α-MnO_2纳米线的制备及其在锂氧气电池中的应用（英文）

锂氧气电池由于其极高的能量密度被认为是一种很有前途的储能系统。二氧化锰基材料被认为是锂空气电池阴极的低成本且高效的催化剂。在本研究中,通过水热法合成了不同长度的α-MnO_2纳米线并对其在锂氧气电池中的电化学性能进行了研究。X射线衍射和场发射扫描电镜证实了α-MnO_2的形成。由α-MnO_2纳米线组装的锂氧气电池在电流密度为100 mA/g、放电截止电压为2 V时,以正极总质量为计算标准,放电容量高达12000 mAh/g。当限定放电容量为500 mAh/g时,电池能够有效循环超过40次,显现出良好的循环稳定性。这些结果表明,α-MnO_2纳米线可以作为锂氧气电池的催化剂。     

石墨烯负载金属钌用于锂-空气电池的正极材料

通过溶液法制备钌/石墨烯(Ru/G)复合材料,用作锂-空气电池的正极材料。通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)研究了锂-空气电池的电化学性能。结果表明:Ru/G复合材料作为锂-空气电池的正极材料,明显提高了氧化还原反应的催化活性,改善了电化学反应性能。在电流密度为500mA·g-1时,首次充放电比容量分别为13136mAh·g-1和13578mAh·g-1,充放电的过电位降低了约0.35V。当固定充放电比容量为1000mAh·g-1,采用恒流充放电模式,可稳定循环30次。     

氧化炭黑/Ni_3S_2-S正极材料在Li-S电池中的应用研究

制备了氧化炭黑与Ni_3S_2复合材料作为导电客体的硫正极材料,并研究了基于此硫正极的锂硫电池的电化学性能。研究结果证明,Ni_3S_2作为共同导电客体材料可以使锂硫电池具有更好的倍率性能和循环稳定性。在1C的充放电倍率下,锂硫电池在300次循环后可逆容量为595mAh/g;其中,首次放电比容量达到1163mAh/g。     

正极材料与催化剂对锂空气电池性能的影响及相关研究进展

锂空气电池因其高理论能量密度引起了广泛关注。评述了锂空气电池正极材料及催化剂研究情况,分析了正极材料的结构、组成及催化活性对锂空气电池放电容量、稳定性及循环性能的影响,探讨了固体催化剂与可溶性催化剂在降低充电过电位、提高锂空气电池的稳定性与循环性能方面的作用,阐述了正极对锂空气电池性能的重要性及研究所面临的挑战。     

豆渣活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响

以固体废弃物豆渣为原料,采用化学活化法制备了不同孔结构的活性炭,并以活化后的碳材料负载硫作为锂硫电池的正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、热重和比表面分析仪对复合材料进行结构、形貌和孔径分析,通过充放电性能测试对锂硫电池进行电化学性能分析。电化学测试结果表明,DZC/S-5复合材料在0.1C电流密度下首次放电比容量可达1 238.9mA/h,经过100次循环后,比容量保持了871.3mAh/g,平均每循环仅衰减了0.29%,库伦效率约95%,表现了最佳的电化学性能。     

锂空气电池介孔La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3催化剂的合成与表征

通过溶胶-凝胶法结合模板浸渍法,分别制备了La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_3纳米粉末(LSCF)和具有介孔结构的La0.6Sr0.4-Co0.8Fe0.2O3(M-LSCF)粉末,采用比表面积测试及孔径分析仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对材料的比表面积、组成和形貌进行了表征,并将其应用在锂空气电池中,测试比较了M-LSCF、LSCF和Super P的电化学性能。测试结果表明实验成功制备了M-LSCF材料,M-LSCF材料的比表面积为142.15 m2/g,远高于LSCF的比表面积(20.17 m2/g)。基于M-LSCF材料的锂空气电池首次放电容量为5 753.33 m Ah/g,可稳定循环31次。     

MnO2/NiCo2O4复合材料的控制合成及其电化学性能研究

采用两步合成法制备了MnO_2/NiCo_2O_4核壳结构纳米棒,使用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和电化学工作站研究了其形貌特征和电化学性能。研究结果表明,在α-MnO_2纳米棒上生长了均匀的NiCo_2O_4纳米片,这种核壳结构纳米棒所制备的电极在充放电电流密度为0.5A/g时比电容达到了434F/g,明显比纯α-MnO_2的比电容(256F/g)高,循环测试2 000次后,比电容保留量为91.8%,表现出了优秀的电化学性能,具有广阔的应用前景。     

