锂离子电池硅基负极黏结剂研究进展

硅在自然界中储量丰富,其理论比容量高达4 200 mA∙h/g,已成为高能量密度锂离子电池负极材料的研究热点。但是Si作为负极材料也存在许多不足,最大的问题是电池充放电过程中,硅体积膨胀（高达300%）,导致Si基负极材料粉化脱落、电池容量迅速衰减,其循环性能尚难以满足实际需求。通过研究开发硅基负极专用黏结剂材料,可以有效抑制循环过程中硅的体积变化,维持硅负极结构稳定,提升电池循环性能。本文综述了近年来硅基负极黏结剂材料的研究进展,主要从合成高分子聚合物黏结剂、天然高分子聚合物黏结剂、导电高分子聚合物黏结剂三个方面进行详细归纳总结,并介绍了本课题组在硅基负极黏结剂方面的部分研究成果,期望能为将来的硅基负极专用黏结剂的研究和应用提供一些思路。     

一种分散在多孔碳上的碳包覆硅负极的制备及应用

硅负极具有高比容量的显著优势,其理论比容量（4 200 mA∙h/g）达到传统石墨负极的10倍以上,被认为是锂离子电池最有潜力的负极之一。然而,硅负极存在导电性较差、充放电过程中体积膨胀巨大等诸多问题,导致其循环性能较差,限制了大规模实际应用。本文提供了一种高性能硅负极的制备方法及应用,通过将硅负极分散在多级孔碳中,连同黏结剂聚丙烯腈涂覆在集流体上,再对极片进行热处理实现聚丙烯腈碳包覆,有效提高电极的整体导电性并能为巨大的体积变化提供空间,从而提升硅负极的大倍率性能和循环稳定性。     

谷氨酸及其衍生物在304不锈钢表面的自组装膜

采用电化学阻抗谱、极化曲线、量子化学和分子动力学,研究了谷氨酸、焦谷氨酰胺、焦谷氨酸三种自组装膜在0.5 mol/L硫酸溶液中对304不锈钢的缓蚀性能.结果表明,三种缓蚀剂均为阴极型缓蚀剂,对不锈钢具有较好的缓蚀作用;在0.02 mol/L的浓度下,随着组装时间的延长,自组装膜对不锈钢的缓蚀效率也相应增强.它们的缓蚀能力与理论EHOMO越高、能量间隙△E越低.自组装分子成键能力越强、缓蚀效率越高相一致.三种缓蚀剂分子中的氮原子、氧原子可以与铁原子形成化学键,发生化学吸附.缓蚀能力依次为:焦谷氨酸＞焦谷氨酰胺＞谷氨酸.     

ZnF2包覆对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的性能影响

本文用溶胶凝胶法制备了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,然后用ZnF2对其进行表面包覆。XRD测试表明,包覆处理没有影响材料的晶体结构,EDS、SEM和TEM测试表明,2wt%ZnF2在LiNi0.5Mn1.5O4表面形成了约7 nm厚的均匀包覆层。对未包覆、1wt%、2wt%、3wt%包覆后的材料进行电化学性能测试对比,发现包覆后都能减弱电解液与基体间的相互作用,较大地稳定电极表面,提高了材料的电化学性能。其中,2wt%ZnF2包覆样品表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109 mAh/g,容量保持率为79.7%;在10 C时,放电比容量依然高达102.1 mAh/g;5 C高倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 mAh/g,容量保持率为85.6%。     

自组装席夫碱缓蚀膜在油田水中对碳钢的缓蚀行为

碳钢表面自组装邻氧乙酸苯甲醛缩间氨基苯甲酸二钾席夫碱(K_2L2)缓蚀膜。采用极化曲线、电化学阻抗谱和扫描电镜研究了自组装缓蚀膜在模拟实际工作环境中对碳钢的缓蚀性能。结果表明:矿化度、温度、pH、流动状态和H_2S含量对自组装缓蚀膜在CO_2饱和油田水中的缓蚀性能具有一定的影响,但仍有较高的缓蚀率,当油田水中H_2S质量分数为200mg/L时,缓蚀率达到80.0%。     

LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的γ-Al2O3包覆及其性能

以氢氧化铝溶胶为前驱体在LiNi0.5 Mn1.5 O4正极材料表面制备尖晶石结构γ-Al2 O3包覆层,借助XRD、SEM、TEM及电化学方法对电极材料的主要性能进行了研究。结果表明：LiNi0.5 Mn1.5 O4表面γ-Al2 O3包覆层形成条件为600℃下煅烧0.5 h,较佳包覆量约为3％（摩尔比）;γ-Al2 O3包覆层形貌完整,厚度约为5～10 nm,（311）晶面间距约0.24 nm;γ-Al2O3包覆的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料30周充放电循环（0.2 C）后的比容量为112.1 mAh／g,4 C倍率下的比容量为82.0 mAh／g,容量保持率较基体分别提高了约10％和17.2％。因此,γ-Al2 O3包覆层减小了LiNi0.5 Mn1.5 O4与电解液的接触,有效抑制了基体与电解液之间的副反应,其电化学反应可逆性、循环稳定性及倍率性能得到了提高,有望用作动力锂离子电池正极材料。     

太阳能电池有机电子传输材料研究新进展

当今能源危机问题日益紧迫,以太阳能为代表的新能源开发成为研究热点。有机半导体材料具有成本低廉、可塑性强、性能优异等特点,因此在太阳能电池领域中具有极大的应用前景。研发性能优异、成本低、稳定性高的有机电子传输材料是太阳能电池研究领域的重要内容。总结了近年来有机电子传输材料的研究进展和发展方向,按照其分子结构分为富勒烯衍生物、大π共轭体系、非π体系、改性材料、碳纳米材料等5类体系,分别介绍了其结构特性,讨论了其在太阳能电池应用中存在的问题及解决方法,综述了该领域的最新研究成果,最后总结了开发新型高效的有机电子传输材料的研究方向。     

电活性双酚A的合成及其锂离子电池防过充性能研究

对双酚A进行结构修饰,经甲醚化、氰基取代,设计合成了2,2-双-(4-(β-氰基乙氧基)苯基)丙烷（DBDCN）、2-(4-(β-氰基乙氧基)苯基)-2'-(4-甲氧基苯基)丙烷（DBMCN）和2,2-双-(4-甲氧基苯基)丙烷（DBMB）,将三种化合物作为锂离子电池的防过充添加剂开展研究。在锂离子电池电解液1 mol/L LiPF₆/[碳酸乙烯酯（EC）+ 碳酸二乙酯（DEC） + 碳酸甲乙酯（EMC） （1∶1∶1,体积比）]中分别添加0.1 mol/L的DBDCN、DBMB和DBMCN,采用循环伏安、过充测试、电化学阻抗、恒流充放电和扫描电子显微镜等手段研究DBDCN、DBMB和DBMCN的防过充性能,并探讨添加剂与正极材料LiFePO₄的相容性。这些化合物的氧化还原电位均为4.1 V,显著提高了电池的过充保护。100%过充测试和5 V截止电压测试结果表明,DBMB的防过充性能明显优于DBDCN和DBMCN。以0.5 C倍率电流循环100圈,基础电解液和分别添加0.1 M DBDCN、DBMB、DBMCN的电池放电比容量分别为134.5 mA∙h/g、135.3 mA∙h/g、132.8 mA∙h/g和127.0 mA∙h/g,容量保持率分别为87.7%、87.0%、89.5%和84.3%。结果表明,DBMB对电池防过充作用最明显。     

三维石墨烯包覆的硫掺杂碳负载二硫化硒复合材料的制备及其储锂性能研究

二硫化硒（SeS₂）作为储锂的正极材料,具有硒和硫以外的独特优势。采用硫掺杂介孔碳（sulfur-doped mesoporous carbon, SMC）负载SeS₂,然后用三维石墨烯（three-dimensional grapheme, 3DG）对其进行包覆,制备了双重限定的SeS₂基正极结构。通过透射电子显微镜（transmission electron microscope, TEM）,扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）以及X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）对所制备的3DG-SMC-SeS₂纳米复合材料的形态和结构进行表征。结果显示,SeS₂均匀地分布在SMC基体的介孔通道中,3DG良好地包裹SMC-SeS₂复合材料。受益于SeS₂不可或缺的优势和独特设计的主体构架,3DG-SMC-SeS₂正极表现出极好的循环性能和优异的高倍率性能。这种新型SeS₂基正极材料为克服目前锂硫电池的主要瓶颈提供了一种可行的策略。     

铜锌锡硫光电转换材料性能及溶液 化学制备方法研究

铜锌锡硫（CZTS）具有资源丰富、环境友好、理论光电转换效率高等优点,是理想的薄膜太阳能电池光吸收材料。介绍了CZTS晶体结构和光电转换性能。综述了溶胶-凝胶前驱体法、溶剂（水）热法、热注入法、电沉积法、溶液法等溶液化学方法在CZTS材料制备及其薄膜太阳能电池的研究进展,讨论了目前存在的问题,并指出今后的研究方向。