石墨电极表面聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及性能

为了充分利用纳米纤维膜的多孔特性,同时克服其低机械强度的缺陷,以聚丙烯腈(PAN)为主要原料,采用静电纺丝法在石墨电极表面制备PAN纳米纤维膜,形成隔膜-电极一体化结构单元(SAA),并对SAA的孔道结构、力学性能、电解液性能、热尺寸稳定性及电池性能进行系统研究.结果表明:SAA中PAN隔膜与石墨电极的粗糙表面结合紧密,PAN隔膜呈现出发达的孔道结构,电解液亲和性良好;在150℃热处理0.5 h,SAA表面隔膜的热收缩率小于2％,显著优于市售聚烯烃隔膜.基于良好的理化特性,SAA装配的钴酸锂全电池表现出优异的循环容量和倍率容量保持性,如在0.2 C下,经历200次循环后电池的放电容量保持率为98％,在32 C下电池的放电容量为0.5 C下的44.3％.因此,电极表面直接制备纳米纤维膜可形成完整的隔膜-电极一体化单元,在充分发挥纳米纤维膜优势的同时,可优化电极与隔膜的界面相容性、改善电池的充放电性能,并能够提高电池的装配效率.     

钠离子电池HOPG负极固体电解质界面膜的AFM研究

固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interphase, SEI)在钠离子电池(Sodium Ion Battery, NIB)中扮演着重要作用。迄今为止, 对于钠离子电池SEI膜的探索仍然十分有限。本研究利用电化学原子力显微镜(Electrochemical AFM, EC-AFM), 通过循环伏安法研究了钠离子电池负极材料高定向热解石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG), 在碳酸乙烯酯(Ethylene Carbonate, EC)和氟代碳酸乙烯酯(Fluoroethylene Carbonate, FEC)电解液中首次充放电过程SEI膜的结构变化。通过纳米刻蚀的方法, 进一步获得首次充放电结束后SEI的厚度。结合X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)分析了HOPG在EC和FEC电解液中所形成的SEI膜的化学组成区别。研究结果表明, 在EC电解液中, 所生成的SEI膜在HOPG表面非台阶处较薄, 但在HOPG的台阶处较厚; 在FEC电解液中, 所生成的SEI膜很厚, 具有明显的双层结构。其中上层是由体积较大的颗粒组成, 下层则由致密的小颗粒组成。     

聚苯醚纳米纤维锂电隔膜的制备

为了改善锂离子电池的高温安全性和充放电性能,以聚苯醚树脂为成膜材料,采用静电纺丝技术制备了纳米纤维锂电隔膜,对隔膜的形貌、结构、电解液亲和性和耐高温性进行了系统测试,并将该纳米纤维膜装配到电池中进行充放电性能测试。结果显示:聚苯醚隔膜的纳米纤维直径约为260nm,纤维交错形成均匀的孔道(平均孔径约500nm),其孔隙率达到74%以上,为聚烯烃隔膜的2倍左右;聚苯醚树脂的电解液亲和性和高孔隙率强化了隔膜的电解液吸收和保持能力,其吸液率约为310%;在150℃,60min的热处理条件下,该隔膜的尺寸收缩率几乎为零。电池性能测试表明,聚苯醚基纳米纤维膜显示出更优的放电倍率性能和循环性能。     

双功能电解液添加剂对锂离子电池高温高电压性能的影响

三元锂离子动力电池的开发和应用受制于高温高电压条件下的容量衰减和电池产气鼓胀等技术难题。解决这些问题一方面要注重电极材料改性和电池设计, 另一方面还依赖于电解液的技术进步。本研究报道了四乙烯基硅烷(Tetravinylsilane, TVS)作为LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)/石墨软包电池的电解液添加剂, 可以显著改善电池的高温(45~60 ℃) 高电压(4.4 V)性能, 包括存储和循环性能。结果表明, 电解液中含有质量分数0.5% TVS的电池在2.8~4.4 V区间, 1C (1C=1.1 Ah)倍率下循环400次后的容量保持率达到92%, 而电解液中未添加TVS的软包电池仅为82%。进一步研究表明, 一方面TVS高电压下优先被氧化, 可以在NCM622颗粒表面形成耐高温的CEI膜, 有效抑制NCM622颗粒内部裂纹和过渡金属离子溶出; 另一方面, TVS在低电位下还可以优先被还原, 在石墨负极表面聚合形成稳定的SEI膜, 抑制电解液与负极之间的副反应。     

影响铝阳极在NaCl溶液中放电性能因素的研究

为了减缓铝空气电池中铝阳极的自腐蚀及Cl-的腐蚀,在电解液中添加CeCl3可有效控制铝阳极的腐蚀.采用电化学阻抗谱(EIS),结合铝阳极双层模型,研究了缓蚀剂CeCl3浓度、含有CeCl3电解液的温度、pH值对铝阳极放电性能的影响,确定了铝阳极最佳放电条件:缓蚀剂CeCl3的浓度为500 mg/L,含有CeCl3电解液的温度为30℃,pH值在5～6之间.组装模拟电池进行放电性能测试,放电曲线表明,铝阳极在含有缓蚀剂CeCl3的3.5%NaCl溶液中的放电性能远好于在空白溶液中的性能.     

