动力锂离子电池电极结构对其极化特性影响的仿真研究

基于COMSOL数值仿真平台构建锂离子动力电池电化学-热耦合模型,深入研究了正极材料厚度,正、负极材料颗粒半径与电池内部极化间的作用规律,并在此基础上,归纳阐明了动力锂离子电池放电电压平台衰退、放电周期骤减与电池内部极化间的内在关联。结果表明:正、负极活化极化随正极厚度的增加变化差异较大,正极活化极化在18～31 m V之间波动,而负极可达到260 m V;放电末期负极固相浓差极化急剧增加,最大值达到425 mV。正极颗粒半径对极化的影响较小;负极颗粒半径减小为原来的一半,即0.5R_n时放电中期的负极活化过电势约为55 mV,较1R_n降低45%左右。负极活化极化的增加将导致电池放电电压平台下降,负极活化极化和固相浓差极化在放电末期急剧增加,是电压提前达到放电截止电压的最主要原因。     

基于电化学模型的全固态锂离子电池的放电行为

基于COMSOL Multiphysics仿真平台,建立一维电化学模型,研究放电倍率、电解质中的扩散系数、电极厚度等对全固态锂离子电池放电性能的影响。结果表明:随着放电倍率的增加,电池内部的极化增大;在放电的各个时间段,电池内部的极化情况也在发生变化。当扩散系数增加至初始值的5倍时,负极/电解质界面与正极/电解质界面的浓度梯度减小80%。电极厚度的变化影响扩散路径的长短,当电极厚度增加至原来的2倍时,1C放电时间缩短1.72%;电极厚度减小至原来的1/2时,1C放电时间增加0.46%。     

导电Ti_3O_5包覆纳米铝粉的制备及其作为双离子电池负极材料的电化学性能（英文）

采用导电的Ti_3O_5作为外壳包覆纳米铝粉制备了Al@Ti_3O_5核壳结构材料,并将其作为负极材料应用到双离子电池(DIB)中。使用中间相碳微球(MCMB)作为正极材料,Al@Ti_3O_5作为负极材料制作Al@Ti_3O_5-MCMB双离子电池。结果表明,电池的放电平台可达4.5 V,在电流倍率0.5 C下(电流基于正极石墨的理论比容量计算,1 C=372 mAh·g~(-1))放电比容量达到130.6 mAh·g~(-1),比能量密度为278.8 Wh·kg~(-1)。并且在高倍率5 C下循环1000次过程中容量基本保持110 m Ah·g~(-1)不变,循环后容量保持率达到92.9%。     

LiFePO4包覆LiCoO2的结构及性能

采用固相法在锂离子电池正极材料LiCoO2表面包覆一层LiFePO4;研究了LiFePO4包覆量对材料性能的影响;采用X射线衍射仪和扫描电镜分析样品的晶体结构和表面形貌.研究结果表明:样品具备LiCoO2的α-NaFeO2型层状结构,但随着包覆量的增加,XRD衍射谱显示样品存在多种杂相;合成的样品电化学性能良好,当LiFePO4的包覆量为1%时,在室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量达145.9 mA·h/g,纯相LiCoO2放电比容量为146.2 mA·h/g.样品采用1C倍率放电时,首次放电比容量达138.9 mA·h/g,循环性能较好,经过20次循环放电比容量仅衰减4.97%.     

圆柱26700锂离子电池电化学及热特性

本文以磷酸铁锂/石墨体系26700圆柱锂离子电池为研究对象,通过使用伪二维电化学热模型进行建模,分别模拟0.5C以及1C两种不同倍率的充电策略。结果表明：模型输出结果与电池测试结果基本吻合,且在0.5C和1C恒流充电条件下,电池绝热温升实测数据与模型模拟结果基本一致。在1C充电过程中,负极因极化产生的不可逆热为主要热源,随着充电电流增加,负极过电位同步增加;而正极因锂脱嵌产生熵变,反应为吸热过程,在充电2500～3000 s期间,吸热热功率与放热热功率持平,电池温度曲线呈现平台形态。     

