大容量锂离子电容器用锂化硬炭负极

采用硬炭与锂源自放电这种简单的预锂化方法可使锂嵌入硬炭,而后以预锂化硬炭和活性炭分别为负极和正极组装了锂离子电容器,研究了负极预锂化时间对锂离子电容器比容量的影响,结果表明随着预锂化时间的延长,比容量先增大后减小,15 h为最适宜预锂化时间.经过15 h预锂化的锂离子电容器具有最高的能量密度(97.2 Wh·kg^-1)和功率密度(5 412 W·kg^-1)、最小的阻抗和良好的循环性能(1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后,能量保持率为91.2%).三电极数据表明锂离子电容器优异的电化学性能源于正负极材料各自处于合适的工作电压区间.     

锂-空气电池的高性能空气电极的性能研究

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧（LaNiO₃）催化剂,利用Super P作为催化剂载体制备了一种新型空气电极。实验结果表明,含有LaNiO₃催化剂的锂-空气电池具有良好的充放电性能,放电电压平台为2.59 V,放电容量达到1 109 mAh·g^-1。比较了2种碳材料（Super P和GNS）作为催化剂载体的空气电极对电池充放电性能的影响,发现多孔性的空气电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）中水含量的必要性。由Super P、LaNiO₃及水含量小于1×10^-5的电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）组装成的锂-空气电池具有良好的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。     

WS2纳米结构的构筑及其储能性能研究

针对市场对于高性能储锂、储钠负极材料的巨大需求和解决金属硫化物存在的关键制约问题，设计并开发了一系列纳米棒、纳米块和微米球等不同形貌和纳米结构的硫化钨，研究了形貌和石墨烯表面修饰对硫化钨储能性能的影响。研究结果表明：相比于WS₂纳米块和WS₂微米球，WS₂纳米棒比表面积更大、结晶性更好，展现了更好的储能性能。进一步通过冷冻干燥法，在WS₂纳米棒表面包裹上一层石墨烯，有效地提升了所制硫化钨的循环稳定性和倍率性能。在500 mA·g^-1下循环500圈，其储钠放电容量仍保持在65.9 mAh·g^-1，在1 000 mA·g^-1下循环500圈，其储锂放电容量可保持在288.3 mAh·g^-1。     

高库伦效率锂金属负极研究

锂金属兼具低电位和高比容量,是一种理想的高比能锂电池负极材料.由于锂金属几乎能与所有的电解液反应,并且充放电过程会不断暴露出高活性锂金属加剧副反应的发生,使得锂金属负极在循环过程中的库伦效率很低.为了提高锂金属负极在有限过量锂条件下的循环寿命,迫切需要改善锂负极的库伦效率.在本工作基于具有较高库伦效率的含醚电解液,通过...     

锂铝层状吸附剂超低品位卤水提锂冲洗和解吸过程

锂铝层状氢氧化物对Li⁺具有高吸附选择性,能够有效地从高镁锂比（质量比）盐湖卤水中进行锂资源提取,具有工艺简单、经济环保等特点。本文使用球形锂铝层状吸附剂GLDH作为吸附柱填充物,系统研究了流速、温度和Li⁺初始浓度对铝盐锂吸附剂盐湖提锂工艺中冲洗、解吸的影响。试验结果表明,低温快速冲洗能有效降低冲洗过程中的Li⁺损失率。当冲洗液中Li⁺的浓度为200mg/L,冲洗液以12.0BV/h的速度在0℃下通入吸附柱时,Li⁺损失率可降低到17.8%。在解吸过程中,高温、低速和低初始Li⁺浓度的条件有利于Li⁺从吸附剂中脱出。但鉴于吸附剂的循环稳定性,采用初始Li⁺浓度为300mg/L的解吸液以2BV/h的流速在40℃下对吸附柱进行解吸,3BV时停止解吸,此时锂解吸量可达3.76mg/g,解吸液中Li⁺的平均浓度为590.83mg/L,Mg/Li比仅为0.13,可有效实现镁锂分离和锂元素集浓。循环30个周期后吸附剂的吸附容量没有明显下降,表明锂铝层状吸附剂GLDH具有良好的循环稳定性。     

