非晶态磷酸锂包覆钛酸锂电极在0.01～3.00 V电压范围的性能研究（英文）

长期以来,表面包覆一直是改善锂离子电池电极材料电化学性能的有效手段。本研究采用磁控溅射法将非晶态磷酸锂包覆在Li_4Ti_5O_(12)电极片表面,修饰后电极表面光滑,形成了均匀的非晶态磷酸锂包覆层。在0.01–3.00 V电压范围的充放电测试结果显示,该包覆层可显著改善电极的倍率性能和循环性能。当充放电电流密度分别为35和1750 m A·g~(–1)时,电池容量可以达到265和151 m Ah·g~(–1),远高于未包覆电池的240和22 m Ah·g~(–1),并以88 m A·g~(–1)的电流密度进一步充放电200个循环后,仍保留了238 m Ah·g~(–1)的高可逆容量。这是由于非晶态磷酸锂包覆层可稳定电解质界面,保持粒子间电子通道的完整性,并在电极表面形成交联离子导电网络,使得改性电极的倍率性能和循环稳定性显著提高。     

球形钛酸锂的制备工艺对其电化学性能的影响

以钛酸丁酯和LiOH·H_2O为原料,以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,利用水热法合成球形尖晶石结构钛酸锂,探讨制备工艺对球形钛酸锂结构的影响,并对合成球形钛酸锂的电化学性能进行表征。结果表明:n(LiOH·H_2O)∶n(钛酸丁酯)=0.9∶1,170℃水热反应36h,并在600℃热处理2h条件下合成的Li_4Ti_5O_(12)具有较好的球形度和结晶度,其在0.1C放电倍率下的首次可逆容量为201 mAh·g~(-1),循环20次后可逆容量仍达198mAh·g~(-1);当放电倍率达50C时,其首次可逆容量仍达149mAh·g~(-1),经20次循环后容量保持率高达98.9%,表现出良好的循环性能和倍率特性。     

功能互补炭材料及其在锂硫电池中电化学性能

由于锂硫电池成本低、理论能量密度高、安全、环保,使其极具潜力成为下一代新能源储能体系。但循环过程中电极材料结构产生破坏及多硫穿梭效应是锂硫电池容量衰减的主要原因。为此,本文提出了采用功能互补的炭材料-氮掺杂石墨烯包覆CMK-3材料(N-(CMK-3@G))来解决该问题。该材料基于功能互补原理,利用CMK-3防止石墨烯堆叠及二维石墨烯包覆在CMK-3外面抑制多硫穿梭,并采用氮掺杂的化学吸附提高锂硫电池正极的电化学性能。以N-(CMK-3@G)/S复合材料作为锂硫电池正极,在电流密度为335 mA·g~(-1)时,300次循环后其可逆放电容量为867.3 m Ah·g~(-1),容量保持率为82%。与N-CM K-3/S和N-G/S正极相比,N-(CM K-3@G)/S复合电极倍率性能及极化特性都得到了较大的改善。从炭材料功能出发,对材料设计,不仅可结合CMK-3及石墨烯的功能特点,形成作用互补,提高锂硫电池的循环性能,且氮掺杂可通过化学作用强化对多硫吸附,抑制多硫离子的穿梭,进一步提高锂硫电池性能。     

PVDF-HFP基凝胶电解质用于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极锂离子电池

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(Poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene),PVDF-HFP)为聚合物基体,新戊二醇二丙烯酸酯(Neopentyl glycol diacrylate,NPGDA)为交联剂,在引发剂偶氮二异丁腈(2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile),AIBN)的作用下通过室温现场聚合法制备凝胶电解质用于锂离子电池。探索不同质量比PVDF-HFP/NPGDA对凝胶电解质性能和LiNi_(0.5)-Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极锂离子电池性能的影响。结果表明,当质量比为1∶1时,凝胶电解质具有较高的离子电导率,为8.45mS·cm~(-1),锂离子迁移数为0.78,电化学窗口为4.5V。在电流密度30mA·g~(-1)恒流充放电,首次放电比容量为143mAh·g~(-1),循环50次后仍高达135.3mAh·g~(-1)。电流密度为300mA·g~(-1)时,放电比容量为100.2mAh·g~(-1)。     

聚氧化乙烯-聚硅氧烷基离子液体复合聚合物电解质的研究

通过对不同聚硅氧烷(PDMS)含量的聚氧化乙烯-聚硅氧烷(PEO-PDMS)聚合物电解质电化学性能的测试,确定出PDMS最佳添加量,并以此聚合物配比为基体,通过复合不同质量分数的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMIM]TF-SI)或N-甲基、丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐(PP13TFSI),制备得到不同体系的离子液体复合聚合物电解质膜。离子液体的加入可显著提高聚合物电解质的室温电导率,样品PPP-100%室温电导率达到5.6×10-4S/cm。同时,样品均具有良好的热学和电化学稳定性。通过两种体系聚合物电解质性能对比得知,PP13TFSI离子液体复合聚合物电解质具有更优性能,有望作为新型电解质材料应用在锂离子电池中。     