Ti4＋掺杂对Li2FeSiO4／C电化学性能的影响

用溶胶-凝胶法制备Ti4＋掺杂的Li2FeSiO4／C正极材料。用XRD、HRTEM和电化学方法研究了该材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明,掺杂适量的Ti4＋不会改变Li2FeSiO4／C的正交晶系结构,可以稳定材料的结构,改善高倍率充放电性能。在室温下,Li2Fe0.97Ti0.03SiO4/C以0．1c倍率放电的首次放电比容量为149．1mA·h／g,20次循环后放电比容量为127．3mA·h／g,且不同倍率下的电化学性能明显优于未掺杂的Li2FeSiO4／C。交流阻抗谱研究表明,适量的Ti4＋掺杂,减小了正极材料在充放电过程中的电荷传递电阻,增加了材料的电子电导率,改善了材料的电化学性能。     

纳米氧化锌和碳纳米管对镍氢电池正极电化学性能的影响

采用直接沉淀法制备纳米ZnO,并将其与CNTs混合作为镍氢电池正极添加剂研究其对镍氢电池正极电化学性能的影响。结果表明:在0.2C低倍率放电制度下,混合添加剂电极放电容量保持率都很不错,其中添加4%ZnO(质量分数)的电极表现出最高的放电容量,能到达301mAh/g,经过40次循环后,仍然就有292mAh/g,纳米ZnO在低倍率放电制度下表现出良好的性能;在1C大倍率放电制度下,混合添加剂电极放电容量都出现较大程度的衰减,但是添加3%纳米ZnO和1%CNTs的电极放电容量最高,到达第40次循环时,放电容量为212mAh/g,CNTs在高倍率放电制度下表现出良好的性能。     

PEG固相还原制备LiFePO4及材料的电池性能

本文首次采用PEG固相还原Fez0。成功地制备了LiFePO。锂电池用正极材料。通过XRD、SEM表征了材料的相态和形貌,采用恒电流充放电法研究了材料的电化学性能。SEM图上可观测到材料呈现出微米球形团簇结构和蜂窝状的表面;XRD结果表明,晶相为橄榄石型磷酸铁锂。对电池的电化学测试表明,制备的LiFeP0。材料表现出优良倍率性能和循环稳定性,在0．1C和O．3C下,放电比容量分别为139．9mAh／g和127．5mAh／g,30次循环后比容量没有衰减。这种以廉价铁盐Fe2O3的PEG固相还原制备,为锂电池正极材料LiFePO4低成本制备提供了新的方法。     

三价铁源对碳热还原法制备LiFePO4/C结构和性能的影响

以有机(柠檬酸铁)和无机(Fe2O3或Fe3O4)三价铁混合物为铁源,以有机铁源中的有机酸根为碳源和还原剂,通过固相-碳热还原法制备LiFePO4/C正极材料,考察无机三价铁源对正极材料结构和性能的影响.采用XRD、SEM和恒流充放电测试等方法对正极材料的结构、表观形貌及电化学性能进行研究.结果表明:以Fe2O3为无机三价铁源合成的LiFePO4/C材料的晶相单一、晶粒尺寸较小、电化学性能较好,以0.1C放电时,其第三次放电比容量达136 mA-h/g,循环20周后基本无衰减;而由Fe3O4为铁源制得的材料中含有其它杂质相,晶粒尺寸较大,电化学性能较差,以0.1C放电倍率放电时,其第三次放电比容量仅为118 mA-h/g,循环20周后衰减近17%.     

商品化石墨作为聚合物锂离子电池负极材料的性能表征

采用商品化中间相碳微球(MCMB)及人造石墨与中间相碳微球的混合体作为聚合物锂离子电池的负极材料,通过SEM、XRD对比研究了两种负极材料电化学循环前后的微观形貌和相结构,测试了两种聚合物锂离子电池的倍率放电性能和循环寿命,并通过交流阻抗谱分析了两种负极材料的电化学性能差异.结果表明:掺入人造石墨后,中间相碳微球的平均粒径和比表面积增大,电化学循环200次后的晶面间距减小、石墨化度增大,倍率放电性能降低,电荷转移电阻及锂离子扩散阻抗均增大,循环性能得到较大提高.     