电化学提锂技术中电极材料和电极体系的研究进展

锂及其化合物具有广泛的应用前景，锂资源需求越来越大，因此，开发能实现高储量、低品位的（浓）海水/卤水锂资源高效提取的方法具有重要意义。近年来，电化学提锂技术因其高选择性、低能耗和环境友好等特点而成为研究热点。本文针对电化学提锂技术中锂吸附电极材料的选择/制备和电极体系构建两方面的研究进展进行了归纳分析。在锂吸附电极材料的选择/制备上，基于高锂离子选择性的LiFePO₄、LiMn₂O₄和LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂电极被逐渐开发应用。在电极体系构建上，与具有阴离子可逆交换性能的AgCl、ZnCl₂和聚吡咯对电极所构成的电极体系可避免副反应发生，能耗较低；不含其他对电极材料的“摇椅式”结构电极体系可降低电极成本，提高提锂效率。此外，指出了目前电化学提锂技术尚存在的不足，未来可从电极材料制备、提锂过程优化、装备设计三方面进行研究，以推进电化学提锂技术的发展与应用。     

锂离子电池负极材料磷酸钛锂研究进展

NASICON结构的磷酸钛锂[LiTi₂（PO₄）₃]作为新型的锂离子电池负极材料,具有环境友好、循环性能好、优异的热稳定性等优点,被认为是最具有应用前景的负极材料。LiTi₂（PO₄）₃具有138 mA·h/g的理论容量和2.5 V的平稳放电平台,但是LiTi₂（PO₄）₃电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺点限制了其实际应用。因此,针对以上缺点,众多研究者通过对LiTi₂（PO₄）₃进行改性,极大地提高其电子电导率和锂离子扩散系数。简单介绍了LiTi₂（PO₄）₃的结构与性能,主要从制备方法和改性方法两方面综述了近年来的研究进展,并指出了LiTi₂（PO₄）₃材料目前研究存在的问题,展望了未来的应用前景。     

具有优异锂存储性能的蛋黄蛋壳结构FeS2@CFs薄膜电极

利用简单的静电纺丝结合刻蚀和硫化策略获得了FeS₂@碳纤维（FeS₂@CFs）薄膜电极,每个独特的蛋黄蛋壳结构单元与全方位三维碳纤维导电网络之间的协同效应赋予了电极材料优异的锂存储性能。作为锂离子电池负极材料时,在5 A·g^-1的大电流密度下容量仍能保持在415.4 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1的电流密度下经过循环400圈的循环之后可逆容量约为977.9 mAh·g^-1。更重要的是,前驱体材料具有很广泛的扩展性,这可为柔性薄膜电极材料的制备提供一种设计思路。     

锂离子在三维骨架复合锂金属负极中的沉积规律

锂金属具有极高的理论比容量和极低的氧化还原电极电势，成为了新一代高比能二次电池最理想的负极材料。然而，锂金属负极其走向大规模应用仍存在诸多问题与挑战。三维骨架复合负极可以控制金属锂均匀形核，低电流密度下均匀沉积，有望推动锂金属负极的实用化。为了更高效地指导锂金属负极设计和优化，采用相场理论，对三维骨架锂金属负极中比表面积对金属锂沉积过程的作用机制进行了定量分析和探究，发现了比表面积调控金属锂沉积的两阶段作用机理，并提出了基于比表面积参数的三维骨架负极设计与优化方向，从而最大程度发挥三维骨架在调控稳定金属锂负极上的积极作用。     

锂金属电池用复合固体电解质及其界面研究进展

相比于液态锂电池,固态锂金属电池由于电解质不易燃、不挥发而具有更高的安全性。此外,固态电解质能够有效抑制锂枝晶的生长,使基于高能量密度的锂金属作为负极材料成为可能。但是,固态锂金属电池存在着界面阻抗大、固体电解质/电极兼容性差、电解质离子电导率低及电化学窗口较窄等问题。因此,开发高性能的柔性固体电解质对推动固态锂金属电池的发展起着重要作用。本工作总结了固态锂金属电池中聚合物与不同类型填料复合最新研究进展及复合固体电解质匹配电极材料时存在的界面阻抗大问题与解决策略。     

