关键词： 磷酸铁锂   固相合成   碳包覆   掺杂  

摘要： 橄榄石晶型的LiFePO4正极材料已逐渐成为国内外新的研究热点。研究表明,该新型正极材料理论容量大(170mAh/g),平台特性好,电压极平稳,高温性能和热稳定性明显优于已知的其它正极材料,无毒,为真正的绿色材料。 固、液结合法合成LiFePO4/C材料,用Li2CO3、H3PO4、Fe2O3、葡萄糖、柠檬酸、蒸馏水为原料。将原料充分研磨均匀、烘干、球磨、焙烧,制得LiFePO4/C材料。用XRD对合成的LiFePO4/C材料进行结构测定,用激光粒度分析仪测定材料粒径。用恒流充放电、循环伏安扫描技术测试材料电化学性能。 实验研究发现,高温固液结合法合成LiFePO4时,加入碳能有效阻止材料颗粒长大,得到粒径细小均匀的材料。加入碳的作用有:①作为还原剂将Fe3+还原为Fe2+;②包覆在LiFePO4颗粒表面提高材料导电性;③控制高温固相合成LiFePO4材料的颗粒粒径。分别加入了葡萄糖、蔗糖、乳糖、乙炔黑作为碳添加剂合成LiFePO4/C材料,结果显示加入葡萄糖、乳糖效果较好,室温0.2C恒流放电比容量都在139.8mAh/g以上,乙炔黑效果较差,只有93.44mAh/g。 高温固相法合成LiFePO4/C材料,实验考察了焙烧温度、焙烧时间对材料性能的影响。分别在500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃下焙烧8小时制得材料,测试结果显示:室温、0.2C恒流放电,500℃、550℃制备的材料没有容量,600℃制备的材料比容量为20mAh/g,650℃、700℃制备的材料比容量为140mAh/g左右,750℃、800℃制备的材料比容量分别为120mAh/g、80mAh/g。实验表明,700℃合成的LiFePO4/C材料电化学性能最好。700℃分别焙烧2、4、6、8、12、16小时合成LiFePO4/C材料。实验表明,焙烧8h合成的LiFePO4/C材料电化学性能最好。 高温固相法合成LiFePO4/C材料,实验考察了掺杂1%MgCO3、CrO3、(NH4)6Mo7O24·4H2O对合成的LiFePO4/C材料电化学性能的影响。实验表明,掺杂1%CrO3合成的LiFePO4/C材料电化学性能最好,0.2C恒流放电比容量是145 mAh/g,同时提高了材料高倍率充放电性能和循环稳定性。

关键词： powder fabrication   LiFePO4 powder   cathode   lithium-ion battery   energy storage  

摘要： Novel powder fabrication technologies provide opportunities to develop high-performance, low-cost cathode materials for rechargeable lithium-ion batteries. Among various energy storage technologies, rechargeable lithium-ion batteries have been considered as effective solution to the increasing need for high-energy density electrochemical power sources. Rechargeable lithium-ion batteries offer energy densities 2 - 3 times and power densities 5 - 6 times higher than conventional Ni-Cd and Ni-MH batteries, and as a result, they weigh less and take less space for a given energy delivery. However, the use of lithium-ion batteries in many large applications such as electric vehicles and storage devices for future power grids is hindered by the poor thermal stability, relatively high toxicity, and high cost of lithium cobalt oxide (LiCoO2) powders, which are currently used as the cathode material in commercial lithium-ion batteries. Recently, lithium iron phosphate (LiFePO4) powders have become a favorable cathode material for lithium-ion batteries because of their low cost, high discharge potential (around 3.4 V versus Li/Li+), large specific capacity (170 mAh/g), good thermal stability, and high abundance with the environmentally benign and safe nature. As a result, there is a huge demand for the production of high-performance LiFePO4 powders. However, LiFePO4 also has its own limitation such as low conductivity (similar to 10(-9) S/cm), which results in poor rate capability. This can be addressed by modifying the powder structure using novel fabrication technologies. This paper presents an overview of recent advances in the fabrication of high-performance LiFePO4 powders for lithium-ion batteries. The LiFePO4 powder fabrication methods covered include: solid-state synthesis, mechanochemical activation, carbothermal reduction, microwave heating, hydrothermal synthesis, sol-gel synthesis, spray pyrolysis, co-precipitation, microemulsion drying, and others. The impacts of

