氮掺杂纳米碳改性LiFePO4正极材料的研究进展

锂离子电池是一种高效、清洁的储能装置,在便携式电子产品、储能设施和电动汽车等领域具有广泛的应用前景,对于缓解能源危机、环境污染和优化能源结构等方面具有重要意义。橄榄石型LiFePO_4是最有前途的锂离子电池正极材料之一,但较低的本征电子电导率与锂离子扩散速率限制了其高倍率性能的发挥及在锂离子动力电池中的广泛应用。纳米碳材料,尤其氮掺杂的无定形纳米碳、碳纳米管以及石墨烯等具有电子电导率高,比表面积大,亲和力强以及热、化学稳定性好等特点,在改善LiFePO_4材料性能方面显示出独特的优势。本文从掺杂方法、形貌结构、电化学性能等方面总结氮掺杂纳米碳改性LiFePO_4正极材料的研究进展,并展望其发展前景。     

锂离子电池橄榄石结构正极材料LiMnPO4的合成与性能

采用固相反应法合成掺碳锂离子电池正极材料LiMnPO4.利用XRD、SEM和充放电测试表征LiMnPO4的结构、形貌与允放电性能,并研究LiMnPO4电极的交流阻抗和锂离子的扩散行为.研究表明适当提高合成温度与延长反应时间有利于促进晶体结构的完整,提高材料的放电平台和放电容量,改善电极反应表面电荷传递和材料中的锂离子扩散特性.在600℃烧结时间为24 h的条件下可合成出一次颗粒大小为0.1～0.3 μm的纯相LiMnPO4,样品容簧达到95 mA·h/g,充电态下锂离子的扩散速度为5.65x 10-13cm2/s.     

多孔LiFePO4正极材料的研究进展

锂离子电池是高效、清洁的储能装置,在便携式电子产品、储能设施和电动汽车等领域具有广泛的应用前景,对于缓解能源危机和环境污染具有重要意义。橄榄石型LiFePO_4是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而,相对低的本征电子电导率与锂离子扩散速率限制了LiFePO_4倍率性能的发挥,阻碍其在动力锂离子电池领域的大规模商业化应用。纳米化是一种能有效改善LiFePO_4倍率性能的方法,但纳米粒子存在表面能高,易团聚结块,性能衰减较快等问题。近些年的研究表明,三维多孔结构的LiFePO_4兼具纳米与微米级活性材料的优点,是LiFePO_4正极材料的研究热点和重要的发展方向。本文从合成方法、形貌结构、电化学性能以及结构—性能关系等方面系统总结多孔LiFePO_4材料的研究进展,并展望其发展前景。     

石墨烯引导LiFePO_4纳米片的一步溶剂热反应制备及其电化学性能

针对本征低的电子导电率和锂离子迁移速率导致LiFePO_4较差的电化学性能,以石墨烯作为模板,采用一步溶剂热法制备梭形结构的LiFePO_4/石墨烯(LFP/G)复合正极材料;采用XRD和SEM等表征复合正极材料的物相结构和微观形貌,微米级梭型LiFePO_4颗粒是由平均厚度约为55 nm的纳米薄片堆叠而成。电化学性能研究结果表明:在0.1C倍率下,LFP/G复合正极材料的初始可逆比容量可达153.2 mA·h/g,高于相同条件下LiFePO_4的;在10C倍率下充放电时,LFP/G表现出高达85.9m A·h/g的可逆比容量,远高于LiFePO_4的可逆比容量(56.3m A·h/g),展现出明显增强的电化学倍率性能。     

