高导电性热电池正极材料Ni-NiCl2复合物的原位合成与放电性能研究

作为高电位化合物, NiCl₂是高功率热电池的理想正极材料, 但是其比表面积小、导电性差, 影响了其热电池的应用。采用升华和原位合成技术, 制备具有大比表面积和高导电性的热电池正极材料Ni-NiCl₂复合粉体: 首先将市售含结晶水的NiCl₂·6H₂O经过低温干燥处理, 脱水后形成黄色粉体, 然后在Ar气氛下, 经850~900℃进行升华处理, 将收集的升华粉体置于Ar+H₂还原气氛中, 300~500℃温度下还原热处理1 h, 得到Ni-NiCl₂复合粉体。论文讨论并分析了粉体的热力学、晶体结构、原位合成过程和初步的电化学性能。结果表明: 升华过程中, NiCl₂晶体沿着垂直于c轴的方向生长为直径200~300 µm的层状结构; 与纯NiCl₂作为正极材料的LiSi︱LiCl-LiBr-LiF︱NiCl₂热电池组的放电曲线相比, Ni-NiCl₂复合粉体(5wt%单质Ni)为正极材料的热电池放电曲线更加平稳, 激活时间更短。     

纳米富锂锰基正极材料的合成及性能研究

富锂层状氧化物材料具有较高的比容量,被认为是下一代先进锂离子电池正极材料。采用丙烯酸热聚合法和柠檬酸溶胶-凝胶法分别合成了纳米富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,并进行Mg²⁺掺杂改性。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪对制备的正极材料进行形貌和结构表征,并组装成纽扣电池进行充放电性能测试和电化学阻抗谱分析。结果表明,丙烯酸热聚合法合成的正极材料粒径均匀,结晶度更高;与未掺杂样品相比,掺杂Mg²⁺的正极材料首次库伦效率从67.66%提高到73.34%,循环性能显著改善。     

锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4的制备及电化学性能

为开发高能量密度的锂离子电池,补锂技术受到广泛的关注。以LiNO₃-LiOH混合锂盐为反应介质和锂源、纳米Fe₂O₃为铁源,通过熔盐法成功制备出正极补锂材料Li₅FeO₄,采用正交实验法优化Li₅FeO₄的合成工艺条件,讨论合成条件对材料电化学性能的影响。将Li₅FeO₄添加到LiFePO₄正极极片表面,并与石墨负极组装成全电池,研究其对全电池电化学性能的影响,以及降低锂离子电池初始容量损失的机制。结果表明,使用熔盐法可制备出纯度高、粒径小且电化学性能好的Li₅FeO₄正极补锂材料,在0.05 C倍率下具有672.8 mAh·g^-1的脱锂比容量;当添加2.8%(质量分数)的Li₅FeO₄(基于活性物质质量的占比),LiFePO₄/石墨全电池...     

双盐镁电池CoS2正极材料的电化学性能研究

镁金属电池因为镁金属负极的高体积比容量(3833 mAh/cm³)和高安全性而日益受到关注。然而, Mg²⁺引起的极化效应抑制了Mg²⁺在固相中的扩散, 限制了镁金属电池的比容量。锂镁双盐电解液利用Li⁺代替Mg²⁺驱动正极反应, 能够绕开Mg²⁺在固相中扩散缓慢的问题。本工作研究了过渡金属硫化物CoS₂在不同锂镁混合电解液中的电化学性能, 并分析了锂盐浓度和充放电电压区间对其转换反应和循环稳定性的影响。添加锂盐的策略提高了CoS₂基镁金属电池的转换反应动力学, 当充电电位提高至2.75 V时, Mg-CoS₂电池在LiCl-APC电解液中的循环稳定性得到显著提高, 在循环150次后, 其比容量仍能维持在275 mAh/g, 远高于在2.0 V截止电压条件下的33 mAh/g。电池容量衰减与CoS₂正极在2.0 V充电电位下Co₃S₄的不可逆生成有关, 其长期循环中伴随的Co和S元素溶解加剧了容量的不可逆损失。本工作为过渡金属硫族化合物在转换反应型镁电池中的应用提供了一种激活策略。     

不同正极材料及电池安全性能

采用差示扫描量热仪(DSC)分析了不同正极材料LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂和LiNi_0.55Co_0.1Mn_0.35O₂的热稳定性,结果表明,LiNi_0.55Co_0.1Mn_0.35O₂具有更好的热稳定性,说明镍含量越高,正极材料的热稳定性越差。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别表征了DSC测试后两种正极材料的形貌和结构变化。其中LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂材料经高温加热后其颗粒明显破碎,XRD结果表明正极材料在高温加热时发生了分解,产生了镍的氧化物。通过加速量热仪(ARC)测试电池热稳定性证明,正极材料的热稳定性差直接导致电池的热稳定性也较差。为了提高电池耐高温安全性能,必须选择热稳定性好的材料。     

