Li/CF_x电池的制备及性能研究

以氟化石墨为正极活性物质、锂片为负极,制备成104860型软包装锂/氟化碳(Li/CF_x)电池。用差示扫描量热(DSC)、SEM测试对氟化石墨的热稳定性、形貌进行分析;研究正极组分配比、电解液类型及用量对Li/CFx电池性能的影响;考察Li/CF_x电池的倍率特性。氟化石墨具有良好的热稳定性,在500℃以上才开始分解,呈规整的层状结构,表面光滑、大小较均匀,有利于电子的传输。正极组分氟化石墨、导电剂和粘结剂质量比为87.0∶5.5∶7.5,电解液1 mol/L Li PF6/EC+DMC+EMC添加量为5 g/Ah的Li/CFx电池性能较好。以0.05 C、0.10 C、0.20 C和0.50 C的倍率放电至1.5 V,容量分别为2.56 Ah、2.48 Ah、2.46 Ah和2.36 Ah。     

不同正极活性物质的钛酸锂负极锂离子电池

采用4种正极活性物质,设计32650型4.0 Ah钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极锂离子电池,评估充放电倍率性能、放电温升、低温放电性能、循环性能和安全性能。尖晶石镍锰酸锂(Li Ni0.5Mn1.5O4)正极电池的电压平台高(3.15 V),-20℃下的1 C放电(3.3~2.0 V)容量是常温时的83.16%,比能量为74.57 Wh/kg;磷酸铁锂(LiFePO_4)正极电池的电压平稳(1.70 V),适用于对电压要求严格的领域。三元材料正极电池中,镍钴锰酸锂(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)正极电池的各项性能较优,3 C循环3 486次的容量保持率为102.58%,可用于快充领域;镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2)正极电池更适合于储能领域。     

Ag改性氟化石墨材料及电化学性能

采用化学还原法对氟化石墨材料(CFx)进行金属(Ag)掺杂改性。采用XRD、SEM、能量散射谱、电化学阻抗谱及恒流放电测试,分析CFx/Ag复合材料的电化学性能。与纯CFx相比,制备的CFx/Ag复合材料的放电比容量较高。以0. 1 C放电至1. 50 V,最高达790 m Ah/g,且没有电压滞后现象,中值电压高达2. 62 V;0. 5 C、1. 0 C放电时,低波电压分别提高0. 82V、0. 83 V。     

锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3-MCNTs的合及电化学性能

采用溶胶凝胶-固相法制备Li3V2(PO4)3-MCNTs复合材料,并研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)对其物理性能及电化学性能的影响.采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和热重分析法(TGA)对其晶型结构、形貌特征等物理性能进行了表征;采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试等方法对其电化学性能进行了测试.研究发现,磷酸钒锂在800℃高温处理后为单斜结构,三维网络结构MWCNT负载磷酸钒锂[Li3V2(PO4)3-MCNTs]复合材料具有良好的电化学性能,在充放电倍率为0.1 C,电压窗口为3～4.4V时首次放电比容量为130.5 mAh/g,库仑效率为99.7％.倍率性能测试显示,在0.5 C、1.0 C、2 C下,Li3V2(PO4)3/MCNTs仍保持优越的循环稳定性.由此可见,Li3V2(PO4)3-MCNTs复合材料对正极材料的容量、倍率性能及循环稳定性都具有明显影响.     

高镍三元材料匹配钛酸锂负极电池的性能

研究形貌相近的高镍三元材料LiNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2(NCM)和LiNi0.8 Co0.15 Al0.05 O2(NCA).在3.0～4.3 V充放电,NCA半电池的0.10 C放电比容量为196.4 mAh/g,低于NCM的200.1 mAh/g,但1.00 C放电比容量高于NCM,体现了更好的倍率性能.匹配钛酸锂(Li4 Ti5 O12,LTO)制备比能量高于80 W·h/kg的32131型电池,倍率性能与半电池的变化趋势一致.以1.00 C放电,与NCM/LTO电池相比,NCA/LTO电池在-20℃下相对25℃的放电容量比率高4.8％、能量比率高4.6％、放电电压高13 mV,且温度越低,差异越明显,表明NCA/LTO电池的低温性能更好.直流内阻(DCIR)显示,50％DOD下,NCA/LTO电池的放电内阻和充电内阻较NCM/LTO电池分别低0.35 mΩ和0.17 mΩ,说明电池的极化更轻.以1.00 C在1.5～2.7 V循环600次,NCA/LTO电池的容量保持率为87.5％,低于NCM/LTO电池的97.9％.     