关键词： 三氯氢硅   氯硅烷   磷酸铁锂   科技简讯   科技短讯   石膏型   正极材料   锂动力电池  

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   电化学性能  

摘要： 随着移动电子设备的迅速发展,要求电池具有高比容量,这就促进了锂电池和锂离子电池的迅速发展。相对负极而言,作为锂离子电池锂源的正极材料研究较为滞后,成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的关键因素。而目前研究最多的几种正极材料LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等均存在着不同的缺点而难以满足动力电池的需要。 橄榄石结构LiFePO4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。磷酸铁锂的电导率低,高倍率充放电性能较差和批次稳定性较差是限制其商业化的瓶颈。本论文以制备高电导率,高倍率充放电性能和批次稳定的磷酸铁锂为主要目的,对LiFePO4材料的合成条件、形貌、金属掺杂、碳包覆、电性能等展开了深入系统的研究。 本课题首次采用草酸铁作为铁源,以磷酸和氢氧化锂作为磷源和锂源,采用液相共结晶+机械合金化+高温烧结合成制备得到锂离子电池正极材料LiFePO4。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能量分散谱仪、热重分析和电化学性能测试等方法对磷酸铁锂材料的物相结构、表面形貌、含碳量以及电性能进行分析研究。讨论了不同的烧结温度、不同的烧结时间、不同分散剂添加量和机械合金化对材料形貌的影响。实验确定的最佳合成工艺为:锂铁比为1:1,碳在前驱体中包覆量为3.2wt%,预烧结温度为350℃,烧结时间为5h,高能球磨料球比为1:50,转速580r/min,球磨时间3h,高温烧结温度为650℃,合成时间为8h,合成过程在惰性气氛下完成。 在上述工艺条件下合成的LiFePO4材料,结晶性能良好、物相较纯,一次粒径在50～100nm之间,比表面积为28.9m2/g,一次颗粒球型度好,粒径分布均匀。 以Mn、Ti、Mg为掺杂元素,按照摩尔比制得成品为Li0.99Mg0.01Fe0.99Mn0.006 Ti0.004PO4,在2.5～4.2V、0.1C倍率下的首次放电比容量为133.2mAh/g;1C倍率下的首次放电比容量为102.2mAh/g,循环50次容量保持率为99%。

关键词： 磷酸铁锂   锂离子电池   锰离子掺杂   低温性能  

摘要： 通过Mn掺杂显著提高了LiFePO4/C材料的低温电化学性能.微量Mn掺杂的LiFe0.98Mn0.02PO4/C材料在0℃时以1C放电容量达到其在20℃时放电容量的95%,而LiFePO4/C材料相应只达到85%.LiFe0.98Mn0.02PO4/C材料在–20℃以不同倍率放电时容量分别为124.4mA·h·g–1(0.1C),99.8mA·h·g–1(1C),80.7mA·h·g–1(2C)和70mA·h·g–1(5C);相对于LiFePO4/C材料的120.5mA·h·g–1(0.1C),90.7mA·h·g–1(1C),70.4mA·h·g–1(2C)和52.2mA·h·g–1(5C)有明显提高.循环伏安测试表明,微量Mn掺杂提高了Li+在LiFePO4晶格中的嵌入-脱出能力.电导率测量和场发射扫描电子显微镜观察显示微量Mn掺杂不仅使LiFePO4材料本体电导率提高,还使获得的LiFe0.98Mn0.02PO4/C材料晶粒细化,从而使材料的电化学嵌脱锂能力显著提高.

