锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究

锂离子电池用高容量负极材料普遍存在首次不可逆容量高、循环性能差等问题. 本文采用高温固相法制备了硅铝/碳锂离子电池负极材料, 制备出的复合负极材料的比容量远高于目前锂离子电池普遍使用的中间相碳微球, 循环寿命则优于同粒度的硅单体为活性中心的硅碳复合材料. Al引入Si/C复合材料中, 有效抑制了材料的首次嵌锂深度,且减缓了电压滞后现象. 制备的复合负极材料首次可逆容量达到600mAh/g, 首次充放电效率在85\%以上, 25次循环后容量仍保持90%以上.     

直接挥发法制备无纺布增强型聚合物电解质

以N,N-二甲基-甲酰胺(DMF)为溶剂, 采用直接挥发法制备无纺布增强型聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)聚合物电解质, 并以锂为负极制备了聚合物电池.用扫描电子显微镜、交流阻抗和循环伏安对所制聚合物膜性能进行了表征,用充放电实验对所制聚合物电池电化学性能进行了测试.实验结果表明,直接挥发法制得的聚合物膜孔穴丰富,微孔呈蜂窝状,吸液率为280%,电化学稳定窗口为4.5V,浸取电解液后室温离子电导率为1.5mS/cm;以LiCoO2为正极制得的聚合物电池0.1C充放电, 放电平台为3.9V左右, 首次放电容量为137.5mAh/g,20次循环后容量保持在134mAh/g以上,充放电库仑效率高于95%,0.5C放电时放电平台为3.7V,0.5和1C放电分别能保持0.1C放电容量的96%和93%.     

掺杂聚苯胺锂电池正极材料的性能研究

用化学氧化聚合制备了十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚苯胺(PANI)材料,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学方法对其作为锂离子电池正极材料的电化学性能进行了研究,并利用红外光谱对聚合物循环前后的结构进行表征.结果表明,聚苯胺正极具有较高的放电容量,首次放电容量达63.3mAh/g,20次充放电循环后保持在48.5mAh/g.循环伏安曲线及交流阻抗谱表明聚苯胺具有较好的电化学活性.红外光谱测试表明,聚苯胺正极在20次充放电循环后结构基本保持不变.     

微波合成锂离子电池正极材料LiCoO2的研究

为了研究锂离子电池的正极材料LiCoO2的新型制备方法,考查了反应原料配比、微波输出功率、微波合成温度和微波加热时间对LiCoO2结构和性能的影响.以LiOH·H2O和Co2O3为反应原料的最佳合成条件:Li/Co摩尔比为1.05∶1,微波输出功率为360W,反应时间为14min,合成温度为800℃.所合成LiCoO2样品均采用XRD和SEM进行表征,结果表明,采用微波合成的LiCoO2样品为单一相层状结构且晶体结构发育良好;样品的充放电循环性能良好,首次循环放电容量为130mAh/g.     

镍铬复合掺杂尖晶石锰酸锂的合成与性能研究

采用高温固相合成法制备了LiMn2O4、Ni和Cr以及Ni-Cr复合掺杂的锂离子电池用锰酸锂正极材料.采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射和充放电性能测试等手段研究了材料的形貌、物相和电化学行为.结果表明:掺杂改善了材料的形貌,稳定了材料的结构.样品LiMn1.85Ni0.075Cr0.075O4的表面光滑,粒度分布范围小,为单一的尖晶石结构的物相.其首次放电容量为81.2mAh/g,300次循环后容量保持率为首次的91%,表现出优异的循环性能.     

基于OMMT/PVDF-HFP的锂离子电池用复合聚合物电解质

对蒙脱石进行改性,并用直接挥发溶剂法制备有机蒙脱石/聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物电解质。用扫描电子显微镜和X射线衍射等对所制电解质性能进行表征,用交流阻抗和充放电实验研究聚合物电池的电化学性质。结果表明：直接挥发溶剂法制得的复合聚合物膜呈蜂窝状,孔穴丰富,强度增加,浸取电解液后室温离子电导率为1.51 mS/cm,电化学稳定窗口为5.5V;以LiCoO₂为正极制得的聚合物电池0.1C充放电,50次循环后容量保持率达到95.3%,倍率放电能力较好,有机蒙脱石的加入可改善电池的电极界面性质,提高电池充放电循环性能。     

钴镍掺杂锰酸锂的电化学性能研究

采用固相烧结法分别制备了钴掺杂和镍掺杂锰酸锂锂离子电池正极材料,同时制备了纯相锰酸锂进行比较.用电感耦合等离子发射光谱仪、X射线衍射仪、电子扫描电镜和电池性能测试系统对产物的组成、结构特征、微观表面形貌和恒流充放电性能进行了表征.结果表明:所制备的掺杂锰酸锂LiMn0.9 Ni0.1O2、LiMn0.9 Co0.1O2的结晶度高,无杂质相,材料颗粒的粒径均匀、表面光滑;首次放电比容量分别为114.7mAh/g和110.8mAh/g(0.5mA/cm,2.8~4.4V,vs.Li+/Li);50次循环后,放电比容量为107.2mAh/g和103.3mAh/g,50次循环比容量保持率分别达到94.1%和95.4%.     