原位构建富氟SEI的凝胶电解质用于金属锂二次电池

以六氟磷酸锂（LiPF₆）为四氢呋喃的聚合引发剂制备凝胶电解质,同时作为氟源在金属锂负极表面原位构建富含LiF的固态电解质界面层（solid electrolyte interface,SEI）来抑制锂枝晶的生长以及金属锂/电解液之间的副反应。所制备的凝胶电解质具有较高的室温离子电导率（1.33 mS·cm^-1）和较宽的电化学稳定窗口（4.5 V）。原位聚合方式组装金属锂对称电池循环后,锂负极表面没有明显的锂枝晶和被损毁的形貌出现;XPS结果表明锂负极表面生成了富含LiF的SEI。组装的LiFePO₄全电池在1 C的电流密度下,稳定循环400周后仍保持118.7 mAh·g^-1的放电比容量。得益于四氢呋喃在开环聚合反应过程中,促进了LiPF₆分解反应平衡的正向移动,在锂负极表面形成稳定的富含LiF的SEI,能够抑制锂枝晶的生长并防止其被持续性的腐蚀破坏。     

钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。     

凹凸棒石在锂金属电池负极保护中的应用EI北大核心CSCD

锂金属电池因能量密度高被认为是极具发展潜力的储能电池之一。然而锂金属负极上锂枝晶的生长会导致容量衰减甚至安全问题。为此,将凹凸棒石负载至纤维膜上应用于锂金属电池的负极保护,组装成对称电池及磷酸铁锂全电池进行电化学测试。结果表明:添加凹凸棒石的纤维膜可有效抑制锂枝晶的生长,其对称电池在沉积容量为1 mA·h/cm^(2)、电流密度为2 mA/cm^(2)下循环500 h时极化电压仅为83.2 mV,1 C倍率下加入凹凸棒石纤维膜的全电池循环1000圈后放电比容量仍有84.92 mA·h/g。综上,凹凸棒石对锂枝晶有抑制作用,为锂金属电池负极保护提供了新思路。     

原位构建富氟SEI的凝胶电解质用于金属锂二次电池

以六氟磷酸锂（LiPF₆）为四氢呋喃的聚合引发剂制备凝胶电解质,同时作为氟源在金属锂负极表面原位构建富含LiF的固态电解质界面层（solid electrolyte interface,SEI）来抑制锂枝晶的生长以及金属锂/电解液之间的副反应。所制备的凝胶电解质具有较高的室温离子电导率（1.33 mS·cm^-1）和较宽的电化学稳定窗口（4.5 V）。原位聚合方式组装金属锂对称电池循环后,锂负极表面没有明显的锂枝晶和被损毁的形貌出现;XPS结果表明锂负极表面生成了富含LiF的SEI。组装的LiFePO₄全电池在1 C的电流密度下,稳定循环400周后仍保持118.7 mAh·g^-1的放电比容量。得益于四氢呋喃在开环聚合反应过程中,促进了LiPF₆分解反应平衡的正向移动,在锂负极表面形成稳定的富含LiF的SEI,能够抑制锂枝晶的生长并防止其被持续性的腐蚀破坏。     

Fe2C和氮共掺杂的具有有序孔道结构碳膜用于锂硫电池正极

利用定向冷冻-碳化法制备了Fe₂C、氮共掺杂的碳膜（Fe₂C/N-C）作为一体化电极用于锂硫电池。由于其兼具规则的导电网络和连通的离子扩散通道,可有效缓解活性物质硫及放电终端产物导电性差的问题,且孔道结构亦可有效缓冲充放电过程活性物质的体积膨胀效应。该膜结构有利于电子传递和锂离子扩散,掺杂的Fe₂C纳米颗粒对多硫化锂具有较强的吸附作用以及向放电终端产物转化的催化作用,有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”,提高硫利用率,显著提升电池的综合性能和循环稳定性。Fe₂C/N-C电极在载流量1.1 mg·cm^-2、1.0 C电流密度下循环100圈后得到833.0 mA·h·g^-1的比容量、99.3%的库仑效率、每圈容量衰减率低至0.02%,在较高载硫量3.8 mg·cm^-2时,0.2 C下循环100圈仍能取得714.3 mA·h·g^-1的比容量。     