关键词： 磷酸铁   磷酸铁锂   电化学性能   均相沉淀法   碳热还原法  

摘要： 采用均相沉淀法，以表面活性剂为粒度和形貌控制剂，制备了超细圆片状磷酸铁粉体，考察了反应物浓度、表面活性剂浓度、反应温度和反应时间对磷酸铁粉体大小的影响。EDS分析表明所制备磷酸铁纯度高;TG/DTA分析表明磷酸铁在160～238℃失去二个结晶水，在650～693℃有晶型的转变;XRD分析表明磷酸铁在500，600，800℃时衍射峰变得尖锐，半峰宽变窄，产物属六方晶系，空间群P3121(152)，晶胞参数为a=b=5.036(?)，c=11.255。FT-IR和Raman显示，PO43-的吸收主要分布于两个谱带，即1120～940 cm-1区间的强吸收和650～540 cm-1区间的中强吸收，在更低波数还存在磷酸盐的晶格振动模式。　　 采用FWO、KAS、Coats-Redfern三种等转化率法求得磷酸铁脱水反应的活化能大小范围为74.33～87.78 kJ·mol-1，指前因子lnA=12.14。磷酸铁热分解过程的最概然机理为成核与生长过程(n=1)，机理函数为G(a)=[-ln(l-a)]，控制步骤为A1。　　 以自制的两种磷酸铁为铁源，氢氧化锂为锂源，蔗糖为还原剂和碳源，采用碳热还原法制备了LiFePO4/C。TG/DTA分析表明所制备LiFePO4的温度应该高于451℃;XRD、红外光谱表明两种方法提供的原料在700℃下都制备得到结晶良好的纯相LiFePO4/C。通过扫描电镜观察发现均相沉淀法合成的LiFePO4/C形状为圆片状，与前驱体的形貌相同，且颗粒大小分布均匀;而氧化液相沉淀法制备的颗粒形貌则很不规则。电化学测试表明：在0.2 C，0.5 C，1C下首次放电容量分别为：143.8 mAh·g-1，140.6 mAh·g-1，131.2mAh· g-1，在0.5 C下经50次循环容量仍保持为138.5 mAh·g-1，容量保持率高达98.6％。而以氧化液相沉淀法制备的FePO4为前驱体所合成的LiFePO4/C放电容量较低，在0.5 C下仅为89.2 mAh·g-1。可见，以形貌规整的圆片状FePO4为前驱体所合成的LiFePO4显示了优越的电化学性能。

关键词： LiFePO4 glass   Glass formation region   Density   Chemical stability   Crystallization tendency  

摘要： The glass formation region of the lithium iron phosphate ternary system was determined with the help of XRD and optical microscope analysis. Nine Li2O-Fe2O3-P2O5 ternary glasses with compositions inside the glass formation region were prepared. Glass transition temperature and crystallization tendency of the glasses were analyzed by DTA. Density and water resistance of the glasses were measured based on the Archimedes principle and the weight loss of the glass particles after being boiled in water respectively The results show that the increase in the amount of either Li2O or Fe2O3 (decrease of P2O5) results in the increase in the glass density and the decrease in the glass transformation temperature. The chemical stability of the glasses is increased, while the crystallization tendency is reduced with increased amounts of Fe2O3. However glasses with more Li2O have a stronger tendency to crystallize and are generally less resistant to water attack.

关键词： 磷酸铁锂   化学物理   锂电池   干电池   乙炔炭黑   导电性   窑具   电源产品  

摘要： 超导电乙炔炭黑DENKABLACK(电池用途)乙炔炭黑(DENKABLACK)由日本DENKA公司生产,广泛用于干电池,锂电池及各类导电塑料、橡胶中。有(50%)压缩状和粒状两种现货供应。特点:高纯度、高结构、易分散、导电性好、高吸液性、不吸水(不用烘干,使用方便)、导热性好(易散热)。用途:1.干电池:可用于所有类型的干电池、短路电流高、高容量、寿命长。

