磷酸铁锂包覆与掺杂改性研究进展
锂离子电池正极材料的磷酸盐包覆改性研究进展
锂离子电池正极材料的磷酸盐包覆改性研究进展锂离子电池是一种广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能系统中的重要能源存储技术。
正极材料是锂离子电池中最关键的部分之一,其性能直接影响着电池的容量、循环寿命和安全性。
磷酸盐包覆改性作为一种常用的改进策略之一,在提高正极材料的电化学性能方面具有重要的研究价值。
磷酸盐包覆改性是指在锂离子电池正极材料颗粒表面覆盖一层磷酸盐材料,以增强正极材料的电化学性能。
在包覆改性过程中,磷酸盐通常是以溶液形式喷涂到正极材料颗粒表面,然后通过热处理将磷酸盐转化为稳定的磷酸盐材料层。
磷酸盐包覆改性可以改善正极材料的电化学性能,同时提高电池的容量、循环寿命和安全性。
磷酸盐包覆改性主要包括热处理法、湿化学法和溶液法等不同的制备方法。
热处理法是目前研究最多的一种方法,通过高温处理,可以使磷酸盐材料均匀地包裹在正极材料的表面。
湿化学法是一种较为简单的制备方法,通过将磷酸盐溶液喷涂到正极材料表面,并通过干燥和热处理将磷酸盐转化为稳定的磷酸盐材料层。
溶液法则是将磷酸盐溶液浸渍到正极材料中,然后通过热处理将磷酸盐包覆在正极材料颗粒的表面。
磷酸盐包覆改性可以改善正极材料的结构稳定性和导电性能。
首先,磷酸盐材料可以在正极材料颗粒表面形成一层均匀的包覆层,有效保护正极材料的晶体结构,减少电池循环过程中的结构变化,从而提高电池的循环寿命。
其次,磷酸盐包覆层可以提供额外的锂离子传导路径,增强正极材料的导电性能,提高电池的容量和功率输出。
此外,磷酸盐材料还能吸收和稳定金属离子,如钴、镍和锰等,有效减少正极材料的金属溶解和电解液中的锂离子损失,从而改善电池的循环寿命和安全性能。
近年来,对磷酸盐包覆改性材料的研究主要集中在改进包覆方法、改进包覆层的结构和制备新型磷酸盐材料等方面。
一方面,研究人员通过控制包覆条件、溶液成分和热处理参数等来改进包覆方法,以提高包覆层的质量和稳定性。
另一方面,通过结构优化和新材料设计,研究人员致力于开发具有更好电化学性能的磷酸盐包覆层。
锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的改性进展
参考内容二
一、引言
随着电动汽车、移动设备等电化学能源领域的快速发展,锂离子电池(LIB) 已成为现今主流的电池技术。其中,磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)正极材料由于其 高安全性能、低成本和环境友好等优点,受到广泛和研究。然而,LFP也存在一 些固有缺点,如电子导电性差、锂离子扩散速率低等,限制了其在高倍率性能电 池中的应用。因此,针对LFP正极材料的改性研究成为当前研究的热点。
3、结构调控:通过调整材料的晶体结构、粒径和形貌等方式,优化材料的 电化学性能。例如,通过控制材料的粒径和形貌,可以改善材料的电化学反应活 性面积和锂离子扩散路径,提高材料的电化学性能。
3、结构调控如调整材料的晶体 结构、粒径和形貌等方式可以优 化材料的电化学性能
1、进一步提高磷酸亚铁锂正极材料的能量密度和安全性能。由于磷酸亚铁 锂的理论能量密度有限,因此需要研究新的正极材料以提高能量密度。同时,为 了满足电动汽车、储能系统等应用领域的安全性要求,需要进一步优化材料的安 全性能。
二、离子掺杂
离子掺杂是一种能有效提升LFP性能的方法。通过在LFP晶格中掺杂导电性好 的金属离子,可以降低Li+沿一维路径扩散的阻力,提高电子导电性和离子扩散 速率,进而改善LFP材料的循环性能和倍率性能。例如,有研究报道,掺杂元素 Mg可以有效地提高LFP的电化学性能。通过Mg元素的掺杂,可以增加LFP的电子导 电性和离子扩散速率,同时保持其结构稳定性。此外,其他元素如Al、Ti等也被 研究用于掺杂LFP,以改善其电化学性能。
背景
自1991年索尼公司首次将锂离子电池商业化以来,锂离子电池技术取得了飞 速发展。正极材料是锂离子电池的核心部分,其性能的优劣直接决定了电池的能 量密度、充放电效率、安全性和寿命。在经历了碳酸酯类、层状过渡金属氧化物 等多个阶段后,磷酸亚铁锂正极材料由于具有较高的能量密度、良好的循环性能 和安全性,成为当前最具有发展前景的锂离子电池正极材料之一。
磷酸铁锂研究进展
电池 。
成功的在 40℃ 合成出了橄榄石相 L eO , 0 iP F 但是在 40 0 ℃结晶度不高, 影响了电化学性能, 0 C 5 保持 1 0o 2
一
个 FO 八 面体与两个 L e i 八面体 和一个 P F。相, O O 四 e 对产物的电化学性能有较大的影响。 优点 : 高温 固相合成法操作及 工艺路线设计简
面体共棱, 而一个 P O 四面体则与一个 FO 八面体 e
和两个 LO 八面体共棱 。L 在 4 以位形成共棱 的 单 , i i a 工艺参数易于控制, 制备的材料性能稳定, 易于实 连续直线链, 并平行于 C 从而 L 具有二维可移动 现工业化大规模生产 。 轴, i 性 , 之在 充放 电过程 中可 以脱 出和嵌 入 。强 的 使
过程中会产生氨气、水 、二氧化碳, 他们在炉膛内经 大, 造价也高) 或工艺较复杂的缺点。 过冷却的过程时会产生碳酸氢铵晶体颗粒而造成产 25 液 相共 沉淀 法例 . 品的污染 。此外, 氨气 的产生不利于环保, 应进一步 液相共沉淀法是先用氧化剂氧化 F ( ) e Ⅱ 化合物
增加尾气处理设备 。
池产 业 发 展 的规 律 , 论 是 材 料 , 是 电池 , 本 呈 现 a dpo l [ P weS ucs0 31. 1 3 — 3. 无 还 基 n rbe 1 o r o re 0 ,9 2 2 2 2 8 msJ ] 2 1 1
1j ah , n n a my Ma u lr , 1 f c 3 P d i KNaj ds A u wa S s ee e a. et K , q iCt E
锂离子电池正极材料掺杂和表面包覆研究综述