锂离子电池正极材料LiMnTiO_4的制备及其电化学性能

以Li2CO3、Mn2O3和TiO2为原料,葡萄糖为碳源,采用微波固相法合成了碳包覆的锂离子电池正极材料LiMnTiO4。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征,材料的电化学性能通过恒流充放电和循环伏安(CV)进行测试。结果表明,碳包覆后的LiMnTiO4正极材料循环性能优于未经碳包覆的材料。在室温下,充放电倍率为0.05C时,LiMnTiO4/C正极材料的首次放电比容量为150.3mAh·g-1,循环100周后仍保持在135mAh·g-1。     

聚苯胺包覆的LiFePO4电化学性能研究

采用固相法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4.为了改进LiFePO4的高倍率充放电性能,采用原位聚合的方法合成了一系列聚苯胺-LiFePO4(PAn-LiFePO4)复合正极材料.通过扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的形貌.交流阻抗测试表明聚苯胺的包覆降低了LiFePO4电极的电化学反应阻抗.充放电测试表明PAnLiFePO4复合材料的放电容量更高,循环性能更好.     

共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiFePO4及其性能研究

用共沉淀的方法制备了改性的锂离子电池正极材料LiFePO4,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)等方法对样品的晶体结构、表观形貌、谱学性质等进行了分析研究,并在表观形貌和电性能上与固相法制备的样品进行比较.结果表明,此种方法制备的LiFePO4为单一的橄榄石型晶体结构,具有3.4V左右的放电电压平台,该材料具有良好的电性能,分别以0.2,0.4mA/cm2的电流密度充放电,首次放电比容量达到142.3,127mAh/g,充放电循环20次后放电比容量仍保持在129.7,105.5mAh/g.     

聚苯胺/硫复合材料作锂二次电池正极的研究

采用在化学氧化聚合苯胺的反应介质中分散单质硫的方法制备了聚苯胺/硫复合材料,借助扫描电镜对样品的微观形貌进行表征,表明苯胺的聚合倾向于在单质硫颗粒表面进行,形成聚苯胺包覆良好的硫复合材料.通过恒电流充放电、循环伏安、电化学交流阻抗等电化学测试研究了聚苯胺原位包覆对硫电极电化学性能的影响.结果得出,聚苯胺对硫的包覆能显著地改善硫电极的电化学性能,当充放电电流密度为0.2 mA/cm2时,初始放电比容量高达1134.01 mAh/g,循环30次后放电比容量仍可达526.89 mAh/g.电化学交流阻抗谱研究表明,聚苯胺的包覆有助于锂硫电池交流阻抗的降低.     

Al2O3修饰改进Li1+xV3O8的电化学性能

采用高温固相法合成了Al2O3修饰的Li1 xV3O8自正极材料,用X射线衍射、恒电流充放电实验、循环伏安法等对材料的结构和电化学性能进行了表征.结果表明Al2O3修饰使得Li1 xV3O8材料的层间距离增大,材料的导电性能和电化学反应的可逆性提高.当Al2O3含量为6mol%时,Li1 xV3O8表现出良好的循环性能,首次放电容量达到219mAh/g,10次循环后容量保持率为92.3%.     

LiaNi0.75Co0.25O2的共沉淀法合成及其电化学性质研究

用两种方法合成了锂镍钴复合氧化物电极材料LiaNi0.75 Co0.25 O2,由XRD、SEM 表征及电化学实验方法研究了合成方法对材料的电化学性能的影响。结果表明采用共沉淀法预处理后合成的电极材料具有较好的电化学性能,首次充放电容量可达到198.8和168.7mAh/g,并且具有良好的循环稳定性,循环30次后容量损失9.3%。     

ATRC法合成蝌蚪型及杠铃型环状聚合物

具有特定臂数的星型聚合物通过分子内链末端偶联反应可以制备出不同形状的环状聚合物。文中以三臂含溴代异丁酸酯为引发剂(Tri-Br),通过先核后臂的方法制备出三臂星型聚苯乙烯(PSt_3)。然后将合成的三臂星型聚苯乙烯(PSt_3)在极稀浓度条件下,利用原子转移自由基偶合(ATRC)技术合成一端为大分子环状,一端为线型聚合物链的蝌蚪型环状聚合物(Tadpole-PSt_3)。最后在高浓度条件下,通过ATRC技术,使三臂聚苯乙烯未参与分子内偶联的线型链段进行分子间偶合制备出杠铃型环状聚合物(Barbell-PSt_3)。使用核磁共振、凝胶渗透色谱对聚合物结构进行了表征。结果表明,成功合成了纯度较高的蝌蚪型环状聚合物,同时进一步合成了中间为聚合物链段两端为大环的杠铃型环状聚合物。     

