一种能够抑制锂枝晶的锂金属电池电解液润湿性添加剂

将氟代有机溶剂2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯(TFPMA)作为双功能添加剂引入碳酸酯电解液体系,考察了TFPMA质量分数对增大润湿性的影响.采用交流阻抗、恒流充放电等测试了添加TFPMA后的锂金属电池性能.采用SEM和XPS表征了循环后的锂金属电极表面.结果表明,1.0％(质量分数,下同)TFPMA的添加使电解液与隔膜间的接触角从54°降至44°,内阻从6.15Ω降至1.94Ω,Li-LiFePO4电池在5 C电流密度下的比容量从66 mA·h/g提升至80 mA·h/g,1 C电流密度下的恒电流循环在100圈时还保持99％以上的库仑效率.TFPMA还促进了Li+的均匀沉积和优良固体电解质界面膜的形成,抑制了锂枝晶,电解液添加了1.0％TFPMA后,Li-Cu电池可以循环100圈以上,而库仑效率没有发生较大下降.循环后电极的SEM图表明,添加了1.0％TFPMA电解液的锂金属负极表面沉积更加平整,有较少的锂枝晶生成.     

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。     

锂硫电池的动力学调控策略

锂硫(Li-S)电池因其超高的理论能量密度(2600 Wh·kg^-1)有望成为下一代高能量密度电池的候选者之一。然而,它存在硫利用率低、容量衰减快以及多硫化锂(LiPSs)发生“流失效应”等问题,这使得Li-S电池反应动力学缓慢,严重限制了其实际应用。物理限制、化学吸附等方法可以加速硫、LiPSs和Li2S之间的氧化还原反应,减少LiPSs的流失,加速动力学过程,使电池具有高能量密度和长循环稳定性。基于整体电化学反应过程,对近些年使用的材料如何促进动力学进程、阻止LiPSs的流失,以及相应策略的评价进行了综述,以指导提升电池动力学性能的合理设计和Li-S电池的实际应用。     

锂金属负极中人工固体电解质间相保护膜研究进展

介绍了锂电池的发展,锂金属电池的优势及面临的挑战,即锂金属电池存在循环稳定性差和枝晶生长的问题。对此,可以在锂负极表面构建一种人工固体电解质间相（SEI）保护膜。叙述了SEI保护膜的形成、研究方向和负极材料所具备的条件,讨论了锂金属负极电池发展方向,认为锂金属负极电池的需要在基础研究、材料开发和电池工程等方面付出更多的努力。     

锂硫电池中的催化应用

锂硫电池以其高理论比容量、环境友好和低成本等优点成为理想的下一代高能量密度储能装置。但活性材料的绝缘特性、多硫化物的穿梭效应和硫物种缓慢的动力学转化过程,导致电池性能持续衰减,是目前阻碍锂硫电池商业化发展的关键。利用催化材料加速硫物种转化,研究催化氧化还原动力学,从而实现高性能锂硫电池的开发、认知硫物种微观转化机制,是近年来受到广泛关注的研究热点。本综述从理解多硫化物产生、转化和硫化锂沉积等角度入手,讨论了锂硫化学中的催化转化特点,综述了近年来锂硫电池催化材料的研究进展,评述了催化剂的设计策略与评价方法,可为高活性锂硫电池催化剂材料提供一定的借鉴。     

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。     

选择性电渗析镁锂分离过程模拟优化

选择性电渗析(selective electrodialysis,S-ED)技术是目前实现高镁锂比卤水锂资源提取的有效手段。通过建立一种二维传质稳态模型,以离子通量分布为研究对象,探究体系离子强度、外加电压和通道流速对镁锂分离的影响。结果表明：体系离子强度和通道流速的增大与外加电压的减小均对镁锂分离具有促进作用。在体系离子强度为1378 mol/m³,外加电压值为0.8 V,通道流速为5.7 cm/s的条件下,锂镁分离系数为2.31。研究结果可为推广S-ED过程数值模拟提供理论指导和数据参考。     

锂金属电池发展及材料分析

随着人们对锂电池续航要求不断提高,开发新体系的锂电池成为研究的热点。锂金属电池凭借着较高的比能量,吸引着众多的关注。但是由于存在正极材料克容量和稳定性不足、固态电解质材料界面阻抗大以及锂金属负极膨胀等各方面的限制,导致目前锂金属电池距离大规模应用仍有一段距离。本文从常用的正极材料、锂金属负极材料以及固态电解质材料出发,论证分析了各个材料目前的技术进展,并评估了各个材料的发展前景。     