Vdl.8 No.Sl Dec. 2019第8卷第S1期2019年12月储能科学与技术Energy Storage Science and Technology'进展与评述j锂离子电池正极材料掺杂和表面包覆研究综述王栋心,郑莉莉心,杜光超",3,张志超",3,冯燕1,2,3,戴作强心「青岛大学机电工程学院;2青岛大学动力集成及储能系统工程技术中心;彳电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程技术中心(青岛),山东 青岛260071)摘要:随着国家政策对电动汽车的支持力度不断加大,锂离子电池的电化学性能瓶颈愈发凸显.本文综述了锂离子电池正极材料钻酸锂、猛酸锂、磷酸铁锂及三元材料在掺杂和表面包覆两种工艺对电池电化学方面的影响,并展望了掺杂和表面包覆两种工艺未来的研究方向.关键词:锂离子电池;正极材料;掺杂;表面包覆doi: 10.12028/j .issn.2095-4239.2019.0058中图分类号:TM912 文献标志码:A 文章编号:2095-4239 (2019) S1-043-06Review of doping and surface coating of cathode materials for lithiumion batteriesWANG Dong w , ZHENG Lili w , DU Guangchao w , ZHANG Zhichao w , FENG Ydn w , DAIZuoqiang w^College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University; 2Power Integration and Energy Storage System Engineering Technology Center of Qingdao University; ‘National and Local Joint Engineering Technology Center forIntelligent Power Integration Technology of Electric Vehicles (Qingdao), Qingdao 260071, Shandong, China)Abstract: With the increasing support of the national policy on the electric vehicle, the bottleneckof the electrochemical performance of the Li-ion battery is becoming more and more prominent. Thesafety of the lithium-ion battery has not been resolved since the material's chemical performance is limited. The effects of lithium, lithium, lithium iron phosphate and ternary materials on theelectrochemical performance of lithium-ion battery positive electrode material, lithium, lithiummanganate, lithium iron phosphate and ternary material on the electrochemical properties of the battery were summarized.Key words: lithium-ion battery; cathode material; mix; surface covering目前已商业化的锂离子电池正极材料主要有钻酸锂(LiCoC )2)、猛酸锂(LiMihOQ 、磷酸 铁锂(LiFePOQ 和三元材料[Li(Ni, CO, Mn)02]4种。
磷酸铁锂掺杂改性的研究
, 氧原子的分布近乎密堆六方 ; 磷原子处
于氧原子四面体间隙 , 形成 PO4 四面体 ; 铁原子 位于八面体间隙的 Z 字链上 ; 锂原子位于交替平 面八面体间隙的直线链上 , 其中 , 1 个 FeO6 八 面体分别与 1 个 PO4 四面体和 2 个 LiO6 八面体共 边 , 同时 , 1 个 PO4 四面体还与 2 个 LiO6 八面体 共边 。所有锂均可发生脱嵌 , 得到 FePO4 层状型 结构 。由于 LiFePO4 脱锂后得到的 FePO4 具有相 同的 空 间 群 , 因 此 , 即 使 在 400 ℃的 高 温 下 ,
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第3期
窦清山等 : 磷酸铁锂掺杂改性的研究
1 23
散 , 因而不利于提高材料的高倍率充放电性能 。 而铁位掺杂可以改善 LiFePO4 的倍率充放电性 能 , 提高循环性能 。刘芳凌等 采用包裹碳提 高其表面电子电导率 , 掺杂金属离子以提高其本 体电子电导率 。选取了离子半径接近而价态不同 的 4 种金属离子 Ga 、Ti 、Ta 、Mo 的 Fe 位掺杂 , 掺杂后的样品晶胞体积均有减少 , 电子 电导率比 LiFePO4 的电子电导率提高了 4 ~ 6 个 数量级 , 并使其在电解质溶液中的阻抗大大减 少 , 电化学性能也明显改善 。掺杂金属离子的电 4+ 负性越小 , 其电化学性能就越好 。掺杂 Ti 的样 品具有最佳的电化学性能 。 胡环宇等 采用高温固相反应法合成颗粒 细小均匀的纳米级正极材料 LiFePO4 , 具有良好 的容量循环性能 , 但其高倍率性能差 。掺入少量 的锰可降低材料的极化 , 提高材料的高倍率性 能 。这主要是由于锰的掺杂增大了 LiFePO4 的晶 胞体积 , 更有利于锂的脱出 , 另外锰的掺杂导致 了烧结过程产生晶体结构缺陷 , 提高了材料的电 子导电性 , 从而使得材料的高倍率充放电性能有 [15 ] 所改善 。
磷酸铁锂不同位钒掺杂的改性研究
磷酸铁锂不同位钒掺杂的改性研究许明玉1*, 张俊喜1,曹小卫2,徐娜1(1上海电力学院电化学研究室,上海,2000902上海奥威科技开发有限公司,上海,201203 ,E-mail:xumingyu369@ )采用偏钒酸铵对磷酸铁锂材料进行了Fe 位和P 位掺杂,并采用XRD 、XEM 、CV 、交流阻抗谱、热重分析以及充放电曲线对材料进行了研究。
研究表明,对磷酸铁锂材料的钒掺杂可以很大程度上改善和提高材料的电化学性能。
通过研究,确定了钒的最佳掺杂比例为0.04,在0.1C 的放电倍率下,充放电曲线具有平稳的电压平台和较大的充放电比容量。
循环伏安曲线以及材料表征等测试结果都表明掺杂对材料性能的改善是有利的。
实验中采用共沉淀法合成磷酸铁锂改性材料。
分别以Li:Fe:P 摩尔比1:(1-x ): 1的配比Li:Fe:P 摩尔比1:1:(1-x )的配比称取LiOH·H 2O 、还原Fe 粉和H 3PO 4,在氮气的搅拌下反应至pH 在3~4,反应温度为70℃,分别按LiFe 1-x V x PO 4比例和LiFeV x P 1-x O 4的比例加入一定量的NH 4VO 3,然后将得到悬浮状的反应液采用喷雾干燥的方法将反应产物干燥后得到前驱体。