膨润土/硫复合材料在锂硫电池中的应用

以膨润土作为单质硫的载体,热处理得到含硫50%(质量分数)的膨润土/硫复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和比表面分析仪对复合材料进行结构、形貌和孔径分析,通过充放电性能测试和交流阻抗对锂硫电池进行电化学性能分析。电化学测试结果表明,在1.0~3.0V电压范围内,以0.2、0.5C大小的电流密度对电池进行充放电性能测试,首次放电比容量分别为795.6和586.0mAh/g,100次循环后对应的放电比容量分别为488.5和421.5mAh/g,容量保持率分别为61.3%和71.8%。     

水热合成时间对纳米MnO_2超电容性能的影响

以KMnO_4和MnSO_4·H_2O为原料,利用水热合成纳米MnO_2。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)、循环伏安(CV)、恒流充放电以及交流阻抗(EIS)等方法研究水热合成时间对产物结构以及电化学性能的影响。结果表明水热合成为棒状纳米级α-MnO_2,随着水热合成时间增加,结晶度增加;水热合成纳米α-MnO_2在1 mol/L Na_2SO_4水溶液中具有良好的电化学电容性能,其中水热合成24 h制备棒状纳米MnO_2具有较高比电容,其真实电容量达到189 F/g;交流阻抗测试表明水热合成24 h制备的纳米MnO_2样品法拉第电荷传递能力和离子在电解液与活性材料界面的扩散能力得到提高,具有良好的电化学性能。     

α-MoC1–x纳米晶富集碳球修饰隔膜对锂硫电池性能的影响

采用自组装及热处理方法合成α-MoC1-x纳米晶富集的纳米碳球(α-MoC1-x/CNS),并将其涂覆在商用聚丙烯隔膜上,对隔膜实现了界面修饰。电化学性能显示,与普通的聚丙烯隔膜相比,采用修饰的α-MoC1-x/CNS-PP隔膜组装的锂硫电池的循环稳定性和倍率性能均得到明显提升,在0.5C条件下,电池首周放电比容量提升至1129.7 mAh/g,经过100周充放电循环后,电池仍具有855.5 mAh/g的放电比容量,且在此循环过程中,库伦效率始终大于98%。在自放电测试中,电池经过48h静置后的容量损失率仅为7.7%。结合α-MoC1-x/CNS的微观形貌及XPS分析可知,在锂硫电池充放电过程中,α-MoC1-x/CNS修饰层有效地阻挡了多硫化锂向负极侧的扩散迁移,且当α-MoC1-x与多硫离子接触时能产生Mo-S键、硫代和连多硫酸根产物,进一步巩固了活性物质被约束的程度,从而使电池性能得到提升。     

类单晶正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的制备与表征

采用共沉淀-高温固相法制备了类单晶正极材料镍钴锰酸锂(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)。通过XRD、SEM、恒流充放电测试等对合成样品的结构、形貌及电化学性能进行了测试与表征。结果表明,该样品具有良好的α-NaFeO2层状结构,形貌为类单晶,并显示出良好的电化学性能。在3.0~4.2V电压区间内,软包全电池0.2C的放电比容量可达162.2mAh/g;45℃下1C倍率循环412周后,其容量保持率仍有83.84%。     

设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极催化剂的研究进展

锂-空气电池具有极高的理论能量密度,成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应,因此,合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而,传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能,因此,需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理,提出了目前锂-空气电池面临的挑战,然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法,最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。     

电化学合成磷酸铁锂正极材料的前驱体

以NH4H2PO4、锂盐和纯铁为主要原料,采用电化学法合成磷酸锂铁前驱体,再通过磷酸锂铁前驱体合成锂离子电池正极材料LiFePO4/C。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及充放电性能测试等方法对其晶体结构、微观形貌和电化学性能进行分析研究。结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石型晶体结构。其中在无水乙醇溶剂中合成的LiFePO4/C正极材料粒径细小且分布均匀,具有最好的电化学性能,在0.2C的放电电流下,首次放电比容量达到142.3mAh/g,充放电循环30次后放电比容量仍保持在141.2mAh/g。     