锂硫电池用S/KB正极材料的制备及性能

以科琴黑(KB)作为单质硫的复合载体,分别用球磨法和热处理法制备不同含硫量的S/KB复合材料,并作为正极材料制备软包装锂硫电池。用XRD和SEM进行物相分析,用电化学阻抗谱(EIS)和恒流放电对电化学性能进行研究。以热处理法制备的复合材料为正极材料的锂硫电池具有更好的放电性能,在电极活性物质的利用率、倍率性能和电池的比能量方面都有一定的优势。0.1 C倍率下,以热处理法制备的含硫量80%的S/KB为正极材料的Li/S电池,比能量最高达到295.6 Wh/kg;2.0 C倍率下,以热处理法制备的含硫量60%的S/KB为正极材料的Li/S电池,比能量达155.2 Wh/kg。     

FEC对不同混盐电解液体系的影响

少量添加剂的使用，可以改善锂离子电池的低温性能。采用不同锂盐[四氟硼酸锂(LiBF₄)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)]及添加剂[氟代碳酸乙烯酯(FEC)],与溶剂EC+PC+EMC+EA(体积比1∶1∶1∶2)构建电解液体系，对LiCoO₂/Li半电池进行测试，考察电池的首次充放电、倍率及循环性能，循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)、SEM和X射线光电子能谱(XPS)等。FEC最佳加入量为3%(质量分数)。在-20℃下，0.5 mol/L LiBF₄+0.5 mol/L LiODFB/PC+EC+EMC+EA+3%FEC体系组装的电池，以0.1 C在2.7～4.2 V循环50次后，放电比容量为113.5 mAh/g,容量保持率为96.34%,高于未添加FEC电解液组装的电池。添加一定量FEC,有利于提高该电解液体系电池的放电比容量及低温下的循环稳定性。     

Al_2O_3包覆LiCoO_2对4.35V锂离子电池性能的影响

用固相法对钴酸锂(LiCoO2)正极材料进行纳米三氧化二铝(Al2O3)表面包覆,在充电终止电压为4.35 V时分析制备的495060AR型锂离子电池的性能。在放电截止电压为3.00 V时,以0.5 C放电,包覆、未包覆LiCoO2的比容量分别为167.6 mAh/g、170.9 mAh/g,平均电压分别为3.763 V、3.776 V;常温下1.0 C循环200次,包覆、未包覆LiCoO2的容量保持率分别为94.46%、96.40%。在55℃、48 h储存测试中,包覆LiCoO2制备的电池表现出更好的环境适应性;包覆LiCoO2制备的电池在高温45℃下以0.5 C循环200次,容量保持率为93.50%。对电池进行过充、热冲击测试,均未起火、爆炸。     

锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3-MCNTs的合成及电化学性能

采用溶胶凝胶-固相法制备Li3V2(PO4)3-MCNTs复合材料,并研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)对其物理性能及电化学性能的影响。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和热重分析法(TGA)对其晶型结构、形貌特征等物理性能进行了表征;采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试等方法对其电化学性能进行了测试。研究发现,磷酸钒锂在800℃高温处理后为单斜结构,三维网络结构MWCNT负载磷酸钒锂[Li3V2(PO4)3-MCNTs]复合材料具有良好的电化学性能,在充放电倍率为0.1 C,电压窗口为3~4.4 V时首次放电比容量为130.5 m Ah/g,库仑效率为99.7%。倍率性能测试显示,在0.5 C、1.0 C、2 C下,Li3V2(PO4)3/MCNTs仍保持优越的循环稳定性。由此可见,Li3V2(PO4)3-MCNTs复合材料对正极材料的容量、倍率性能及循环稳定性都具有明显影响。     

高温锂离子电池用混盐电解液体系

正极电解质相界面(CEI)膜会影响锂离子电池的高温性能。商用电解液在高温下的热稳定性差,形成的CEI膜不够稳定,易导致电池失效。以热稳定性及成膜性能良好的双三氟磺酰亚胺锂(LiTFSI)和二氟草酸硼酸锂(LiODFB)为锂盐,EC+EMC(体积比3∶7)为溶剂,构建电解液体系,考察制备的LiCoO₂/Li半电池的电化学性能。在70℃下,LiCoO₂/Li半电池在0.5 mol/L LiTFSI+0.5 mol/L LiODFB基电解液体系下,以1.0 C在2.7～4.2 V循环,首次放电比容量为131.2 mAh/g,循环100次的容量保持率为90.8%。这得益于电解液体系生成了均匀、致密且具有良好离子电导率的CEI膜。     

锂氟化碳电池内应力研究及电池壳设计

锂氟化碳电池具有很高的比能量,是其他锂原电池的2~3倍,如锂二氧化锰电池、锂二氧化硫电池。但是在其放电过程产生的氟化锂会在多孔碳表面沉积,导致正极板膨胀,而约束电池膨胀将产生很强的内应力。介绍了一种电池内应力的测试方法,并对锂氟化碳电池的测试结果进行了研究。根据锂氟化碳电池内应力测试结果,结合力学仿真分析手段进行了电池壳体的设计。     

浇铸法制备的PEO基偏铝酸锂复合固态电解质

通过浇铸法制备含快离子导体金属盐LiAlO2(LAO)的聚氧化乙烯(PEO)基复合固态电解质,对LAO不同质量分数的复合固态电解质进行电化学性能测试。复合固态电解质的电化学窗口拓宽,离子电导率提高到8.39×10^-5 S/cm。以复合物固态电解质组装Li/LiFePO4全固态电池,当LAO质量分数为4%,在60℃以0.1 C于2.5~4.0 V充放电,电池的首次放电比容量为153.61 mAh/g,循环50次的容量保持率仍在90%以上。     