将所得前驱体在300℃烧结2小时,再以700℃烧结5小时,最终得到LiFe 1-x V x PO 4和LiFeV x P 1-x O 4复合材料。
整个过程在N 2气氛下完成。
20304050607080a:P 位掺杂 b:Fe位掺杂2-Theta(°)abi ,m A /c m2E,V vs Li图1 不同位掺杂的XRD 图谱 图2 不同位掺杂和纯的LiFePO 4的循环伏安曲线Fig.1 The XRD spectroscopy of different bit-doped Fig.2 The cyclic voltammetry curves of different bit-doped andLiFePO 4 methodmaterials pure LiFePO 4如图1所示,将LiFe 0.96V 0.04PO 4 LiFeV 0.04P 0.96O 4样品的XRD 图谱与LiFePO 4的标准图谱进行比较,可以看出掺杂后的材料保持了LiFePO 4的XRD 特征峰位置。
磷酸铁锂包覆特性研究
河北工业大学硕士学位论文磷酸铁锂包覆特性研究姓名:米增财申请学位级别:硕士专业:材料物理与化学指导教师:梁广川2011-03河北工业大学硕士学位论文磷酸铁锂包覆特性研究摘 要针对目前LiFePO4正极材料改性存在的包覆工艺复杂、碳包覆不均匀以及颗粒粒径偏大等问题,采用淀粉为碳源,利用其加热糊化形成稳定胶体实现对前躯体均匀包覆,碳热还原法制备得到微细LiFePO4/C复合材料。
利用程控恒流充放电测试系统,结合XRD、SEM、TEM、TG-DTA等表征手段,研究了焙烧温度和焙烧时间等合成工艺参数对材料的结构、形貌和电化学性能的影响,进一步通过正交实验确定了最佳的合成工艺条件。
并且研究了采用复合碳源碳热还原法合成高性能的LiFePO4/C复合材料。
实验发现,以淀粉为碳源合成的LiFePO4/C复合材料不仅具有微细类球形颗粒形貌,一次粒径为500nm左右,而且网络丝状的导电碳均匀包覆于颗粒表面。
相对于传统固相包覆工艺,不仅减小了颗粒粒径,而且有效地减小极化,提高了LiFePO4的电化学性能。
通过正交实验确定的最佳合成工艺条件为:焙烧温度:750℃,焙烧时间:4h,掺碳量:FePO4∶Li2CO3∶C= 2∶1.02∶1。
以最佳工艺合成的LiFePO4/C复合材料结晶良好,具有高的电导率,为5.12×10-2S/m和振实密度(1.25g/cm3)。
同时材料表现出优良的电化学性能,0.2C和3C下首次放电容量分别为155.8mAh/g和129.2mAh/g,3C循环100次容量保持率高达97.8%。
为了实现材料颗粒表面具有致密均匀的全面导电碳体系,进一步来提高LiFePO4/C复合材料的导电率。
以淀粉和PEG作为复合碳源碳热还原法合成LiFePO4/C复合材料。
实验发现,合成材料颗粒微细呈类球形,粒径仅为400nm,不仅致密的导电碳均匀包覆于颗粒表面,而且颗粒之间充满了网络丝状的碳,这种全面的导电体系有效地提高了材料颗粒表面和之间的电导率,高达2.38×10-1S/cm。
磷酸铁锂正极材料掺杂改性的第一性原理研究
磷酸铁锂正极材料掺杂改性的第一性原理研究磷酸铁锂正极材料掺杂改性的第一性原理研究磷酸铁锂(LiFePO4)作为一种重要的正极材料,由于其高能量密度、较低的材料成本和良好的循环稳定性而备受瞩目。
然而,其相对较低的离子导电性和电子导电性限制了其在电池中的应用效能,限制了其在高功率需求下的使用。
因此,在研究中如何提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能是一个重要的课题。
掺杂是一种有效的手段,可以改善材料的电化学性能。
通过向磷酸铁锂正极材料中引入其他元素,可以调节材料的电子结构、改善电子传输和离子扩散,从而提高其电化学性能。
因此,本文通过第一性原理计算方法,研究了不同掺杂元素对磷酸铁锂正极材料性能的影响。
首先,我们选取了几种常用的掺杂元素,包括锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)和锑(Sb),分别将它们掺杂到磷酸铁锂结构中,并对其进行优化计算。
通过计算发现,这些掺杂元素可以有效地改变磷酸铁锂正极材料的电子结构。
例如,锌和镍的掺杂可以减小能隙,增加导电性;钴的掺杂可以提高材料的离子扩散速率;锑的掺杂可以改善材料的结构稳定性。
其次,我们进一步研究了不同掺杂浓度对磷酸铁锂材料性能的影响。
通过计算发现,适量的掺杂可以提高材料的电化学性能,但过高或过低的掺杂浓度则可能导致材料性能下降。
因此,寻找合适的掺杂浓度是非常重要的。
最后,我们对掺杂元素的位置进行了研究。
我们发现,不同掺杂位置对材料的性能有很大的影响。
例如,在磷酸铁锂材料的龙骨结构中,掺杂元素可以替换铁原子或磷原子,从而改变材料的结构和导电性。
在掺杂过程中,掺杂元素与其他原子之间的相互作用也起着关键的作用。
综上所述,通过第一性原理计算方法,我们系统地研究了不同掺杂元素对磷酸铁锂正极材料性能的影响。
这些研究结果可以为进一步优化磷酸铁锂正极材料的性能提供理论指导,为新型电池的设计和应用提供重要的参考。
然而,由于复杂的电化学反应和体系的多变性,还需要进一步的实验研究来验证并完善这些理论模拟结果。
锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展
第29卷 第3期Vo l 29 No 3材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第131期Jun.2011文章编号:1673 2812(2011)03 0468 04锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展俞琛捷1,莫祥银1,康彩荣2,倪 聪2,丁 毅2(1.南京师范大学分析测试中心&江苏省生物功能材料重点实验室,江苏南京 210046;2.南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210009)摘 要 橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO 4)由于安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点被公认为是最具发展潜力的锂离子动力与储能电池正极材料。
综述了近年来磷酸铁锂正极材料在制备和改性方面的最新进展。
在此基础上,提出了磷酸铁锂正极材料未来的主要研究和发展方向。