一种新型廉价、环境友好、结构稳定且具有大离子通道的钾离子电池正极材料

得益于钾的地壳丰度及其与锂的化学相似性,钾离子电池有望应用于大规模储能领域.目前,钾离子电池的性能尚不能满足实用需求,主要原因在于缺乏合适的正极材料.基于硫酸根的强诱导效应和草酸体系制备亚铁化合物的优势,本文制备了一种新型廉价、环境友好且稳定的储钾正极材料K₄Fe₃(C₂O₄)₃(SO₄)₂.其独特的二维层状晶体结构具有3.379?的层间距,且层内具有4.576×6.846?的大环.根据第一性原理计算,该结构有利于钾离子的可逆迁移,且体积变化仅为6.4%.不同充放电态样品的同步辐射X射线吸收光谱和XRD、半电池以及全电池的电化学表征证实了其优异的电化学可逆性和结构稳定性.通过成分调控、掺杂、结构优化等策略,K₄Fe₃(C₂O₄)₃(SO₄)₂正极材料的电化学性能有望进一步提升.因此,本工作为廉价、环保的储钾正极材料提供了一种新的稳定晶体模型.     

碱式磷酸氢钴双功能电催化剂及其在可充电锌-空气电池中的应用

具有高效和长循环的空气正极对构建高性能的可充电锌-空气电池(ZABs)至关重要。在此,首次采用水油两相水热合成方法,成功制备了一种双功能氧电催化剂Co₃(OH)₂(HPO₄)₂(Co-OH-HPi)。研究表明：Co-OH-HPi电催化剂具有较大比表面积和Co (Ⅲ)活性位点,展示出优异的ORR/OER双功能电催化性能。将该材料作为空气正极组装成ZABs后,具有较小的双功能氧电催化剂电势间隙(ΔE=0.81 V),1.42 V的高开路电压,在10 mA·cm^-2电流密度下816 mAh·g_Zn^-1的大放电比容量和150 mW·cm^-2的高峰功率密度。该研究提供了一种新颖的策略来合成优异的双功能电催化剂并应用于先进的锌-空气电池。     

In2Se3/CuSe核壳结构微纳粉的合成及其喷涂热处理制备CuInSe2薄膜

分别采用超声微波溶剂热法、常压溶剂热法及高压溶剂热法制备In₂Se₃/CuSe粉体, 研究不同方法制备In₂Se₃/CuSe粉体的物相、形貌, 并利用涂覆-快速热处理法制作薄膜太阳电池吸收层。通过XRD、Raman、FESEM和TEM对样品的物相、形貌和组成进行了表征。结果表明: 超声微波溶剂热法和常压溶剂热法得到的产物是以In₂Se₃+CuSe混合相的形式存在, 高压溶剂热法合成的In₂Se₃/CuSe粉体则呈核壳结构, (以In₂Se₃为核, CuSe为壳)。涂覆-快速热处理法制备CIS薄膜的FESEM照片结果表明, 高压溶剂热法合成的In₂Se₃/CuSe更容易获得平整致密的薄膜。将该CIS薄膜直接用于电池器件的组装, 获得的光电性能参数: V_oc为50 mV, J_sc为8 mA/cm²。     

失效磷酸铁锂电池正极材料的理化性质

为实现失效磷酸铁锂(LiFePO₄)电池正极材料的回收和再利用,采用仪器分析和表征方法,研究LiFePO₄正极材料失效前、后的理化性质。结果表明：失效后LiFePO₄电池正极材料中含有大量的Fe、 P、 Ni,少量的Cu、 Co和微量的F元素,晶相结构未发生明显改变,Fe主要以Fe²⁺和Fe³⁺形式存在;LiFePO₄电池正极片失效后表面呈现不规则的波浪状缺陷和坑状凹陷;在失效过程中,LiFePO₄正极材料颗粒表面产生裂纹,破碎后形成的小颗粒变得黏连、杂乱和团聚,降低正极材料的电化学性能;失效后颗粒表面出现的约20 nm厚的PVDF膜结构影响颗粒表面的疏水性,降低浮选效率。     

非化学计量比调控高电压尖晶石正极材料电化学性能研究

用一种简单的方法制备了高性能的高电压尖晶石正极材料, 主要是调控正极材料中锂与过渡金属的摩尔比, 即通过Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂与Li₂CO₃进行高温固相反应制备了非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄和化学计量比的LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石型高电压正极材料。用扫描电子显微镜、X射线衍射、中子衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱以及循环伏安曲线对其形貌、晶体结构及元素价态和电化学性能进行了表征。研究发现, 非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄中由于金属离子随机分布于16 d位置, 所以Ni/Mn阳离子无序化程度更高。非化学计量比的高电压正极材料具有更为优异的倍率性能, 并且在400次循环后比容量保持率高达91.2%。同时, 原位X射线衍射测试结果表明, 在充放电过程中非化学计量比的高电压正极材料发生连续单一的相转变, 可以提高晶体结构的稳定性。因此, 非计量比的尖晶石Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料在高能量密度的锂离子电池中具有更广阔的应用前景。     