P(VdF-HFP)-PMMA聚合物电解质的研究

采用共混法制备了P(VdF-HFP)-PMMA聚合物电解质，PMMA与电解液有更好的相溶性。含PMMA45%的聚合物膜，20℃时电解液吸附量为260%，离子导电率为0.95mS/cm。以该膜和1mol/L LiPF6(EC/EMC)为电解质，LiCoO2为正极，碳纤维为负极的聚合物锂离子电池具有较小的界面电阻和电荷转移电阻，良好的循环稳定性（1/3C倍率循环35次，95%初始放电容量），和良好的倍率性能（2C倍率，73%初始放电容量）。     

沸石基锂离子电池隔膜的制备及性能

针对传统聚烯烃类锂电隔膜的耐温性差和电解液亲和性差的问题,以沸石粒子、硅溶胶和乙二胺四乙酸为主要原料,通过烧结工艺制备综合性能优异的沸石基锂离子电池隔膜。结果表明:与商用聚乙烯膜相比,本实验制备的沸石隔膜具有发达的孔道结构,其耐热性和电解液润湿性得到显著提升;经过160℃,0.5h的热处理后,沸石隔膜的热收缩率为0,而聚乙烯膜已经完全融化,沸石隔膜的电解液接触角接近0°,聚乙烯膜的接触角高达35°。受益于良好的孔道结构和电解液亲和性,沸石隔膜所装配电池在倍率放电容量和循环放电容量等方面均优于传统聚烯烃膜。     

新型锂离子电池电解质添加剂-亚硫酸甘油酯的合成及其性能研究

设计并合成了两种亚硫酸甘油酯衍生物：(1,2-环亚硫酸甘油酯)苯磺酸酯(ODMB)和(1,2-环亚硫酸甘油酯)对甲苯磺酸酯(ODMM),通过库伦效率、恒流充放电，交流阻抗和扫描电子显微镜等测试研究了其作为电解质添加剂对LiCoO₂/Li电池电化学性能的影响。结果表明，ODMB和ODMM均具有良好的热稳定性，分解温度分别为256和255℃。掺杂0.7%(质量分数) ODMB的电池放电容量为147.98 mAh·g^-1,在50次循环后仍保持其初始放电容量(151.76 mAh·g^-1)的97.51%。与空白电解液相比，添加了ODMB和ODMM的电解液的电极表面具有更致密和稳定的膜结构，显著降低了电极的电荷转移阻抗。浸润性测量结果表明，0.7%(质量分数) ODMB电解液比空白电解液具有更好的浸润性，可以有效改善电池的组装过程。     

聚偏氟乙烯-沸石复合锂电隔膜的制备及性能

针对传统聚烯烃类锂离子电池隔膜的耐温性差和电解液亲和性差的问题,本实验以微孔沸石纳米粒子和聚偏氟乙烯树脂(PVDF)为主要原料,通过相转化法制备了综合性能优异的沸石/PVDF复合锂电隔膜。结果表明:与商用聚乙烯(PE)膜相比,所制备的沸石/PVDF复合隔膜具有更加发达的孔道结构,其孔隙率超过70%,约为PE膜的2倍。沸石/PVDF复合膜的耐高温性和电解液润湿性明显优于PE膜和纯PVDF膜,经过160℃、0.5h的高温处理后,复合膜的热收缩率仅为5%,而PE膜已完全融化,收缩率达到100%,PVDF膜收缩率超过50%;沸石/PVDF复合膜的电解液接触角仅为7.4°,而PE膜和PVDF膜的接触角高达42.5°和31.7°。受益于丰富的孔道结构和良好的电解液吸收/保持能力,沸石/PVDF复合膜所装配锂离子电池的倍率放电容量高于PE膜,同时,该复合膜装配电池的循环性能也优于传统聚乙烃隔膜。     

镁电池的研究进展

镁电池具有高功率、高能量密度、低成本、无毒害等特点.介绍了镁电池的类型和工作原理,综述了镁合金负极、镁电池正极、电解液等方面的研究进展,指出镁负极中添加稀土及Ga等合金元素可改善电池性能,正极材料采用有机化合物可使电池放电平稳、电解液以Mg(ClO4)2最有前途,讨论了镁电池的发展方向.