Li+电池固态聚合物电解质研究进展

固态聚合物电解质具有高安全性、高成膜性和黏弹性等优点，并与电极具有良好的接触性和相容性，是实现高安全性和高能量密度固态Li⁺电池的重要电解质体系。然而聚合物电解质室温离子电导率较低（10^-8~10^-6 S·cm^-1），不能满足固态聚合物电池在常温运行的需求。因此，在提高离子电导率、机械强度和电化学稳定性等本征属性的基础上，同时探究改善电解质/电极的界面处及电极内部的离子输运是研发固态聚合物Li⁺电池面临的关键问题。主要从改性聚合物电解质用以提高Li⁺电池电化学性能的角度出发，综述了凝胶聚合物电解质、全固态聚合物电解质和复合固态电解质中的离子输运机制及其关键参数，总结了近年来聚合物电解质的最新研究进展和未来的发展方向。     

二次电池中金属锂负极沉脱机理研究进展

金属锂负极是下一代高比能二次电池备受关注的负极材料,以金属锂为负极的锂金属电池具备极高的理论能量密度,但其仍存在充放电循环效率低、电池寿命短等问题。要实现高能量密度高安全性的锂金属电池的合理设计和优化,需要对金属锂负极中锂金属沉积脱出过程的离子输运、电子输运、界面反应等机制机理有清晰的认识。本文针对金属锂负极中存在的枝晶生长、死锂形成、固体电解质界面膜作用等机理问题,综述了研究者们在其沉脱机理的模型与理论计算、实验研究等方面做出的诸多研究进展,为锂金属电池的合理设计提供了更全面的机理认识。     

卤离子调控的镍钴基电极材料生长及电容影响研究

超级电容器是很有发展潜力的电化学储能器件,其性能主要取决于电极材料。利用水热法,通过改变加入的卤离子（F^-、Cl^-、Br^-）种类,可以简便地对镍钴（NiCo）基超级电容器电极材料的形貌、物相以及化学组成进行调控。由X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等表征结果可知,F^- 诱导生成纳米片支撑纳米线阵列,成分为稳定的NiCo LDH结构;Cl^-/Br^- 诱导生成纳米线,成分为碱式碳酸钴。从电化学测试结果可知,形貌和晶型对电化学性能有显著的影响。其中Cl^- 调控的电极在120 ℃下反应3 h时,其形貌为纳米线,晶型偏向无定形,此时性能最优;在2 mA/cm²电流密度下不仅具有最大的面积比电容2 940 mF/cm²,且该电极与负极活性炭组装的器件具有1.8 V的大电压窗口和优异的循环稳定性。     

基于非线性动力学的锂沉积形貌模拟与预测

金属锂具有极高的理论能量密度，是新一代锂电池中最有潜力的负极材料之一。金属锂沉积时容易形成枝晶，极大影响了锂金属电池的安全性与使用寿命。但由于金属锂性质活泼，缺乏锂电极/电解液界面原位表征方法，锂枝晶生长机制尚不明确。通过有限元方法，基于非线性电极过程动力学，以三次电流模型定量研究了电极/电解液界面行为，并分析不同过程参数对表面电流的影响。结果表明，电极/电解质界面的浓度、电场差异是枝晶生长的主要原因，更大的扩散系数有利于提高界面浓度均匀性，更小的交换电流密度有利于减弱界面反应的敏感性。存在电化学极化区间是均匀沉积的必要条件，电化学极化区间越宽，均匀沉积操作窗口越宽。通过极化曲线可以判断体系是否具有均匀沉积的倾向。加深了对锂电极/电解液界面的电沉积过程的理解，对锂负极保护研究具有指导性意义。     

多级结构MoS2/C复合材料的储锂性能

利用二硫化钼和葡萄糖为原料,采用一锅乙醇/水复合溶剂热-后热处理法制备了绣球花状结构MoS₂/C复合材料。考查了乙醇/水复合溶剂的合理组成和MoS₂/C复合材料中碳的合理含量,分别采用SEM和TEM表征了MoS₂/C材料的形貌结构,通过TGA测试和计算了材料中的碳含量。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了MoS₂/C复合电极的电化学性能。结果表明,MoS₂/C复合材料拥有多级花球状结构,缓解了MoS₂的团聚,使电极材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当V（乙醇）：V（水）为1：2,碳含量为50%时,MoS₂/C复合电极在200 mA·g^-1的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量达到762 mA·h·g^-1。