Tw-80对纳米Ni(OH)2振实密度及其复合电极放电性能的影响

以吐温-80(Tw-80)即C6-4H124O26-80作分散剂,用超声波沉淀法制备出针形和准球形混合的纳米β-Ni(OH)2,将制备的纳米粉体以8%(质量分数,下同)比例掺入到微米级球镍中制成复合镍正极,LaNi5合金制成电池负极,研究了不同Tw-80比对纳米粉体振实密度及其复合镍正极放电性能的影响.结果表明:振实密度和放电容量均随Tw-80用量增加先增大后减小;复合镍电极的放电平台比纯球镍电极高;Tw-80用量为2%制备的纳米粉体,以8%比例与球镍混合时,其复合镍电极的放电容量最大,达到256.7 mAh/g,比纯球镍电极的放电容量(230.7 mAh/g)高出11.3%,寿命也比后者有一定延长.     

导电Ti3O5包覆纳米铝粉的制备及其作为双离子电池负极材料的电化学性能研究

铝被认为是下一代电池最有前途的负极材料之一, 本文中采用导电的Ti₃O₅作为外壳包覆纳米铝粉来制备Al@Ti₃O₅核壳结构材料, 并将其作为负极材料应用到双离子电池(DIB)中。使用中间相炭微球(MCMB)作为正极材料,Al@Ti₃O₅作为负极材料制作Al@Ti₃O₅-MCMB双离子电池。电池的放电平台可达4.5V, 在电流倍率0.5C下(电流基于正极石墨的理论比容量计算,1C=372mAhg^_-1)放电比容量达到130.6mAhg^_-1,比能量密度为278.8Whkg^_-1。并且在高倍率5C下循环1000次过程中容量基本保持110mAhg^_-1不变,循环后容量保持率达到92.9%。     

掺铝氧化锌包覆LiFePO4的合成与性能（英文）

以简单的固相法合成了橄榄石结构LiFePO4,并以导电掺铝氧化锌材料(AZO)对其表面进行包覆。充放电结果显示,表面包覆大幅度改善了LiFePO4材料的倍率和低温性能。在20C高倍率条件下,AZO包覆LiFePO4的放电比容量可达100.9mA·h/g;在低温20°C时进行0.2C充放电,未包覆LiFePO4和AZO包覆LiFePO4的放电比容量分别为50.3mA·h/g和119.4mA·h/g。经分析,这可能是由于采用导电AZO包覆措施而增加了LiFePO4材料的电导率,从而极大地提高了其比容量。另外,导电AZO包覆措施还增加了LiFePO4材料的振实密度。这些结果表明AZO包覆LiFePO4材料是一种很好的适用于锂离子动力电池的正极材料。     

F~-掺杂LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备及性能研究

为改善LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的倍率性能和循环性能,采用二步固相法制备了F-掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.05,0.1,015,0.2)正极材料,讨论了不同F掺杂量对材料性能的影响。X射线衍射、扫描电镜结果表明,掺杂和未掺杂的正极材料都为单一的尖晶石结构,粒度分布均匀。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明:当F的掺杂量为x=0.1时(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(3.9)F_(0.1))正极材料的性能最好,0.1,0.5,1,2及5C倍率的首次放电比容量依次为129.07,123.59,118.49,114.49和92.57 mAh/g。1C倍率下循环30次,容量保持率仍为98.84%。     

金属铁掺杂的LiMnPO4/C制备研究及电化学性能

采用固相法,在LiMnPO4晶格中引入铁离子合成LiFexMn1-xPO4/C固溶体提高其电化学性能,以酚醛树脂作为还原剂和碳源,通过确定Fe和Mn比例来优化材料的电化学性能。合成的LiFexMn1-xPO4/C颗粒均具有相似的类球形形貌,颗粒尺寸300~500nm,分布均匀。研究结果表明,材料电化学性能、可逆容量及倍率性能随Mn含量的增加而减小,Fe2 /Fe3 和Mn3 /Mn2 的氧化还原电位随之发生变化。通过充放电测试LiFexMn1-xPO4/C电化学性能可知,当x=0.5、600℃煅烧10h合成的LiFe0.5Mn0.5PO4/C样品具有较好的电化学性能：0.1C放电容量147.3mAh/g;2C倍率下循环100圈后,放电容量从115.2mAh/g降为112.7mAh/g,容量保持率为97.8%,材料在该倍率下能很好地发挥其电化学性能;10C倍率经过200圈循环后,容量保持率仍有89.6%。     