大倍率二氧化硅/碳复合材料的制备及电化学性能表征

为了满足新能源储能及电动汽车对锂离子电池持续快速充电、慢速放电性能的要求,以正硅酸乙酯为二氧化硅前驱体,在两亲性炭材料(ACM)与聚乙二醇400(PEG400)形成的氢键限域体系中制备了大倍率二氧化硅/碳复合锂电负极材料(SiO_2-130/C)。材料表征结果表明,二氧化硅的粒径由500nm(未限域)降低到130nm(限域),同时,富碳的ACM在二氧化硅纳米颗粒表面构建了导电性良好的碳框架。在0.1A·g~(-1)和1A·g~(-1)的电流密度下,SiO_2-130/C的可逆比容量分别为527mAh·g~(-1)和347mAh·g~(-1),且在1A·g~(-1)的电流密度下连续400个充放电循环后,仍具有483 mAh·g~(-1)的可逆比容量,表现出优异的倍率性能及稳定的电化学性能。     

利用聚苯硫醚含锂滤液合成磷酸铁锂

在聚苯硫醚的生产中,采用甲醇调浆、洗涤,改变洗涤工艺。通过甲醇的洗涤工艺使得锂离子的分离回收效率达到88%,同时实现锂盐与反应副产物钠盐的分离,为后续电池正极材料的合成创造条件,并且该洗涤工艺没有降低聚苯硫醚产品的性能。利用甲醇洗涤工艺中得到的含锂N-甲基吡硌烷酮(NMP)溶液,再通过溶剂热合成磷酸铁锂,并对其进行碳包覆处理。通过XRD、SEM、电化学检测等表征,所得磷酸铁锂材料粒径小、颗粒均匀、结晶性好,表现出良好的电化学性能,碳包覆处理后得到的Li Fe PO4/C在0.1C倍率首次放电比容量在152 m Ah/g左右,在1C倍率首次放电比容量仍有137 m Ah/g左右。     

草酸盐共沉淀法制备Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2-xFx正极材料及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法合成了锂离子电池用Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2-xFx(x=0,0.03,0.05,0.1)粉末材料,考察了掺杂氟对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2结构与性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电循环测试方法等表征了Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2-xFx材料的结构与性能。结构表明,950℃焙烧10h制备的Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O1.97F0.03材料具有较好的层状结构与综合电化学性能,阳离子混合度小、六角晶格有序性高,颗粒的平均粒径为2～3μm。I003/I104为1.29,R值为0.42,首次放电容量为141.7mA·h/g(2.8～4.2V,0.2C倍率),首次充放电容量效率为82.4%,0.2C倍率循环30次后的放电容量为首次放电容量的95.6%。     

锂硫电池正极用钴掺杂空心多孔碳载体材料（英文）

锂硫电池被认为是新一代低成本、高能量密度的储能系统。但由于硫正极导电性差、穿梭效应严重以及氧化还原反应速率慢,导致电池容量衰减严重,倍率性能较差。本研究以柠檬酸钠为碳源制备了具有三维中空结构的多孔碳材料,并在其骨架上负载钴纳米颗粒后作为硫正极的载体。引入的钴纳米颗粒可有效吸附多硫化物,提升其转化反应的动力学,进而明显改善电池的循环和倍率性能。所得的钴掺杂复合硫正极在0.5C (1C=1672 mAh·g~(–1))的倍率下首圈放电比容量高达1280 mAh·g~(–1),在1C的倍率下稳定循环200圈后可保持770 mAh·g~(–1),并且具有优异的倍率性能,即使在10C的大电流密度下仍可稳定循环。     

富锂型锂离子电池正极材料的合成及性能研究

以LiAc·2H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O为原料,采用水溶液法合成锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2和Li1.2Ni0.3Mn0.5O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的电化学性能。结果表明,样品LiNi0.5Mn0.5O2首次放电比容量能达到125.6mAh/g,经过30周循环以后,放电比容量为111.2mAh/g,容量保持率为96.2%;而富锂样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2首次放电比容量能达到187.2mAh/g,经过30周循环以后放电比容量为184.5mAh/g,容量保持率为98.6%,远高于富锂前样品。另外,富锂后的样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2倍率性能优于富锂前。     

