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高容量锂离子电池正极补锂材料Li_(5)FeO_(4)@C的性能研究
1
作者 曾州岚 尚雷 +3 位作者 胡志金 王宗凡 辛小超 刘瑛 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第5期1875-1883,共9页
正极补锂添加剂Li_(5)FeO_(4)(LFO)具有理论比容量高、成本低且无毒等优点,是有发展前景的补锂技术之一,但其残碱值高、导电性低等问题导致其在实际使用中脱锂容量大幅降低,限制了其进一步应用。针对此问题,本研究采用高温固相法制备出... 正极补锂添加剂Li_(5)FeO_(4)(LFO)具有理论比容量高、成本低且无毒等优点,是有发展前景的补锂技术之一,但其残碱值高、导电性低等问题导致其在实际使用中脱锂容量大幅降低,限制了其进一步应用。针对此问题,本研究采用高温固相法制备出纯相的LFO材料,并使用等离子增强型化学气相沉积法(PECVD)对LFO材料进行碳包覆处理得到LFO@C材料,分析了不同包覆时间、温度下LFO@C材料的理化性能和电化学性能。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量分析谱(EDS)显示不同的PECVD碳包覆工艺会在LFO@C材料表面沉积不同的碳层结构,包覆温度为500℃、包覆时间为2 h时会在材料表面沉积一层均匀且致密的碳层。X射线衍射分析(XRD)结果表明包覆温度为500℃、包覆时间≤2h时LFO@C材料不会发生不可逆相变。碳含量和导电性分析结果表明LFO@C材料的碳含量和电导率随包覆时间的延长呈现先增大后减小的趋势、随包覆温度的增加呈上升趋势。残碱值分析结果显示LFO材料的残碱值经过PECVD碳包覆改性后发生了明显的下降,且LFO@C材料的残碱值大小与其表面碳层结构相关。碳包覆改性后的LFO@C材料的电化学性能得到了极大改善,其中容量最高的LFO-5002材料在2.0~4.2V下首次充电克比容量为756.4mAh/g,不可逆容量达到623.51mAh/g,超过纯相LFO材料200 mAh/g以上。分析结果表明使用PECVD可以在LFO材料颗粒表面包裹一层均匀致密的碳层,碳包覆后材料的残碱值大幅降低,导电性、容量大大提升,补锂效果得到了极大改善。研究结果通过碳包覆改性显著提升了正极补锂材料LFO的不可逆容量,为高容量的正极补锂材料设计提供了技术指导。 展开更多
关键词 锂离子电池 正极补锂添加剂 Li_(5)FeO_(4) 等离子增强型化学气相沉积法 碳包覆改性
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环境稳定型补锂剂的制备及其电化学性能
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作者 姜媛媛 屠芳芳 +3 位作者 张育红 陈诗 相佳媛 夏新辉 《无机化学学报》 北大核心 2025年第6期1101-1111,共11页
基于不同单金属氧化物对草酸锂(Li_(2)C_(2)O_(4),LCO)分解的促进效果,以CuO-Mn_(2)O_(3)混合物为前驱体,采用简便的固相烧结法合成了一系列Mn、Cu物质的量之比(x)不同的CuMn_(x)O_(1+1.5x)双金属氧化物催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X... 基于不同单金属氧化物对草酸锂(Li_(2)C_(2)O_(4),LCO)分解的促进效果,以CuO-Mn_(2)O_(3)混合物为前驱体,采用简便的固相烧结法合成了一系列Mn、Cu物质的量之比(x)不同的CuMn_(x)O_(1+1.5x)双金属氧化物催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附等温线和扫描电子显微镜(SEM)等方法表征了材料的结构组成与微观形貌,并探究了其对LCO电化学活性的影响规律。结果表明,在0.05C和2.5~4.5 V下,以CuMn_(1.1)O_(2.7)为催化剂时LCO的充电比容量可达404.7 mAh·g^(-1),同时脱锂电位降低至4.44 V,首次库仑效率仅为1.3%,可作为正极补锂添加剂应用于磷酸铁锂(LFP)体系;此外,采用密度泛函理论(DFT)计算揭示了LCO分解的速率控制步骤和催化剂的作用机制。将一定量的LCO/CuMn_(1.1)O_(2.7)补锂剂添加至LFP浆料中制作成扣式半电池,并对其进行电化学性能测试,结果表明,在最佳补锂剂含量下,相应LFP电极的首次充电比容量为205.9 mAh·g^(-1),LCO的实际利用率可达74.1%,而且补锂剂的添加能改善LFP的循环性能。 展开更多
关键词 磷酸铁锂 正极补锂添加剂 草酸锂 金属氧化物
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高性能磷酸铁锂电池补锂技术及机制 被引量：6
3
作者 姜媛媛 屠芳芳 +7 位作者 张芳平 王盈来 蔡佳文 杨东辉 李艳红 相佳媛 夏新辉 傅继澎 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1435-1442,共8页
本工作采用正极磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)搭配高容量石墨掺硅负极体系,以商业化富锂镍酸锂(Li_(2)NiO_(2),LNO)作为正极补锂添加剂,探究补锂技术对磷酸铁锂电池性能的影响及作用机制。通过对LNO的电化学性能、脱锂前后的结构组成与微观... 本工作采用正极磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)搭配高容量石墨掺硅负极体系,以商业化富锂镍酸锂(Li_(2)NiO_(2),LNO)作为正极补锂添加剂,探究补锂技术对磷酸铁锂电池性能的影响及作用机制。通过对LNO的电化学性能、脱锂前后的结构组成与微观形貌变化进行测试与分析,发现LNO的不可逆容量可达212.1 mAh/g,而且脱锂后的LNO主要以仍具活性的Li_(0.63)Ni_(1.02)O_(2)形式存在。然后,将一定量的LNO添加至LFP正极浆料中制作成32 Ah软包电池,并进行容量、倍率、电化学阻抗和循环寿命等性能的测试与研究。结果表明:与基准组相比,添加质量分数3%的LNO补锂剂可以显著提升磷酸铁锂电池的性能,补锂组的能量密度和循环寿命分别提高4.9%和50%。此外,结合三电极测试方法,阐明了补锂技术对循环性能提升的作用机制。添加过量的正极补锂剂可促使部分活性锂预存于负极侧,在循环过程中进行缓慢释放,确保长期稳定的锂损失补偿,从而改善锂离子电池的循环寿命。该研究有助于推动正极补锂技术在储能电池中的应用,不仅为高性能磷酸铁锂电池的设计与开发提供理论和实验依据,也为硅基负极材料的商业化应用奠定基础。 展开更多
关键词 磷酸铁锂电池 正极补锂添加剂 硅基负极 能量密度 循环寿命
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