锂氟化碳电池安全性研究

与其他锂原电池相比,锂氟化碳电池具有较好的安全性,但是在短路、高温等情况下安全性问题仍然严重。分析了锂氟化碳电池的各种安全性影响因素,并通过短路、充电、过放电和热箱四项安全性实验,验证了锂氟化碳电池的安全性。     

电解液对圆柱形Li/MnO2电池性能的影响

使用LiClO4电解液、LiPF6电解液及两者的混合电解液装配圆柱形Li/MnO2电池,分析LiPF6对电池性能的影响.引入LiPF6后,虽然开路电压上升,放电容量下降;但过放电时的峰值温度最高下降137℃,有利于提高电池的安全性能.     

氢氧化锂对锂锰扣式电池电性能的影响

本文采用氢氧化锂消除锂锰扣式电池的初始高电压并详细地研究了氢氧化锂的加入对锂锰扣式电池电性能的影响。结果表明,在正极片真空热抽取过程中,MnO_2通过与LiOH形成少量的锂锰嵌入化合物使正极处于微放电态,削去初始高电压,同时氢氧化锂的加入提高了电池的贮存性能,降低了电池的自放电率。     

锰掺杂钴酸锂LiMnxCo1-xO2的性能研究

采用XRD、循环伏安和恒电流充放电等方法研究了用Mn(NO3)2做锰源掺杂合成的锂离子电池正极材料LiMnxCo1-xO2的结构及其电化学行为.结果表明,以0.5 mA/cm2充放电,Li/LiMnxCo1-xO2电池充电容量有所下降;但放电工作电压平台均在3.6 V左右,放电容量随着x从0.05增至0.25,从98.88 mAh/g下降到55.70 mAh/g;与LiCoO2相比,放电容量分别减少了10.6%和49.6%.XRD结果显示,随着x的增加,充放电前后LiMnxCo1-xO2中均含有MnO2的特征峰,充电后相应的晶胞参数c和a分别略有增大和减小.然而,循环伏安结果显示与LiCoO2相比,LiMnxCo1-xO2并没有新的氧化还原峰产生,说明其中的MnO2并未参加充放电反应.     

采用PI/PTFE复合隔膜的Li/SOCl_2电池的性能

制备了一种具有超薄、高吸液率和良好热稳定性的Li/SOCl_2电池用聚酰亚胺(PI)/聚四氟乙烯(PTFE)复合隔膜。通过SEM、同步热分析(STA)、吸液率及恒电流放电等方法,研究PI、玻璃纤维(GF)和PTFE隔膜的结构、热稳定性和吸液性能,以及复合隔膜对Li/SOCl_2电池输出电压的影响。相对于采用GF/GF隔膜的电池,采用PI/PTFE复合隔膜的电池输出电压提升了0.130 V,热生成速率降低了39.4%。     

低温固相法制备二氧化锰/活性炭复合材料

采用低温固相法制备了超级电容器用二氧化锰(MnO2)/活性炭(AC)复合材料,用XRD、SEM、循环伏安(CV)和恒流充放电测试研究了掺杂量对产物性能的影响。产物的粒径为1～10μm。AC的最佳掺杂量为7%,在0～0.8 V充放电,该样品的100 mA/g首次放电比电容为375 F/g,第100次和1 000次300 mA/g循环的放电比电容分别为99 F/g和74 F/g。     

LiCoO2掺杂Na合成Li1-xNaxCoO2的研究

采用XRD、XPS、IR、ICP-AES、循环伏安、恒电流充放电等方法对LiCoO2掺杂Na高温固相化学反应合成的Li1-xNaxCoO2材料的结构及电化学性能进行了系统研究。结果表明,当掺杂Na的量x>0.05后,Li/Li1-xNaxCoO2电池的充、放电容量较Li/LiCoO2的明显下降。随x从0.0增至0.3时,Li/Li1-xNaxCoO2电池以0.5mA/cm2充电容量由146.3mAh/g下降至130.0mAh/g,放电容量则由110.6mAh/g下降至80.0mAh/g,但工作电压平台均为3.6V。XRD结果显示,随x的增大,Li1-xNaxCoO2的六方晶胞参数a没有统计学上的差异,而晶胞参数c则逐渐减小。但当x>0.25后,其中有NaCoO2产生。相同x的Li1-xNaxCoO2充电后的六方晶胞参数c比未充电的有所增大,而晶胞参数a则略微缩小。但是当x>0.25后,出现3个NaCoO2的特征衍射峰。然而,以0.5mA/cm2充电至4.4V后,Li1-xNaxCoO2的六方晶胞参数c均增大,a略减小。XPS结果表明,随x增大,Li1s的电子结合能有增大趋势,但O1s和Na1s及Co2p3/2和Co2p1/2电子结合能变化很小。与LiCoO2相比,Li1-xNaxCoO2的循环伏安并没有新的氧化还原峰产生。