锂氟电池用高倍率氟化多壁碳纳米管正极材料

研究了相同氟碳比的氟化石墨(F-graphtie)和氟化多壁碳纳米管(F-MWCNTs)的电化学性能。高纯石墨化多壁碳纳米管经氟化处理后,获得一种核壳结构的F-WMCNTs(氟碳原子比C/F=1∶1)。经TEM、XRD、XPS表征表明,F-WMCNTs外层被氟化,形成氟化碳结构,而内层依然保持原有的石墨结构。以此F-WMCNTs作正极活性材料组装成锂氟(Li/CF_x)一次电池。经电化学测试表明,在相同的放电倍率下,对比F-graphite电极(C/F=1∶1),F-WMCNTs电极能够有效提高Li/CF_x一次电池的放电容量和电压平台。大倍率(≥1 C)放电时,尤其明显。当放电倍率为0.05 C时,F-WMCNTs极和F-graphite电极比容量分别为822 m Ah/g和786.1 m Ah/g,F-WMCNTs电极放电容量比F-graphite电极提高4.5%。当放电倍率为2 C时,F-WMCNTs电极和F-graphite电极分别达到375.4 m Ah/g和283.7 m Ah/g,F-WMCNTs电极的放电比容量比F-graphite电极提高了32.2%。F-WMCNTs电极显示出优异的倍率性能。     

3-氨基三乙氧基硅烷偶联剂修饰Si基高性能锂离子电池负极材料

为了提高硅碳复合材料中硅的使用效率,使用3-氨基三乙氧基硅烷偶联剂(3-APTS)对硅纳米颗粒进行表面修饰,制备了3-APTS-Si@C/G复合材料。采用SEM、TEM、FT-IR、TGA、Raman等对材料微观形貌、结构及组分进行表征。结果表明,3-APTS对硅纳米颗粒有良好的分散作用,没有发现明显的硅颗粒团聚现象。3-APTS-Si@C/G复合材料呈现yolk-shell结构,其作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。在100 m A·g~(-1)的电流密度下,首次可逆容量为1 699 m Ah·g~(-1),50次循环后可逆容量为913 m Ah·g~(-1),35次循环后容量保持率为99.6%,明显高于Si@C/G复合材料(首次可逆比容量为652.9 m Ah·g~(-1),50次循环之后可逆比容量为541 m Ah·g~(-1))。当电流密度达到1 500 m A·g~(-1)时,其可逆容量可达到480 m Ah·g~(-1)。     

“刚柔并济”的锂离子电池复合隔膜及聚合物电解质

电解质(包括隔膜)是锂离子电池组分中的关键部件之一,在电池中起到隔离正极片和负极片,同时允许离子和溶剂通过的作用,电解质(包括隔膜)的性能好坏直接影响到电池的倍率、循环寿命和安全性能等[1-2]。目前商业化的锂离子电池电解质由隔膜、锂盐和有机碳酸酯溶剂构成;其     

尿素改性对钠离子电池负极材料NaTi_2(PO_4)_3电化学性能的影响

为提高水溶液钠离子电池负极材料NaTi_2(PO_4)_3(NTP)的导电性和倍率性能,以尿素(CO(NH_2)_2)为碳源采用溶剂热法合成了CO(NH_2)_2/NaTi_2(PO_4)_3(C/NTP)复合负极材料。采用XRD、SEM、TEM、Raman和恒流充放电等手段分析了材料的结构、C/NTP形貌和电化学性能。研究了不同阶段升温速率对C含量、包覆层石墨化程度及对电化学性能的影响。实验结果表明,低于400℃升温速率越小,C/NTP残碳量越高;400~650℃之间升温速率越小,包覆层石墨化程度越高,并提高了其电化学性能;在5C倍率下2℃/min热处理的样品首圈放电比容量为114.9mAh·g~(-1),循环30次后容量保持在91.9mAh·g~(-1);10C下放电比容量为87mAh·g~(-1),20C下放电比容量仍保持在71mAh·g~(-1),展现出高倍率下优异的循环性能。     

添加无机粒子的P(VDF-HFP)-PMMA复合聚合物电解质的性能

研究了以PP/PE/PP(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)膜为支撑体,P(VDF-HFP)(聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯))-PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为聚合物基体,与纳米级SiO2、CaCO3进行复合构成的聚合物电解质膜(CPE)的性能。借助X射线衍射、电化学阻抗、电池的首次充放电、倍率放电和充放电循环测试,考察了复合聚合物电解质CPE(SiO2)和CPE(CaCO3)的结构以及它们与LiFePO4正极材料、金属锂的相容性。结果表明:无机粒子的加入没有改变原来聚合物P(VDF-HFP)-PMMA非晶结构;两种电解质构成的电池的首次充放电性能相差不大,但是循环性能后者优于前者;LiFePO4/CPE(CaCO3)/Li构成的电池的倍率放电性能、放电容量和容量保持率均优于LiFePO4/CPE(SiO2)/Li电池;CPE(CaCO3)与LiFePO4、金属锂的相容性更好。     