三价铁合成LiFePO_4/C正极材料及其性能研究

橄榄石型LiFePO_4正极材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料,然而由于自身晶体结构的本征特性,LiFePO_4的电导率低,高倍率充放电性能较差是限制其应用的最大障碍,通过碳包覆或金属离子掺杂等改性方法提高这种材料的电子导电率成为锂离子电池材料领域的研究热点.以提高电化学性能和更好的实现产业化为主要目的,对LiFePO_4材料的碳包覆和合成条件等进行了研究.以氧化铁为原料,采用碳热还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4/C,利用扫描电镜和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的表面形貌以及电性能进行分析研究,讨论了不同的煅烧温度、煅烧时间和掺碳量对材料电性能的影响.实验结果表明最佳合成工艺为:碳的包覆量为6%(质量分数),合成温度为720 ℃,保温时间为12 h,合成过程在惰性气氛下完成,合成的LiFePO_4/C复合正极材料在2.0～4.3 V,0.2 C倍率下的放电比容量可达160.56 mAh/g,0.5 C放电比容量可稳定在143 mAh/g左右,循环性能较好.     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展

电极材料是推进电池技术发展及应用的关键。作为锂离子电池正极材料的LiFePO4表现出优异的电池性能(大容量、优异循环特性),但也有本征低电导率的缺点。具有橄榄石结构的LiFePO4在电池充放电过程发生FePO4与LiFePO4之间的相变,已有实验证明充放电过程中出现固溶体LixFePO4。掺杂是提高材料电导率的常用手段,但LiFePO4的掺杂却一直饱受争议;缺陷化学的研究初步认定通过适当点缺陷的电荷补偿,晶体内引入掺杂元素是可以实现的,并且提出几种缺陷补偿机制。导电相复合可降低电极颗粒间的接触电阻,特别是LiFePO4的碳包覆有效地改善其电化学性能,促进其工业化推广;碳包覆的有效性取决于碳的sp2杂化键的比例及碳含量。由于电极材料形貌影响电池的充放电动力学过程,LiFePO4的颗粒尺寸、形状、表面粗糙度等的控制都成为提高电池性能的重要手段;LiFePO4的薄膜制备及三维构架技术则进一步推动微型电池的应用发展。     

钇掺杂LiFePO4锂离子电池正极材料的制备与性能

用固相法合成LiFe1-xYxPO4 (x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)锂离子电池正极材料,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粉末比电阻法和充放电性能测试表征材料的晶体结构、微观形貌、电子电导率和电化学性能。结果表明,少量的钇掺杂并未改变材料的晶体结构,但改善了材料的微观结构,提高其电子电导率,改善可逆容量和电化学性能。在10 mA/g的电流密度下,LiFe0.97Y0.03PO4首次放电容量可达146.54 mAh/g。     

溶胶-凝胶法合成LiMnPO_4/C锂离子电池复合材料(英文)

通过溶胶-凝胶法合成LiMnPO4/C锂离子电池复合材料,采用XRD、SEM和电化学性能测试对LiMnPO4/C进行性能表征。XRD研究表明,在500°C下能够合成得到纯的LiMnPO4;SEM研究表明,柠檬酸作为螯合剂和碳源能有效地抑制LiMnPO4/C颗粒的长大。在500°C下烧结10h合成的LiMnPO4/C样品的电化学性能最好,首次放电容量为122.6mA·h/g,以0.05C倍率循环30次后其容量为112.4mA·h/g。     

溶胶-凝胶法合成LiMnPO4/C锂离子电池复合材料（英文）

通过溶胶-凝胶法合成LiMnPO4/C锂离子电池复合材料,采用XRD、SEM和电化学性能测试对LiMnPO4/C进行性能表征。XRD研究表明,在500°C下能够合成得到纯的LiMnPO4;SEM研究表明,柠檬酸作为螯合剂和碳源能有效地抑制LiMnPO4/C颗粒的长大。在500°C下烧结10h合成的LiMnPO4/C样品的电化学性能最好,首次放电容量为122.6mA·h/g,以0.05C倍率循环30次后其容量为112.4mA·h/g。     

