LiFePO4   Li4Ti5O12   充放电测试   循环伏安法   氧化还原电对   充放电电压平台   比容量   电导率  

摘要： 随着电子、信息、网络技术的发展,便携式电子设备如笔记本电脑、手机等正以一种惊人的速度在全球范围内得到普及。随之而来的是对小型电源的高要求和大需求。由于锂离子电池具有工作电压高,重量轻,比能量大,自放电小,循环寿命长,无记忆效应,无环境污染等突出优点,而成为便携式电子设备的首选理想电源。电池性能的好坏很大程度上取决于正极材料的性能优劣。橄榄石型LiFePO4系化合物由于具备更安全、更环保、更廉价等多种特点而显示出巨大的应用潜力,LiFePO4的研究开发对我国铁资源的利用、国民经济建设以及环境保护具有积极意义。最近,人们对钛酸盐系列(如:Li4Ti5O12)正极材料表现出浓厚的兴趣。通过对其合成方法的改进、体相金属离子的掺杂、表面导电材料的包覆等手段来改善其电化学性能。本文主要研究了这两种正极材料的制备及其电化学性能,主要包括以下六部分内容: 第一章首先详细地论述了锂离子电池的原理、构成、特征以及锂离子二次电池正极材料的研究现状。磷酸铁锂系、钛酸锂正极材料因其价格低廉、对环境友好、循环性能优良、安全性能突出等优点而成为有应用潜力的新一代锂离子电池用正极材料。 第二章介绍了XRD、SEM、TEM、Uv-vis、ICP-AES、恒电流充放电测试（C/DGT）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗（EIS）等电池材料性能测试手段。 第三章中采用固相反应合成了Li2+3xFe2（PO4）2+x/C,从电化学测试结果可以看出,当x=0.05时,Li2+3xFe2（PO4）2+x/C表现出优越的电化学性能,即适量的Li3PO4均匀稳定地分散在晶格间隙中可改善锂离子的扩散性,进而呈现出较高的容量、较好的循环性等优越的电化学性能。充放电循环测试结果表明,Li2.15Fe2（PO4）2.05/C在0.1倍率时的比容量为158.7 mAh/g,而且经过65个循环后,1倍率充放电仍可保持在139.3 mAh/g。从循环伏安以及交流阻抗测试结果依然可以得出同样的结论:相比于其他材料,Li2.15Fe2（PO4）2.05/C有较好的电化学性能。 第四章中用不同的TiO2原料,在相同的实验条件下固相合成了锂离子电池正极材料Li4Ti5O12。电化学测试结果表明,由介孔TiO2原料合成的Li4Ti5O12正极材料的电化学性能要优于由粗粉TiO2、P25合成的Li4Ti5O12。其主要原因应该是介孔TiO2原料合成的Li4Ti5O12正极材料衍承了介孔TiO2材料的孔状结构,而其高表面积的孔状结构对液态电解液的穿透和增加电极材料与液态电解液的接触面积是非常有利的,而且此孔状结构同时也缩短了锂离子的扩散路径,所以这种结构提高了锂离子的扩散能力,既而提高了材料的电化学性能。电压范围为1.0-2.3V,0.2倍率充放电时介孔TiO2原料合成的Li4Ti5O12的首次放电比容量为162.1mAh/g,而且经过65个循环后,2倍率充放电仍可保持102.9 mAh/g的放电比容量。从交流阻抗测试结果依然可以得出同样的结论:介孔TiO2原料合成的Li4Ti5O12有较好的电化学性能。本实验中还测试了介孔TiO2原料合成的Li4Ti5O12正极材料的半电池循环伏安图。 第五章中用水热反应方法合成了空心类球形锂离子电池正极材料Li4Ti5O12。电化学测试结果表明,此空心类球形Li4Ti5O12正极材料表现出良好的电化学性能。电压范围为0.5-2.5V,0.2倍率充放电时此空心类球形Li4Ti5O12的首次放电比容量高达172.3 mAh/g,非常接近于理论比容量175 mAh/g,而且经过65个循环后,2倍率充放电仍可保持115.6 mAh/g的放电比容量。因为此空心类球形Li4Ti5O12呈现出较小的粒径,较大的比表面积,从而缩短了锂离子的扩散路径,提高了材料的电子导电率,使材料显示出优越的电化学性能。