关键词 锂离子电池;正极材料;磷酸铁锂;制备;改性中图分类号:T B34 文献标识码:AProgress in Synthesis and Modification of LiFePO 4Cathode Material forLithium Ion Rechargeable BatteriesYU C hen jie 1,MO Xiang yin 1,KANG Cai rong 2,NI C ong 2,DING Yi 2(1.Nanjing Normal University,Analysis and Testing Center &Jiangsu Key Laboratory of Biof unctional Materials,Nanjing 210046,China;2.College of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China)Abstract Olivine lithium iron phosphate (LiFePO 4)is universally r ecognized as a pro mising catho de material for lithium ion recharg eable batteries for electr ic v ehicles due to hig h safety required to traction batteries,long lifespan,plentiful resources,and env ir onm ental friendliness.A systematical r eview of r ecent synthesis and modification research of LiFePO 4cathode material for lithium io n r echarg eable batter ies w as presented.On the basis,main research and developing trends regarding LiFePO 4cathode mater ial w ere pro posed.Key words lithium io n rechargeable batter ies;cathode m aterial;lithium iro n phosphate;synthesis;modification收稿日期:2009 09 02;修订日期:2010 07 19基金项目:国家 973 资助项目(6134501ZT01 004 02);王宽诚德国学术交流研究基金资助项目(K.C.W ong Fellows hip DAAD Section 423 C hina,M ong olia)作者简介:俞琛捷,女,硕士,助理研究员,主要从事材料化学等研究。
磷酸铁锂制备工艺及改性研究进展_叶向果
2014年新疆有色金属磷酸铁锂制备工艺及改性研究进展叶向果(新疆有色金属研究所乌鲁木齐830000)摘要概述了合成LiFePO 4的多种方法,主要有高温固相法、微波法、水热法和喷雾热解法等,同时,从掺杂导电碳或在磷酸铁锂颗粒表面包覆碳、金属包覆、金属离子掺杂和粒径控制等方面介绍了磷酸铁锂材料改性研究的最近进展,提出了磷酸铁锂未来的发展方向。
关键词磷酸铁锂合成方法改性项目资助:自治区科研机构创新发展专项资金《新疆有色金属科研与产业化创新基地建设》,项目编号2013005。
随着能源和环境问题日益突出,人们在努力寻找无污染、可循环使用的新能源。
锂离子电池因具有高的能量密度、高电压、低的自放电率、循环寿命长等优点,因而受到广泛的应用和大量的研究。
在现有商品化锂离子电池正极材料中,橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO 4)被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料,因为它的高安全性、稳定的循环寿命以及价格低、对环境无污染等优点[1]。
1LiFePO 4的合成方法LiFePO 4正极材料的性能在一定程度上取决于材料的形态、颗粒的尺寸以及原子排列,因此制备方法尤为重要。
目前,磷酸铁锂的合成方法很多,规模化的如高温固相法和碳热还原法,少量研究中也有采用如微波合成法、水热合成法、喷雾热解法等。
1.1高温固相法高温固相法是目前发展最为成熟的方法。
将铁源、锂源和磷源按化学计量比在球磨机中进行均匀混合后,在惰性气氛下(N 2、Ar 等),首先在较低温度(300~350℃)下处理5~10h ,使原材料初步分解,然后再在高温下(600~750℃)处理10~20h 后就可以得到橄榄石型的LiFePO 4。
高温固相法合成LiFePO 4工艺简单,易实现工业化,制备条件容易控制,缺点是晶体尺寸较大,产品倍率特性差[2]。
1.2碳热还原法碳热还原法通常是于高温固相法一起使用的,就是在原材料的混合球磨中加入碳源(如蔗糖、葡萄糖)还原剂,在高温煅烧中利用还原剂分解得到的碳使Fe 3+还原为Fe 2+,同时在磷酸铁锂颗粒表面包覆一层碳来提高材料的导电性能。
磷酸锰铁锂碳包覆 掺杂 纳米化 技术
磷酸锰铁锂碳包覆掺杂纳米化技术磷酸锰铁锂(LiMnFePO4)是一种具有高能量密度和良好循环性能的正极材料,常用于锂离子电池中。
为了进一步提高其性能,可以采用碳包覆、掺杂和纳米化等技术进行改进。
1. 碳包覆技术:通过在LiMnFePO4颗粒表面形成一层碳包覆层,可以提高其电导率和抗氧化性能,从而提高电池的功率性能和循环寿命。
碳包覆层可以防止LiMnFePO4颗粒与电解液直接接触,减少极化现象,同时还可以稳定颗粒结构,防止颗粒的容积膨胀和粉化。
2. 掺杂技术:通过在LiMnFePO4晶格中引入其他元素的掺杂,可以调节晶体结构和缺陷,改善电子和离子传输性能。
常见的掺杂元素包括铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)等。
掺杂可以提高LiMnFePO4的电导率、离子扩散速率和循环稳定性,进而提高电池的性能。
3. 纳米化技术:通过控制合成过程和条件,可以制备出纳米级别的LiMnFePO4颗粒。
纳米化可以增加颗粒表面积,提高离子和电子传输速率,改善材料的反应动力学性能。
此外,纳米化还可以减少颗粒之间的扩散路径,提高颗粒的稳定性和循环寿命。
这些技术的应用可以综合提高磷酸锰铁锂正极材料的性能,包括提高能量密度、功率性能、循环寿命和安全性,从而推动锂离子电池在电动汽车、可再生能源储存等领域的应用。
1。
有机碳源包覆磷酸铁锂正极材料改性研究