锂离子电池正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的研究进展

综述了近几年锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物LiCoxNiyMn1-x-yO2的研究进展，重点讨论了综合性能优异的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的电化学性能、结构、制备方法以及存在的不足，LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2与其它商业化正极材料相比具有高容量、热稳定性好、高倍率放电等诸多优异的性能，若能解决循环、存放等问题，将有望成为新一代锂离子电池正极材料。     

锂离子电池纳米正极材料的研究进展

综述了近年来纳米技术在锂离子电池正极材料中应用的最新进展,重点阐述了纳米LiCoO2、LiMn2O4及LiFePO4等正极材料的制备及其性能.纳米正极材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、共沉淀法、模板法及水热法等,电极材料的纳微米化对锂离子电池的电化学性能和循环性能的改善有着显著的意义.     

锂离子电池正极材料的研究进展

综述了近年来发展起来的一些锂离子电池正极材料 ,主要包括嵌锂的层状LixMO2 结构和尖晶石型LixM2 O4 结构的过渡金属氧化物 (M =Co、Ni、Mn、Cr等 )。重点介绍了锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物的性能、制备、结构以及改性方法等 ,并对纳米电极材料和其它正极材料的发展情况作了简介     

磷酸铁锂的液相合成及改性研究进展

橄榄石结构的LiFePO_4以其高比容量、低成本、环境友好、热稳定性良好等优点而成为一类最具发展前景的锂离子电池正极材料,但电导率和离子扩散率低是制约其在动力电池领域广泛应用的主要障碍.从材料制备和改性等方面综述了近年来国内外利用液相法合成LiFePO_4以及掺杂改性的研究状况,比较了水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法及掺杂对材料性能的影响,认为合成材料的形貌和粒径以及导电剂或少量金属离子的掺杂是提高LiFePO_4电导率的有效方法,指出今后的重点方向是合成工艺的改进和理论的继续深入研究.     

锂离子电池正极材料LiNi-x-yCoxMnyO2的研究现状

正极材料对锂离子电池的性能和价格具有决定性的作用，对正极材料的研究一直是锂离子电池研究中的热点。主要对一类新型正极材料LiNi-x-yCoxMnyO2的国内外研究现状进行了综述，并比较了不同合成方法对其电化学性能的影响，最后对这类正极材料的研究给予了展望。     

聚阴离子型锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3的研究进展

具有聚阴离子型结构的Li₃V₂(PO₄)₃正极材料凭借比容量高、结构稳定性好、工作电压高以及成本低的综合性优势受到了广泛的关注, 被众多专家学者视为下一代锂离子动力电池正极材料的理想之选. 本文对Li₃V₂(PO₄)₃材料的结构、电化学性质、制备方法、存在的问题和解决的方案进行了详细的综述. 同时对Li₃V₂(PO₄)₃正极材料的发展趋势进行了展望.     

锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展

LiFePO4因具有高的比容量、良好的循环性、环境友好等特点，成为目前最受关注的锂离子电池正极材料。概述了LiFePO4的结构和电化学性能，介绍了LiFePO4主要的几种制备方法，包括固相法、水热法、微波法。同时阐述了提高LiFePO4电化学性能所做的改性研究，并对该材料的发展方向进行了展望。     

锂离子电池正极材料LiFeO_2的研究进展

锂离子电池正极材料LiFeO_2资源丰富、价格低廉、污染小、理论比容量高,应用潜力大。但LiFeO_2结构类型多、电化学行为独特,合成方法对其结构性能影响大。综述了近年来国内外LiFeO_2化合物的研究进展,阐述了不同类型LiFeO_2的结构特点、合成方法、电化学性能等,介绍了LiFeO_2在首次充放电过程中可能的反应机理,总结了过渡金属Mn、Co对LiFeO_2的掺杂研究状况,并对其未来可能的研究方向和发展前景进行了展望。     

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

锂离子电池正极材料Li1+xV3O8合成技术研究进展

层状的Li1 xV3O8电池正极材料具有比容量高、循环寿命长、价格便宜等优点，有望成为新一代锂离子二次电池的正极材料。综述了层状的Lil xV3O8正极材料的结构、性质、制备技术、掺杂技术、电化学性能以及影响电极材料性能的各因素。其中重点总结了Li1 xV3O8正极材料的制备技术，包括高温固相合成技术、低温合成技术和掺杂技术。指出溶胶-凝胶法和经脱水处理的电极材料在综合性能上取得了一定突破，有望实现产业化生产。