废旧锂离子电池回收稀有金属锂的研究进展和展望EI北大核心CSCD

随着新能源汽车的迅速发展,锂离子电池(LiBs)需求不断增加,大量废旧LiBs对环境造成污染,同时面临着锂资源供给不足的风险,回收废LiBs中稀有金属锂成为目前研究的热点。有效的电池回收不仅可以缓解资源短缺、实现资源利用,更重要的是可以减少环境污染,推动行业可持续发展。为实现废旧LiBs中锂金属的高效回收,通过优先提取及分步分离的方式回收锂工艺受到研究者的广泛关注。本文对废旧LiBs回收现状及方法进行了阐述,讨论了火法冶金、湿法冶金、生物冶金及电化学法在选择性回收锂工艺上的最新研究进展,详细分析了电极-电场驱动与膜-电渗析技术在选择性回收锂领域的技术优势,同时归纳了各回收工艺的优缺点,并结合经济效益和环境影响对锂回收所面临的问题进行了总结分析。最后,对LiBs回收利用面临的挑战和局限性进行总结,并对未来LiBs回收的发展趋势进行了展望,为研发更加节能环保高效的回收工艺提供参考。     

Morphology prediction of lithium plating by finite element modeling and simulations based on non-linear kinetics

Lithium metal has a very high theoretical energy density and is one of the most promising anode materials for a new generation of lithium batteries. It is easy to form dendrites during the deposition of lithium metal, which greatly affects the safety and service life of lithium metal batteries. Mechanism of dendrite propagation in lithium metal batteries (LMB) is still to be fundamentally described. Herein, we studied the effects of electrochemical parameters on the behavior of lithium plating at the electrode/electrolyte interface using a tertiary current model by finite-element methods. The results show that dendrite growth is intrinsically influenced by differences in concentration and potential. A higher diffusion coefficient (D_e) of Li ion in electrolyte is effective to improve uniformity of local concentration and a smaller exchange current density (i⁰) is essential for reducing sensitivity of interface reaction. Activation polarization is beneficial for uniform plating of lithium. Thus, the polarization curve is extremely important to determine whether lithium deposits uniformly or not. This work results in a new understanding of principles for dendrite growth, and is expected to lead to new insights on strategies for dendrite suppression.     

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。     

Strength prediction of bonded single lap joints by non-linear finite element methods

A non-linear finite element technique has been used to predict the mode of failure and failure load of single lap joints made from three aluminium alloys and four epoxy adhesives, and the results compared with those obtained from experiment and closed-form analyses. The finite element program used was able to account for the large displacement rotations that occur in a single lap joint under load, and allowed the effects of elasto-plasticity in both the adhesive and adherends to be modelled. A failure criterion based on the uniaxial tensile properties of the adhesive was used: for two untoughened adhesives a maximum stress criterion was found to be appropriate while for two toughened adhesives a maximum strain criterion was employed.     

基于ASME大型球罐有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对4000 m³大型球罐进行整体建模, 对其在不同操作工况下进行应力分析。同时研究球罐模型的建模方法、各种载荷的施加方法, 并采用ASME规范对球罐支柱和球壳连接处等多个部位进行应力评定, 总结出完整的应力分析方法, 从而为球罐的结构设计提供指导。经计算, 组合工况, 自重+设计压力+25%风载荷+地震载荷应力结果最大, 球壳上最大应力点发生在支柱与球壳连接处的最高点。球罐的最大应力值发生在支撑和球壳的连接部位, 说明支撑与球壳的连接处是薄弱点, 设计时应给予关注, 增加支柱与球壳连接长度能有效降低应力集中水平。     

Preparation of polymer electrolytes based on the polymerized imidazolium ionic liquid and their applications in lithium batteries

The polymer electrolytes based on a polymerized ionic liquid (PIL) as polymer host and containing 1,2‐dimethyl‐3‐butylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (BMMIM‐TFSI) ionic liquid, lithium TFSI salt, and nanosilica are prepared. The PIL electrolyte presents a high ionic conductivity, and it is 1.07 × 10^?3 S cm^?1 at 60°C, when the BMMIM‐TFSI content reaches 60% (the weight ratio of BMMIM‐TFSI/PIL). Furthermore, the electrolyte exhibits wide electrochemical stability window and good lithium stripping/plating performance. Preliminary battery tests show that Li/LiFePO₄ cells with the PIL electrolytes are capable to deliver above 146 mAh g^?1 at 60°C with very good capacity retention. © 2014 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2014 , 131, 40928.     