有机碳源包覆磷酸铁锂正极材料改性研究摘要:利用淀粉、柠檬酸作为有机碳源,配合液相分散混合、高温固相处理以及雾化造粒工艺,制备出磷酸铁锂正极材料,就不同碳源包覆改性对于材料性能的影响进行研究和讨论。
结果说明,三种不同有机碳源中,材料首次放电比容量从小到大依次为柠檬酸〔139.4mAh/g〕、淀粉〔144.4mAh/g〕和聚乙烯醇〔153.8mAh/g〕。
关键词:有机碳源;磷酸铁锂;正极材料;改性在新型锂离子电池生产中,磷酸铁锂凭借本身无毒无害、低本钱、高比容量及平安稳定等特点,成为了正极材料的最优选择之一,是当前国内外相关研究热点所在。
不过,磷酸铁锂材料同样存在不少缺陷,如低温及倍率性能差、电导率低等,在一定程度上限制了其应用范围。
对此,需要做好材料改性工作,对其性能进行强化。
1实验与检测在实验中用到的仪器包括全自动X射线衍射仪〔XD98型〕、同步热分析仪〔STA409PC〕、蓝电CT2021A测试仪以及场发射扫描电镜〔FESEM〕。
试剂包括Fe2O3、LiH2PO4、柠檬酸、淀粉、聚乙烯醇和无水乙醇,全部选择分析纯。
依照预先设定摩尔比,将Fe2O3、LiH2PO4均匀混合,参加适量聚乙烯醇为碳源,选择无水乙醇作为媒介进行高速球磨,时间为515h。
球磨结束后,配合雾化造粒工艺可以获得球形颗粒状LiFePO4/C前驱体,将之放入管型炉中,于400750℃高温下,以氮气作为保护气体焙烧824h,就能够得到LiFePO4/C复合材料,将样品标记为LFP1。
将碳源更换为淀粉和柠檬酸,同样的流程和工艺,得到的材料样品标记为LFP2和LFP3【1】。
首先,运用全自动X射线衍射仪分析样品晶体结构,设定测试条件:管压40kV、管流40mA,λ=0.1544nm,扫描速度8°/min。
其次,运用场发射电镜对样品颗粒进行细致观察,设定测试条件:电子束能量30μA、加速电压25kV。
然后,将实验得到三种样品作为正极活性物质,依照乙炔黑:PVDF:NMP=92:3.5:4.5的质量比配置电极浆料,形成面积在1平方厘米左右的圆形极片,负极材料选择锂片,配合聚丙烯微孔膜隔膜,形成混合电解液,在手套箱中充满氩气作为保护气体,装配成扣式电池,结合蓝电CT2021A测试仪对其性能进行研究。
磷酸铁锂碳包覆技术
磷酸铁锂碳包覆技术标题:磷酸铁锂碳包覆技术:提升锂电池性能的新趋势导语:锂电池作为目前最常见的可充电电池之一,其性能的提升一直是科研和产业界追求的目标。
磷酸铁锂作为一种广泛应用于锂电池正极材料的化合物,在保证安全性的前提下,其容量和循环寿命仍需要进一步提升。
本文将介绍磷酸铁锂碳包覆技术,这一新兴技术被广泛研究和应用,能够有效改善锂电池的性能,并为未来锂电池发展指明了方向。
1. 磷酸铁锂碳包覆技术的原理磷酸铁锂碳包覆技术是将碳材料包覆在磷酸铁锂颗粒表面,形成碳包覆层,以提升锂电池的性能。
该技术可以通过如喷雾热解、化学气相沉积等方法实现。
2. 碳包覆技术的优势与挑战碳包覆磷酸铁锂能够提供以下优势:- 提高电极材料的导电性:碳材料与电极材料接触面积增大,减小电阻,提高电子传导速度,从而提高电池性能。
- 改善循环稳定性:碳包覆层能够抑制正极材料的活性物质溶解和结构剥落,延长电池的循环寿命。
- 提升电池容量:碳包覆层减少了电池在高电压下产生的氧气漏泄现象,提高了电池的容量。
然而,碳包覆技术也面临一些挑战:- 过厚的碳包覆层可能导致电池容量下降。
- 碳材料的选择和包覆工艺的优化需要进一步研究,以实现最佳性能。
3. 碳包覆技术在锂电池中的应用碳包覆磷酸铁锂技术已经在锂电池领域得到了广泛的研究和应用。
研究人员通过控制碳包覆层的厚度和制备工艺,成功改善了锂电池的性能。
碳包覆可以提高磷酸铁锂电池的循环寿命、放电容量和倍率性能等。
4. 磷酸铁锂碳包覆技术的未来发展方向在未来的研究中,磷酸铁锂碳包覆技术有望朝着以下方向发展:- 控制碳包覆层的厚度和分布,减少电池容量下降的可能性。
- 寻找更适合的碳材料,以进一步提高电池的性能。
- 探索碳包覆技术在其它正极材料如磷酸锰锂和氧化钴锂中的应用,为更多种类的锂电池提供性能的提升。
总结:磷酸铁锂碳包覆技术作为一种能够提升锂电池性能的重要手段,已经引起了广泛的关注。
通过控制碳包覆层的形成和组成,能够改善磷酸铁锂电池的循环寿命、放电容量和倍率性能等。
有机碳源包覆磷酸铁锂正极材料改性研究
有机碳源包覆磷酸铁锂正极材料改性研究作者:杨娟李横江郭怡楠来源:《科技风》2018年第09期摘要:利用淀粉、柠檬酸作为有机碳源,配合液相分散混合、高温固相处理以及雾化造粒工艺,制备出磷酸铁锂正极材料,就不同碳源包覆改性对于材料性能的影响进行研究和讨论。
结果表明,三种不同有机碳源中,材料首次放电比容量从小到大依次为柠檬酸(139.4mAh/g)、淀粉(144.4mAh/g)和聚乙烯醇(153.8mAh/g)。
关键词:有机碳源;磷酸铁锂;正极材料;改性在新型锂离子电池生产中,磷酸铁锂凭借本身无毒无害、低成本、高比容量及安全稳定等特点,成为了正极材料的最优选择之一,是当前国内外相关研究热点所在。
不过,磷酸铁锂材料同样存在不少缺陷,如低温及倍率性能差、电导率低等,在一定程度上限制了其应用范围。
对此,需要做好材料改性工作,对其性能进行强化。
1 实验与检测1.1 仪器与试剂在实验中用到的仪器包括全自动X射线衍射仪(XD98型)、同步热分析仪(STA409PC)、蓝电CT2001A测试仪以及场发射扫描电镜(FESEM)。
试剂包括Fe2O3、LiH2PO4、柠檬酸、淀粉、聚乙烯醇和无水乙醇,全部选择分析纯。
1.2 实验过程依照预先设定摩尔比,将Fe2O3、LiH2PO4均匀混合,加入适量聚乙烯醇为碳源,选择无水乙醇作为媒介进行高速球磨,时间为515h。
球磨结束后,配合雾化造粒工艺可以获得球形颗粒状LiFePO4/C前驱体,将之放入管型炉中,于400750℃高温下,以氮气作为保护气体焙烧824h,就能够得到LiFePO4/C复合材料,将样品标记为LFP1。
将碳源更换为淀粉和柠檬酸,同样的流程和工艺,得到的材料样品标记为LFP2和LFP3[1]。
1.3 材料检测首先,运用全自动X射线衍射仪分析样品晶体结构,设定测试条件:管压40kV、管流40mA,λ=0.1544nm,扫描速度8°/min。
其次,运用场发射电镜对样品颗粒进行细致观察,设定测试条件:电子束能量30μA、加速电压25kV。
磷酸铁锂掺杂改性中Li位和Fe位掺杂效果分析
研究。 由于掺杂离子 的 量 很 少,采 用 固 相 合 成 较 难 保 证