水热法合成钛酸锂纳米片材料及其锂离子电池性能研究

以钛酸丁酯、氢氧化锂为原料,通过水热法一步合成钛酸锂纳米片,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构和形貌进行了表征,并对其锂离子电池性能进行了测试。结果表明,通过该法得到的产品呈片状形貌,是尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12,表现出良好的电池性能。室温下,以0.2 C的电流密度进行充放电,其首次充放电容量达169 mA·h/g,且具有较好的循环稳定性,20次循环后容量保持率达98%。     

羟基化多壁碳纳米管掺杂抑制锂硫电池的穿梭效应

为了抑制锂硫电池的“穿梭效应”,改善锂硫电池的电化学性能。正极片掺杂羟基化多壁碳纳米管（MWCNTs—OH）,利用亲水性羟基官能团对多硫化物的吸附作用,阻止多硫化物的扩散,增加有效物质的利用率,抑制穿梭效应的产生,提高锂硫电池的容量和循环性能。利用TEM、SEM和EDS等进行结构和性能表征。电化学测试结果表明,掺杂MWCNTs—OH的锂硫电池,放电容量明显提高。在0.1 C倍率,首次放电比容量达到1 281 mAh/g,首次库伦效率接近96.7%,循环10次后比容量还保持在882 mAh/g。在0.2 C、0.5 C和1 C倍率下充放电时,电池首次放电比容量分别达到794.2 mAh/g、712.2 mAh/g和557.3 mAh/g,显示出极佳的倍率性。      

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。     

层状锰酸锂正极材料的掺杂改性及性能

采用溶胶-凝胶法制备层状LiMnO2的正极材料，并对其进行不同比例的过渡元素钴镍镧铈掺杂改性。用XRD以及SEM对其进行物相和表面形貌的分析，同时用锂离子电池模具装配电池以及进行恒电流充放电、循环伏安等电化学测试，分析了掺杂元素对其电化学性能的影响。XRD分析结果表明所合成的锰酸锂材料呈斜方晶系，SEM形貌显示产物为明显的层状结构，循环充放电测试结果表明掺杂2％Ni2％Co6％Ce的层状锰酸锂正极材料的初次放电比容量为161．8mAh／g，循环稳定性较好：而掺杂了6％Co4％La的层状锰酸锂正极材料的初次放电容量为111．5mAh／g，表现了很好的电化学性能。     

锂离子电池负极材料球形钛酸锂的合成及性能

以3.98mol/L的四氯化钛为前驱体溶液,采用内凝胶法制备了具有尖晶石结构的球形钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末。通过XRD、SEM及电化学性能测试等分析手段表明,合成的Li4Ti5O12材料均为纳米一次粒子(晶粒)组成的球形二次粒子(颗粒),且具有较大的比表面积。以这种流动性好、粒径分布均匀、结晶度好的球形钛酸锂为正极材料和Li片为负极材料组成的锂离子电池具有平稳的充放电电压平台和优异的循环性能。在1.0~2.5V充放电,其首次放电容量为173.8mAh/g,经30次充放电循环后,其放电比容量仍有170.2mAh/g。     

聚吡咯/磷酸亚铁锂复合正极材料的电化学性能

通过化学氧化聚合方法制备了聚吡咯/磷酸亚铁锂(PPY/LiFePO4)复合材料,以此作为锂离子电池的正极活性物质,进行恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试。实验结果表明,PPY/LiFePO4复合材料具有较好的电化学性能,以0.2C放电时放电比容量可达150.8 mAh/g,20次循环之后容量为初始容量的92.5%,循环性能良好。     

锂离子电池低温嵌脱锂行为的研究

对LiFePO4和MCMB电极在不同温度下的脱嵌锂行为进行了对比研究。采用循环伏安、交流阻抗和充放电测试解析了LiFePO4和MCMB电极低温下的电化学行为。结果表明:影响电池低温充放电性能的主要过程为LiFePO4和MCMB电极的嵌锂行为,其原因主要归因于低温下较大的电荷转移阻抗。