Fe粉表面化学镀Ni-P的热力学与动力学

为了改善粉末的表面性状、提高其耐腐蚀及耐磨损性能、降低烧结温度,文中用化学镀法在Fe粉表面包覆了低熔点的Ni-P合金镀层.为了更好地控制粉体化学镀的沉积速率及探讨其沉积机制,引入电化学Bockris方程式、用称量法测定Fe粉表面镀层的沉积量,根据热力学基本方程式求得了热力学函数ΔG㈠dep,ΔS㈠dep,ΔH㈠dep,...     

固态金属锂电池研究进展：外部压力和内部应力的影响

固态锂金属电池具有理论能量密度高、安全性高等优势,是极有前景的下一代储能系统。然而,固体电极与固体电解质之间有限的固–固接触严重阻碍了界面离子的传输。因此,增加外部压力是增加固–固接触及延长电池循环寿命的重要途径。同时,在充放电过程中,电极体积变化产生的内应力也将影响电池界面特性。通过介绍两种基本物理接触模型,结合硫化物、氧化物、聚合物电解质以及金属锂的物理性质,综述了外压和内部应力对电解质、电极及电池的影响。最后,对外压力与内应力在全固态金属锂电池中的作用进行了总结和展望。     

基于简单碰撞理论化学反应动力学数值模拟

寻找合适和有效的数值模拟方法,对于越来越复杂的化学反应动力学研究有着重要的意义.以简单碰撞理论(SCT)模型为出发点,可以得到一种准确有效的化学动力学方程的数值求解方法.基于SCT的化学反应动力学数值模拟方法编程方便简单,具有较高的精度,与化学动力学过程机理相似,能体现化学动力学的过程.使用该方法对n级简单反应、连续反...     

基于离散元方法的金属粉末铺粉动力学研究

增材制造技术在航空航天、医疗技术及运输和能源中的应用得到快速增长,其常用方式之一是基于粉末加工。该技术主要瓶颈之一往往与铺粉过程形成的粉层质量有关,颗粒动力学机制尚不清楚,且受铺粉装置的类型和颗粒的黏附性影响很大。本工作基于实验测量和表征的单个颗粒的真实物理和力学参数,采用离散元方法对增材制造常用气雾化金属粉末的铺粉过程进行了数值模拟分析,比较了刮刀和辊子两种铺粉装置中粉堆内颗粒速度和轨迹及最终铺粉层的质量,并分析了这些参数对颗粒黏附表面能的敏感程度。结果表明,相比于刮刀铺粉,在辊子铺粉过程中,由于辊子旋转运动的作用,粉堆内部存在多条拱形速度带和颗粒对流,且在形成铺粉层之前,颗粒需要经历爬坡上升和下坡滑落两个过程,运动轨迹更长。另外,两种铺粉装置中铺粉层颗粒总体积均随颗粒表面能的增加而降低,但与刮刀铺粉相比,辊子铺粉中铺粉层颗粒总体积小,且对颗粒表面能更加敏感。铺粉装置类型和颗粒黏附性对铺粉层质量的影响可以归因为铺粉层的形成机制,即颗粒从粉堆中进入铺粉间隙的难易程度及铺粉间隙中刮刀或辊子对颗粒的拖曳作用。     

The kinetics modeling and reactor simulation of propylene chlorination reaction process

The kinetics experiments of fast reaction process of propylene chlorination at low temperature (30–90°C) and high temperature (420–480°C) are respectively conducted, and the corresponding reaction mechanisms and kinetics models are proposed. The radical mechanism at high temperature and the molecular mechanism at low temperature are found to be most likely with the experimental results. Specifically, the kinetics model, firstly considering the reversible reaction step of forming C₃H₆Cl · and direct hydrogen abstraction of forming C₃H₅ · , shows better agreement with the experimental data. Furthermore, the critical reaction temperature T_critical is firstly proposed to determine the dominant reaction mechanism in different conditions, and correspondingly the combination method of the high-temperature and low-temperature kinetics models has been adopted for tubular reactor simulation, which can reasonably reflect the influence of wide variation range of temperature in the reactor and guide the industrial reactor design in the further work.