锂离子电池正极材料改性研究进展

在高里程新能源动力汽车、电网储能以及5G通信的大背景下,高能量密度的锂离子电池成为了当下研究的热点。而正极材料的比容量大小将直接影响电池的能量密度,因此亟需对正极材料进行改性以改善其性能指标。综述了层状、尖晶石状、橄榄石状正极材料的结构特点及电化学性能,包括晶体结构、电子结构、循环稳定性、离子迁移速率及倍率能力等,比较了各类正极材料的优劣,并对常用的改性手段进行了相应总结。归纳了各类典型的正极材料存在的问题及其发展瓶颈,其中包括晶型变化、导电性能差、电压衰减、电解液侵蚀等,并分析了引起容量损失的因素,如高开路电压引起的电化学极化、材料组成元素的配比、电极/电解液界面的表面活性等。在此基础上,重点综述了近年来针对不同类型正极材料的改性研究进展,其中阴、阳离子掺杂,表面包覆有机物或无机物,特殊形貌设计,选择合适的电解液和黏结剂等手段能有效改善正极材料的比容量及结构稳定性。最后以现有的改性方法及电池体系为理论基础,对今后改性手段的发展趋势以及将正极材料应用于其他电池体系的可能性进行了展望。     

钛酸锂表面碳包覆改性研究进展

尖晶石结构的Li4Ti5O12由于电压平台平稳、循环寿命长、"零应变"和安全性高等优点,成为锂离子电池的热门负极材料。然而纯Li4Ti5O12本身为绝缘体,导电性很差,倍率性能不佳,这限制了它的实际应用。研究表明,对Li4Ti5O12表面进行碳包覆可以有效改善其电化学性能。结合最近国内外研究情况,综述了表面碳包覆对Li4Ti5O12负极材料改性的研究进展,分析了不同的碳包覆方法、碳层厚度、碳结构和碳含量对Li4Ti5O12/C复合材料电化学性能的影响,希望促进Li4Ti5O12/C复合电极材料在锂离子电池领域的应用。     

Electrochemical performance of LiFePO4 cathode material for Li-ion battery

In the search for improved materials for rechargeable lithium batteries, LiFePO4 offers interesting possibilities because of its low raw materials cost, environmental friendliness and safety. The main drawback with using the material is its poor electronic conductivity and this limitation has to be overcome. Here Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials were prepared by a polymer-network synthesis technique. Testing of X-ray diffraction, charge-discharge, and cyclic voltammetry were carried out for its performance. Results show that Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials have a high initial capacity, good cycle stability and excellent low temperature performance. The electrical conductivity of LiFePO4 material can be obviously improved by doping Al. The better electrochemical performances of Al-doped LiFePO4/C composite cathode materials have a connection with its conductivity.     

First Principles Studies on the Electronics Structures of (Li0.75Na0.25)(Fe0.75Mn0.25)PO4 Cathode Materials

采用第一性原理平面波赝势方法计算研究了在LiFePO4的Li位、Fe位和Fe/Li位共掺杂金属原子对材料的电性能和局部结构稳定性的影响关系。结果表明:Li位掺杂(Li0.75Na0.25)FePO4比Fe位掺杂Li(Fe0.75Mn0.25)PO4表现出更好的电子电导性,而局部结构稳定性刚好相反。但是Fe/Li位共掺杂对电子电导性和局部结构稳定性具有双重优化作用,这可能是由Na-2p电子与Li-s电子相互作用引起的。同时,根据计算差分电荷密度关系可以发现共掺杂后会有大量其他原子电荷向Li原子周围偏移,从而改善材料的电子电导性能。     

Electrochemical characteristics of phosphorus doped Si-C composite for anode active material of lithium secondary batteries

Phosphorus doped silicon-carbon composite particles were synthesized through a DC arc plasma torch. Silane(SiH₄) and methane(CH₄) were introduced into the reaction chamber as the precursor of silicon and carbon, respectively. Phosphine(PH₃) was used as a phosphorus dopant gas. Characterization of synthesized particles were carried out by scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffractometry(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and bulk resistivity measurement. Electrochemical properties were investigated by cyclic test and electrochemical voltage spectroscopy(EVS). In the experimental range, phosphorus doped silicon-carbon composite electrode exhibits enhanced cycle performance than intrinsic silicon and phosphorus doped silicon. It can be explained that incorporation of carbon into silicon acts as a buffer matrix and phosphorus doping plays an important role to enhance the conductivity of the electrode, which leads to the improvement of the cycle performance of the cell.     