关键词： 磷酸铁锂   溶胶-凝胶法   掺杂改性   表面改性   纳米结构  

摘要： 作为下一代锂离子电池正极材料,磷酸铁锂具有许多优点,如廉价,环境相容性好、理论容量高、使用寿命长、热稳定性好、安全性好等。但是,其自身低的电子电导率和室温下低的锂离子扩散速率严重影响了它的电化学性能,并极大限制了该电极材料在动力电池领域的大规模应用。本论文针对纳米磷酸铁锂正极材料的溶胶-凝胶法制备、掺杂和表面改性进行了较为系统的研究 改良现有溶胶-凝胶法的不足,首次以廉价、无毒的无机化合物FeCl2·4H2O、H3PO4和Li2CO3为原料合成了具有纳米尺度的、良好电化学性能的LiFePO4/C复合正极材料,并研究了煅烧温度、保温时间及残碳量对其电化学性能的影响。研究表明,650℃下保温15 h,残碳量为4.5 wt.%的样品具有最佳的电化学性能,10 C时的放电比容量仍能保持在108 mAh/g左右。 首次引入高价Sn4+离子,系统地研究了不同掺杂量（0-7 mol.%）对纳米晶LiFePO4/C复合正极材料物理化学和电化学性能的影响,研究了高价Sn4+掺杂的电荷补偿机制,并得出Sn的掺杂属于混合价态掺杂。基于粒径大小和掺杂浓度的不同,各样品表现出了不同程度的赝电容效应。研究表明,当掺杂量为3 mol.%时,材料具有最佳的电化学性能,10 C时的放电比容量为128 mAh/g。 系统研究了钒的添加量（0-13 mol.%）对LiFePO4/C复合正极材料物理化学和电化学性能的影响,建立了相的组成和钒添加量的二元相图,并研究了高价V4+掺杂的电荷补偿机制。根据添加量的不同,钒将以不同的形态(V4+的掺杂、VO2（B）的包覆和Li3V2（PO4）3的复合)存在于样品中。研究表明,钒的掺杂有利于细化晶粒、提高电导率和锂离子扩散系数,因此电化学性能,特别是倍率性能得到了有效的改善;纳米VO2（B）的包覆改善了纳米颗粒的界面性能,并基于赝电容效应材料显示了最高的能量密度和功率密度;Li3V2（PO4）3的存在不利于主相锂离子扩散速率的提高,但是有利于磷酸铁锂基正极材料的电导率和倍率性能的改善。 初步研究了掺锑纳米氧化锡、氧化锌包覆对磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响。研究表明,纳米氧化锡、氧化锌的表面改性有利于磷酸铁锂电导率的提高和电化学性能的改善。

关键词： 磷酸铁锂   二氟二草酸硼酸锂   丙酸乙酯   亚硫酸丙烯酯   氟代碳酸乙烯酯  

摘要： 磷酸铁锂(LiFePO4)是动力电池最具发展前景的正极材料之一,研究其配套电解液也具有现实的意义。本文采用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗、等离子发射光谱(ICP)、扫描电镜(SEM)和能量散射(EDS)等方法,研究了电解液的锂盐、溶剂和添加剂对电极界面及电池性能方面的影响。 首先研究了新型锂盐二氟二草酸硼酸锂(LiODFB)对磷酸铁锂／石墨电池高低温性能的影响。结果表明,使用LiODFB作为锂盐加入到电解液中对LiFePO4/Li电池没有负面影响,LiODFB基电解液能有效地抑制LiFePO4在高温条件下析出铁离子。LiODFB基电解液中在石墨负极表面形成的SEI膜更致密、更稳定。根据EIS结果可知,一方面,在LiODFB基电解液中形成的SEI膜热稳定性更好；另一方面,LiODFB基电解液能抑制铁离子在负极上还原,有利于降低SEI膜阻抗,因此能显著提高LiFePO4/石墨电池的高温循环性能。另外可能是由于二氟二草酸硼酸锂具有较低的电荷转移阻抗,将其作为添加剂加入到电解液中,电池具有良好的低温性能,其反应原理有待进一步研究。 其次研究了二元体系和新型溶剂丙酸乙酯(EP)对磷酸铁锂／石墨电池性能的影响。结果表明,在三种二元体系(EC+DMC、EC+DEC、EC+EMC)中,EC+DEC体系的高温性能较对较好,EC+EMC体系的低温性能相对较好。在EC+EMC二元溶剂中,丙酸乙酯的加入能显著提高电池的低温性能,但加入太多会对电池的高温性能产生一定的负面影响。 最后还分别考察了添加剂亚硫酸丙烯酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)对磷酸铁锂／石墨电池性能的影响。结果表明,在电解液中加入PS或FEC后,石墨负极表面能形成平滑致密的SEI膜,提高电池的高温性能。加入FEC后,能提高磷酸铁锂电池的低温放电平台,提高低温下的电池放电容量。