Y~(3+)、F~-共掺杂钒酸锂材料的电化学及存放性能研究

利用干冷空气淬火法合成了Y~(3+)、F~-共掺杂的LiV_3O_8材料。XRD结果表明Y~(3+)、F~-共掺杂能收缩晶格。电化学测试结果表明由掺杂引入的杂质是非电化学活性的,共掺杂样有更多的锂离子嵌脱位置和更好的循环稳定性。存放实验表明共掺杂能降低电池自放电率。在高电压下存放15天后,共掺杂样的容量保持为存放前的92.4%,高于未掺杂样品。     

A Polymer‐Reinforced SEI Layer Induced by a Cyclic Carbonate‐Based Polymer Electrolyte Boosting 4.45 V LiCoO2/Li Metal Batteries

Lithium (Li) metal batteries (LMBs) are enjoying a renaissance due to the high energy densities. However, they still suffer from the problem of uncontrollable Li dendrite and pulverization caused by continuous cracking of solid electrolyte interphase (SEI) layers. To address these issues, developing spontaneously built robust polymer‐reinforced SEI layers during electrochemical conditioning can be a simple yet effective solution. Herein, a robust homopolymer of cyclic carbonate urethane methacrylate is presented as the polymer matrix through an in situ polymerization method, in which cyclic carbonate units can participate in building a stable polymer‐integrated SEI layer during cycling. The as‐investigated gel polymer electrolyte (GPE) assembled LiCoO₂/Li metal batteries exhibit a fantastic cyclability with a capacity retention of 92% after 200 cycles at 0.5 C (1 C = 180 mAh g^?1), evidently exceeding that of the counterpart using liquid electrolytes. It is noted that the anionic ring‐opening polymerization of the cyclic carbonate units on the polymer close to the Li metal anodes enables a mechanically reinforced SEI layer, thus rendering excellent compatibility with Li anodes. The in situ formed polymer‐reinforced SEI layers afford a splendid strategy for developing high voltage resistant GPEs compatible with Li metal anodes toward high energy LMBs.     

微小颗粒PET固相缩聚研究

研究了机械粉碎对PET颗粒分子量及结晶性质的影响;固相缩聚时,N2流量对不同粒径的PET颗粒产物黏度的影响,PET颗粒大小以及反应温度对聚合速度的影响。结果表明,机械粉碎不会降低PET颗粒的分子量也不会破坏结晶性质;较小尺寸的PET颗粒在固相缩聚时存在最佳粒径,最佳时间和最佳N2流量;提高反应温度,固相缩聚速度加快。     

水溶液聚合法制备高吸水树脂及NaCl对聚合反应的加速 …

采用ｉｎ－ｓｔｉｕ水溶液聚合法合成聚丙烯酸钠高吸水树脂,研究了引发剂用量、交联剂用量、反应温度和ＮａＣｌ用量对树脂吸水性能的影响,得出吸水率（Ｑ）与交联剂用量（Ｃｃ,交联剂相对单体的尔分率）之间存在Ｑ＝１．９９Ｃｃ＾－０．７６６关系。ＮａＣｌ对聚合反应具有加速作用,使反应时间大幅度缩短,但树脂的不率未受明显影响。     

表面引发聚合反应制备色谱固定相

巯丙基硅烷在硅胶表面组装形成潜在的自由基链转移点,向表面的自由基链转移及表面引发聚合反应可在硅胶表面形成化学键合的聚合物膜,反应过程用红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)及热重分析(TGA)进行表征。随着巯丙基硅烷修饰硅胶用量的增加,溶液中形成的自由聚合物的分子量及聚合物在硅胶表面的接枝量减小,单体的接枝量随着聚合时间的逐渐增大,直至平衡值。用此方法得到的聚甲基丙烯酸甲酯修饰的硅胶呈现良好的反相色谱性能,对几种含氧芳烃衍生物的保留时间按下列顺序增加:对羟基苯甲酸<α-萘乙酸<β-苯乙醇<苯酚<对羟基苯甲酸甲酯<苯甲酸甲酯<苯甲酸乙酯<苯甲酸丁酯。     

Carbazolyl and anthryl substituted diacetylenes: studies of crystal structures and energy transfer in the polymerization of mixed crystals

Diacetylenes substituted with carbazole and anthracene side groups can be co-crystallized to form substitutional solid solutions. By solid-state polymerization of these mixed crystals, macroscopic single crystals of the corresponding co-polymers are obtained. The crystal structures of the monomers are discussed with regard to structural aspects of the formation of solid solutions and the reactivity in the solid state. The influence of isostructural doping on the polymerization and the energy transfer involved in the reaction are discussed.