离子分布均匀。共沉淀法使反应物在分子水平上均匀 混合,能获得混合 均 匀、晶 粒 小 的 材 料,进 而 能 降 低 热 处理温度,缩短热处理时间,得到性能良好的材料。 本 文采用共沉淀合成 LiFePO4[11],研究 了 Mg2+ 和 Mo6+ 对 LiFePO4 的掺杂改性,通 过 电 化 学 手 段 测 试 了 两 种 离子的掺杂效果,并 分 析 了 两 种 离 子 在 不 同 位 掺 杂 对 LiFePO4 的结构及性能影响。
700
LiFePO4 电 极 的 循 环 伏 安、交 流 阻 抗 测 试 和 Mott-Schottky测 试 在 CHI660C 电 化 学 工 作 站 上 完 成,循环伏安测试 的 扫 描 速 度 为 0.1mV/s。 充 放 电 测 试在 电 池 充 放 电 测 试 系 统 (LAND CT-2001A)中 进 行 ,电 压 范 围 为 2.5~4.2V。
纳米磷酸铁锂包覆镍钴锰三元正极材料的金属掺杂改性及电化学性能
在已知的正极材料中,高镍的镍钴锰三元单体电池比能 量可达 300Wh/kg 以上,高镍的镍钴锰三元正极材料非常适 合用来做新一代高能量密度动力锂电池正极材料,但其循环性 能和倍率性能相对较差 [1-3]。在所有的新能源汽车用正极材料, 磷酸铁锂材料凭借稳定的橄榄石晶体结构,具有突出的循环性 能和安全性能 [4,5],故采取在高镍镍钴锰三元正极材料表面包 覆纳米磷酸铁锂,改善其循环性能。同时,高镍镍钴锰三元正 极材料的颗粒经过研磨,其二次颗粒由“微米级”研磨到“纳米 级”,大幅度提高高镍的镍钴锰三元正极材料的倍率性能。本 文基于以上基本思路,系统研究复合正极材料的金属元素掺杂 工艺,制备纳米磷酸铁锂包覆高镍镍钴锰三元复合正极材料。
放电比容量最高 ;同步掺 Mg 和 Ti 元素的复合正极材料在 0.5C 的放电比容量最优。该复合正极材料在ห้องสมุดไป่ตู้环性能方面具
有明显优势。
关键词 :掺杂 ;高镍 ;镍钴锰三元 ;磷酸铁锂 ;包覆
中图分类号 :TM912
文献标识码 :A
文章编号 :1002-5065(2020)17-0204-2
Metal doping modification and electrochemical performance of nano-lithium iron phosphate coated nickel-cobalt-manganese ternary cathode material
纳米磷酸铁锂包覆镍钴锰三元正极材料的 金属掺杂改性及电化学性能
秦 波,乜雅婧,张加美,孙 实
(中冶瑞木新能源科技有限公司,河北 唐山 063200)
摘 要 :本文优先制备高镍镍钴锰三元正极材料,然后在其表面包覆纳米级磷酸铁锂,系统研究金属元素的掺杂工艺,
《2024年协同掺杂对锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂的改性及性能影响研究》范文
《协同掺杂对锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂的改性及性能影响研究》篇一一、引言随着电动汽车和可再生能源技术的快速发展,锂离子电池作为其关键组成部分,其性能的优化显得尤为重要。
其中,正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一。
磷酸铁锰锂(LiFeMnPO4)作为一种新型的正极材料,因其高能量密度、长循环寿命和环保特性而备受关注。
然而,其仍存在一些性能上的不足,如电子导电性差、锂离子扩散速率慢等。
为了解决这些问题,研究者们开始尝试通过协同掺杂的方法对磷酸铁锰锂进行改性,以提高其电化学性能。
本文将就协同掺杂对锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂的改性及其性能影响进行深入研究。
二、协同掺杂的原理及方法协同掺杂是指在磷酸铁锰锂材料中同时引入两种或更多种元素,通过元素间的相互作用,改善材料的晶体结构、电子结构和电化学性能。
常用的掺杂元素包括金属元素和非金属元素,如钴、镍、铝、硫等。
掺杂过程中,通过控制掺杂元素的种类、含量和分布,实现材料性能的优化。
实验中,我们采用溶胶凝胶法进行协同掺杂。
首先,将掺杂元素的前驱体与磷酸铁锰锂原料混合,在溶液中形成均匀的溶胶;然后通过热处理和煅烧过程,使溶胶凝胶化并形成掺杂后的磷酸铁锰锂材料。
三、改性效果及性能分析1. 晶体结构分析通过对掺杂前后材料的XRD图谱进行分析,我们发现协同掺杂能够改善材料的晶体结构。
掺杂元素进入磷酸铁锰锂的晶格中,使晶格参数发生微小变化,有利于提高材料的结构稳定性。
此外,掺杂还可以细化晶粒,提高材料的致密度。
2. 电化学性能分析(1)放电比容量:协同掺杂能够显著提高磷酸铁锰锂的放电比容量。
掺杂元素的存在能够增加材料的电子导电性和锂离子扩散速率,从而提高材料的利用率和放电比容量。
(2)循环稳定性:经过一定次数的充放电循环后,未掺杂的磷酸铁锰锂材料容易出现容量衰减。
而协同掺杂后的材料具有良好的循环稳定性,能够保持较高的放电比容量。
(3)倍率性能:协同掺杂可以改善材料的倍率性能,使材料在高倍率充放电时仍能保持较好的容量。
磷酸铁锂的改性研究进展
25中国粉体工业 2020 No.4磷酸铁锂的改性研究进展杨玉梅/文【摘要】橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO 4)具有原料来源广泛、循环性能好、对环境无污染等特点,尤其是在高温下的安全性能,使其成为一种应用前景非常广阔的锂电池正极材料。
但是,磷酸铁锂的电子导电率和锂离子扩散速率较低,限制了其进一步的市场化应用。
本文介绍了磷酸铁锂的改性方法,对提升磷酸铁锂材料的性能有一定的作用。
【关键词】磷酸铁锂;改性;包覆;掺杂;研究进展随着社会的高速发展,人们对能源的需求量日益增加,同时传统化石能源的大量消耗对环境造成污染,使得人们对绿色环保能源和新型可替代能源的需求日益增加。
锂离子电池作为能源储存载体,已经被广泛应用于各种能量储存设备,尤其是在纯电动交通工具及混合动力交通工具等领域的大量使用。
近年来一直在探索和寻求原料来源广泛、成本低、能量密度较高的锂电池电极材料,是解决锂离子电池发展的关键[1]。
LiFePO 4正极材料具有循环性能好、比容量高、安全性能好以及原料来源广、价格低廉等特点日益受到人们的关注,但是由于纯LiFePO 4的电子导电率低(10-10~10-9S/cm)及锂离子扩散速度慢(1.8×10-14cm 2/s),导致LiFePO 4在高倍率下电化学性能和耐低温性能较差;LiFePO 4振实密度较低,导致材料体积能量密度较低[2]。
所以对磷酸铁锂进行改性势在必行,目前对LiFePO 4改性方法主要有纳米化、包覆、掺杂等方法,除了这些主流方法以外,研究人员也在探索新的改性方法,如将量子点引入磷酸铁锂的改性。