真空高温固相法合成LiFePO_4/C纳米复合材料

以可溶性锂盐、铁盐及有机碳源为原料,通过真空高温固相合成法,同时得到两种LiFePO4/C纳米复合材料(分别来源于直接固相合成和气相沉积)。采用XRD、SEM、TEM及电化学工作站对复合材料的结构及电化学性能进行分析和研究。结果表明:来源于气相沉积的LiFePO4/C复合材料具有良好的结构和电化学性能,LiFePO4颗粒大小为50~200nm,碳膜的厚度为5~10nm;在0.05C倍率下放电比容量为170mA·h/g,接近LiFePO4材料的理论比容量;以1C、2C、5C倍率放电,放电容量分别是理论容量的83%、77%、62%;1C倍率下进行充放电循环50次后,容量衰减只有0.27%,表明材料具有良好的倍率放电性能和循环性能。     

LiFePO4／C复合正极材料的制备及其电化学性能研究

采用高温固相碳热还原法（CTR，Carbothermal Reduction）合成了LiFePO4／C复合正极材料。采用XRD，SEM以及BET等方法对产物进行表征。结果表明，所得LiFeP04／C材料有着单一的橄榄石型晶体结构。750℃下制备产物的BET比表面积为39．7002m^2／g。利用恒流充放电，循环伏安法（CV），电化学阻抗谱（EIS）等电化学手段研究了LiFePO4／C材料的电化学性质。结果表明：750℃下制备的LiFePO4／C复合材料在25℃工作温度下，有着优异的循环稳定性和大倍率充放电性能，使用850ma／g（5C）的电流密度对电池充放电90次后，电池放电比容量仍能保持11lmAh／g。在55℃工作温度下1C充放电倍率时，首次和第90次循环的放电比容量分别为14513mAh／g和142．9mAh／g。     

薄层液膜下直流电场对铜的腐蚀行为、氯离子迁移行为和枝晶生长的影响(英文)

采用动电位极化和表面分析技术(SEM/EDS),研究薄层液膜下直流电场对印刷电路板铜的腐蚀行为、氯离子迁移行为和枝晶生长的影响。结果表明:直流电场使铜的腐蚀减弱;氯离子在直流电场作用下由负极到正极发生定向迁移,并且富集于电场的正极,导致电场正极发生严重的局部腐蚀;枝晶生长于电场的负极,并且其速率和尺寸随着外加电压的增加和暴露时间的延长而分别加快和变大。     

SnCo1-xYx/C纳米晶复合材料的制备及电性能

采用先烧结后球磨的方法制备SnCo1-xYx/C(x=0,0.03,0.1,0.3,0.5)纳米晶负极材料,考察了Y添加量对材料结构和电化学性能的影响。结构分析表明,SnCo/C是由CoSn相和炭黑组成,对于SnCo1-xYx/C,当x=0.03时,出现了CoSn2相,当Y含量较高时,出现了Sn和Y2O3,CoSn与CoSn2相以纳米晶尺度均匀分布在颗粒中。少量Y固溶于CoSn和CoSn2相以及存在于它们的晶界或相界,其余大部分Y与O形成Y2O3分布在颗粒边缘。电化学分析表明,随着Y含量的增加,SnCo1-xYx/C的首次放电容量和循环性能都呈现先增加后减小的趋势。当x=0.1时,放电容量接近最大值,为378mA·h/g,循环性能达到最大值,50次循环后容量保持率为87.6%。     

硼添加对La-Mg-Ni-Co系贮氢电极合金的微结构及电化学性能的影响

系统研究了贮氢电极合金La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.75Mn0.1Al0.2B,x(x=0,0.02,0.04,0.08)的微结构与电化学性能.XRD结果显示,所有合金均由(La,Mg)Ni3相与LaNi5相组成,B含量的增加导致(La,Mg)Ni,3相的丰度不断增加,相应地LaNi5相的丰度逐渐下降.此外,合金的晶格参数与晶胞体积均随B含量的增加而减小.电化学测试分析表明,B的添加可以显著改善合金电极的高倍率放电性能,当B含量为0.04时达到最佳.微量B的加入对合金的循环稳定性能与活化性能影响很小,但降低合金电极的最大放电容量.此外还采用线性极化与阳极极化对合金电极的动力学性能进行了进一步研究.