Mo-Cu材料的性能和应用

Mo－Cu材料具有高的导热系数和较低的热膨胀系数及较好的耐热性能，因此有多方面的用途。其高的导热系数作为大功率电子器件和散热器件有较好的前途，其膨胀系数与95％瓷匹配可作为封接材料，其好的耐热性能可作为高温构件等等。本文介绍Mo－Cu材料的物理、机械性能及制取工艺对材料性能的影响，主要介绍其膨胀系数、导热系数与材料组成的关系。另外，还涉些最新的研究和主要应用领域。     

铜颗粒低温烧结技术的研究进展

金属纳米材料因具有良好的导电导热性以及能够在较低温度下进行烧结，是功率器件在高温高压高频等工作环境下服役所需的关键电子封装材料之一.文中对应用于功率器件封装领域的铜颗粒实现烧结的研究进行了综述，阐明了目前通过铜颗粒烧结技术实现低温键合的研发背景.从铜颗粒烧结材料的制备、工艺参数和还原方法等关键影响因素出发，讨论、归纳了基于不同烧结机理的低温烧结铜颗粒材料接头的力学性能和电学性能.此外，介绍了铜颗粒烧结技术在贴片封装和全铜互连领域中应用的优良特性.通过对该领域研究成果的分析，结果表明，目前铜烧结材料仍然受到氧化问题的挑战，需要进一步在接头性能的精准调控方面深入研究.     

金刚石/铜电子封装复合材料的研究状况及展望

随着电子信息技术的迅速发展,电子仪器向小型化、便携化、多功能化方向发展,传统的电子封装材料已经不能满足现代集成电路电子封装的要求。金刚石/铜复合材料作为新型电子封装材料,具有高的热导率、可控的热膨胀系数、较低的密度等特点,近年来成为研究的热点。本文概述了金刚石/铜复合材料的制备工艺及优良性能,并对其未来应用进行了展望。     

Double-walled carbon nanotube (DWCNT)–poly(3-octylthiophene) (P3OT) composites: Electrical,optical and structural investigations

In the present study, we report experiments based on in situ polymerization of 3-octylthiophene with DWCNT and many hitherto unstudied properties for the first time. The specialty of DWCNT being the inner tube retaining its intrinsic electronic and optical properties, while the outer tube could be involved in the composite formation. From the IR aromatic and out-of-plane C–H stretching frequencies, the interaction between the polymer and the nanotubes is probed. Further to this absorption spectroscopy, photoluminescence and Raman measurements were carried out to characterize the composites. The conductivity contributions of the nanotubes and Hall voltage measurements are used to understand the utility of the composites for solar cell applications.     

新一代WBG弧焊逆变电源

硅功率器件的开关性能已随其结构设计和制造工艺的完善而接近由其材料特性决定的理论极限,难以满足新一代高性能弧焊逆变电源对紧凑体积、高温、高功率密度、高压、高频以及抗辐射等恶劣工况条件的新要求.宽禁带（WBG）半导体是一种革命性的电力电子材料,已成为下一代电力电子器件的主攻方向.主要介绍WBG功率器件的基本特点、类型以及发展情况,重点介绍WBG功率器件应用于弧焊逆变电源时需要重点解决的关键科学和技术问题,为促进和推动下一代WBG弧焊逆变电源的发展和应用奠定基础.