1.纳米化纳米材料的优点主要有:①纳米材料具有高比表面积,增大了反应界面并可以提供更多的扩散通道;②材料的缺陷和微孔多,理论储锂容量高;③因纳米离子的小尺寸效应,减少了锂离子嵌入脱出深度和行程;④聚集的纳米粒子中国粉体工业 2020 No.4262.包覆法的间隙缓解了锂离子在脱嵌时的应力,提高了循环寿命;⑤纳米材料的超塑性和蠕变性,使其具有较强的体积变化承受能力,而且可以降低聚合物电解质的玻璃化转变温度[3]。
磷酸铁锂改性的研究进展_王卓
第37卷第6期2014年12月山东陶瓷SHANDONG CERAMICSVol.37No.6Dec.2014收稿日期:2014-10-10基金项目:本文受国家自然科学基金(51272144,,5172132,51042003)资助。
作者简介:①张旭东,男,1960年,教授,齐鲁工业大学研究生处长;王卓,男,1988年,在读硕士,研究方向:磷酸铁锂复合材料·综述·DOI码:10.3969/j.issn.1005-0639.2014.06.002磷酸铁锂改性的研究进展王卓,张旭东①,何文,金超,侯玉昆(齐鲁工业大学材料科学与工程学院,济南250353)摘 要 磷酸铁锂(LiFePO4)具有理论比容量高、电压平台稳定等优点,成为当前研究的热点之一。
但是,由于其自身结构的缺陷,导致其电子导电率低和锂离子扩散速度慢的缺点。
本文从LiFePO4晶体结构和充放电机理入手,分析原因,综述了各种LiFePO4正极材料的改性方法及其研究进展。
关键词 磷酸铁锂,正极材料,材料改性中图分类号:TQ174 文献标识码:A 1 引言1997年,Goodenough等人首次报道了具有橄榄石型结构的LiFePO4能够可逆地嵌入和脱出锂离子,其理论比容量为170mAh/g,具有3.5V的电压平台[1],并且原材料来源丰富、无毒、对环境友好、安全性高、比容量高、循环性能稳定、价格低廉,被认为是锂离子动力电池理想的正极材料。
近年来,随着人们对LiFePO4研究的深入,人们发现纯的LiFePO4材料在充放电倍率越高时,容量衰减越严重。
主要原因是受到LiFePO4结构的限制,从而导致了电子电导率和锂离子扩散速率过低。
2 LiFePO4的晶体结构LiFePO4的晶体结构是橄榄石型的结构,属正交晶系,空间群为Pnmb,晶格常数a=0.6008nm、b=1.0334nm、c=0.4693nm。
LiFe-PO4晶体结构如图1所示[2]。
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磷酸铁锂包覆与掺杂改性研究进展作者:刘全兵, 罗传喜, 宋慧宇, 廖世军, LIU Quan-bing, LUO Chuan-xi, SONG Hui-yu , LIAO Shi-jun作者单位:华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510641刊名:电源技术英文刊名:CHINESE JOURNAL OF POWER SOURCES年,卷(期):2011,35(3)1.LU Y;SHI J C;GUO Z P Synthesis of LiFe1-xNi1PO4/C composites and their electrochemical performance [外文期刊] 2009(02)2.THACKERAY M Lithium-ion batteries:An unexpected conductor[外文期刊] 2002(02)3.唐致远;焦延峰;陈玉红金属氧化物掺杂改善LiFePO4电化学性能 2007(12)4.YANG R;SONG X P;ZHAO M S Characteristics of Li0.98Cu0.01FePO4 prepared from improved co-precipitation[外文期刊] 2009(1-2)5.ONG C W;LIN Y Y;CHEN J S Effect of various organic precursors on the performance of LiFePO4/C composite cathode by coprecipitation method[外文期刊] 2007(06)6.HSU K F;TSAY S Y;HWANG B J Synthesis and characterization of nano-sized LiFePO,cathode materials prepared by a citric acidbased sol-gel route 20047.GOEKTEPE H;SAHAN H;KILIC F Improved of cathode performance of LiFePO41C composite using different carboxylic acids as carbon sources for lithium-ion batteries 20108.LEON B;VICENTE C P;TIRADO J L Optimized chemical stability and electrochemical performance of LiFePO,composite materials obtained by ZnO coating[外文期刊] 2008(03)9.CHANG H H;CWANG C C;SU C Y Effects of TiO2 coating on high-temperature cycle performance of LiFePOrbased lithiumion batteries[外文期刊] 2008(01)10.KIM C W;PARK J S;LEEKS Effect of Fe2P on the electron conductivity and electrochemical performance of LiFePO4 synthesized by mechanical alloying using Fe3+ raw material 2006(01)11.DEPTULA A;OLCZAK T;LADA W Preparation of LiFePO4/metallic (Ni、Cu、and Ag)nano-composites for electrochemical applications by complex sol-gel process 200812.HERLE P S;ELLIS B;COOMBS N Nano-Network electronic conduction in iron and