多孔碳添加量对溶胶凝胶-碳热还原法制备磷酸钒锂正极材料的电化学影响

本工作采用一种具有良好导电性能的多孔结构碳材料与磷酸钒锂通过溶胶凝胶-碳热还原法进行复合,研制出一种锂离子电池正极的新型复合材料。新型电极在0.5C倍率下初始比容量为111.0 m A·h·g~(-1),150圈循环容量保持率为99.2%。在10C倍率循环下复合正极仍有79.8m A·h·g~(-1)比容量和71.9%容量保持率,展示出良好的快充/放性能。复合材料的制备工艺简单,其电化学性能优异和较高含量的磷酸钒锂(LVP)含量符合锂离子电池正极材料的产业实用化的要求,该材料的研发为快充电池工业化提供了一种具有实际意义的材料。     

三维多孔碳纳米片PC/CNT夹层高性能锂硫电池

为了抑制多硫化物的溶解与扩散,改善锂硫电池的电化学性能,利用多孔碳纳米片(PC)与多壁碳纳米管(MWCNTs)复合形成新型三维多孔碳纳米片(PC/CNT)夹层来捕获可溶性多硫化物。其中,MWCNTs提供高效的导电通道并维持电极结构完整性;一维碳纳米管和二维多孔碳纳米片形成三维互联结构,有利于电/离子快速传输。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,PC/CNT夹层高性能锂硫电池在0.05C倍率下首次放电比容量达到1 311 m Ah/g,活性物质的利用率高达78.8%。在2C倍率下循环5次后,放电比容量仍然达到941 m Ah/g,是首次比容量的71.8%,且库伦效率仍然保持在96%,显示出良好的倍率和循环性能。     

LiODFB基电解液与高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的相容性

研究了草酸二氟硼酸锂(LiODFB)基电解液与锂离子电池高电压正极材料锰酸镍锂(LiNi0.5Mn1.5O4)的相容性,结果表明:在25℃和60℃,以LiODFB和六氟磷酸锂(LiPF6)为电解液的LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池的CV曲线都具有单一的氧化还原峰,电池的可逆性优良,且LiODFB电池的循环性能优于LiPF6电池。在25℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为126.3 mAh·g-1、131.6 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为97.1%、94.7%;在60℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为132.6 mAh·g-1、129.1 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为94.1%、81.7%。电化学阻抗谱也表明:在60℃,LiODFB电池的阻抗比LiPF6电池的小,LiODFB电池具有更好的高温充放电性能。     

基于三维芳纶纳米纤维骨架的柔性高压复合电解质膜及其固态锂金属电池

聚合物电解质在锂金属电池中的应用受限于锂枝晶生长、电化学不稳定性及较低的离子电导率.为解决这些问题,本文通过向三维多孔芳纶纳米纤维(ANF)中填充聚环氧乙烷(PEO)-双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质,制备了基于三维芳纶纳米纤维网络骨架的柔性ANF/PEO-LiTFSI复合电解质薄膜.由于其独特的构造及离子在三维ANF/PEO-LiTFSI界面中的连续输运,该复合电解质膜具有比PEO-LiTFSI电解质膜更高的力学强度(10.0 MPa)、热稳定性、电化学稳定性(60℃下达4.6 V)和离子电导率,以及较强的抑制锂枝晶能力.基于该复合电解质的固态LiFePO4/Li电池表现出优异的循环性能(在0.4 C下充放电百次后的容量达130 mA h g-1、保持率为93%).该研究提供了一种基于三维骨架设计和制备高性能电解质的有效方法,有望应用于固态锂金属电池.     

锂离子电池复合正极材料xLiFePO4·yLi3V2(PO4)3的制备与性能研究

以FePO4·xH2O、V2O5、NH4H2PO4和Li2CO3为原料,以乙二酸为还原剂,在常温常压下经机械活化并还原嵌锂,形成无定形的5LiFePO4·Li3V2(PO4)3前驱体混合物,然后低温热处理合成出晶态的复合正极材料5LiFePO4·Li3V2(PO4)3.分别研究了复合材料的物相结构、形貌、电化学性能.SEM图像表明合成的材料粒径小、分布均匀,一次粒径为100～200nm.充放电测试结果表明,650℃烧结12h制得的复合正极材料5LiFePO4·Li3V2(PO4)3电化学性能优良,1C放电比容量高达158mAh/g,达到该复合材料的理论比容量(156.8mAh/g).复合材料具有良好的倍率性能和循环性能,在10C放电比容量高达114mAh/g,100次循环后容量几乎无衰减.循环伏安测试表明,复合材料的脱嵌锂性能优良,且明显优于单一的LiFePO4和Li3V2(PO4)3.