nickel olivine phosphates[外文期刊] 2004(03)13.WAGEMAKER M;ELLIS B L;DIRK L H Proof of supervalent doping in olivine LiFePO[外文期刊] 2008(20)14.AMIN R;LIN C T;PENG J B Silicon-doped LiFePO,single crystals,growth,conductivity behavior,and diffusivity[外文期刊] 2009(11)15.LIAO X Z;HE Y S;MA Z F Effects of fluorine-substitution on the electrochemical behavior of LiFePOJC cathode materials[外文期刊] 2007(2)16.YANG L;JIAO L F;MIAO Y L Improvement of electrochemical properties of LiFePO4/C cathode materials by chlorine doping[外文期刊] 2009(10)17.周鑫;赵新兵;余红明F掺杂LiFePO4/C的固相合成及电化学性能 2008(03)18.SUN C S;ZHOU Z;XU Z G Improved high-rate charge/discharge performances of LiFcPOa1C via V-doping2009(02)19.SIR S Q;LIU L J;OUYANG C Y Enhancement of electronic conductivity of LiFePO4 by Cr doping and its identification by fast-principles calculations 2003(19)20.SHIN H C;PARK S B;JANG H Rate performance and structural change of Cr-doped LiFePOWC during cycling[外文期刊] 2008(27)21.NAKAMURA T;SAKUMOTO K T;OKAMOTO M Electrochemical study on Mn2+-substitution in LiFePO4 olivine compound[外文期刊] 200722.WU X L;JIANG L Y;CAO F F LiFePO4 nanoparticles embedded in a nanoporous carbon matrix:superior cathode material for electrochemical energy-storage devices[外文期刊] 2009(25-26)23.WANG Y G;WANG Y;HOSONO E The design of a LiFePO4/carbon nanocomposite with a core-shell structure and its synthesis by an in situ polymerization restriction method[外文期刊] 2008(39)24.HUANG Y H;REN H;PENG Z Synthesis of LiFePO4/carbon composite from nano-FePO,by a novel stearic acid assisted rheological phase method[外文期刊] 200925.CHEN Z H;DAHN J R Reducing carbon in LiFePO4/C composite electrodes to maximize specificenergy,volumetric energy,and tap density 2009(09)26.DOMINKO R;BELE M;GABERSCEK M Impact of the carbon coating thickness on the electrochemical performance of LiFePO4/C composites 2005(03)27.YU F;ZRANG J J;YANG Y F Preparation and characterization of mesoporous LiFePOX microsphere by spray drying assisted template method 2009(04)28.CROCE F;D'EPIFANIO A;HASSOUN J A novel concept for the synthesis of an improved LiFePq lithium battery cathode 2008(03)29.倪江锋;苏光耀;周恒辉锂离子电池正极材料LiMPO4的研究进展 2004(04)30.施志聪;杨勇聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展 2005(04)31.PROSINI P P;LISI M;ZANE D Determination of the chemical diffusion coefficient of lithium in LiFePO4[外文期刊] 2002(1/2)32.HUNG S Y;BLOKING J T;CHIANG Y M Electronically conductive phospho-olivines as lithium storage electrodes 2002(02)33.FISHER C A J;HART P V M;ISLAM M S Lithium battery materials LiMPO4(M=Mn,Fe,Co,and Ni):Insights into defect association,transport mechanisms,and doping behavior[外文期刊] 2008(18)34.MANTHIRAM A The electrochemical society interface 2009(02)35.PADHI A K;NANJUNDASWAMY K S;MASQUELIER C Effect of structure on the Fe3+/Fe2+ redox couple iniron phosphates[外文期刊] 1997(05)本文链接:/Periodical_dianyjs201103028.aspx。