锂离子扩散系数的测定方法

锂离子电池在充／放电过程中,主要的电极反应是锂离子在正极或负极材料中的嵌入与脱嵌。因此锂离子在正、负极材料中的扩散系数是一个重要的指标。本文介绍了用电化学方法测定锂离子电池正负极材料中锂离子扩散系数的方法,重点讨论了电流脉冲驰豫技术（ＣＰＲ）、交流阻抗技术（ＡＣ）、电位阶跃技术（ＰＳＣＡ）和恒电流间歇滴定技术（ＧＩＴＴ）等,并对这些技术的应用范围和特性进行了比较和讨论。通过分析和讨论认为,当扩散是该电极过程的控制步骤时,ＣＰＲ技术、ＣＩＴＴ技术和ＰＳＣＡ 技术是非常适用的;ＡＣ技术可通过频率容易地区分电极过程的控制步骤,但用ＡＣ技术求扩散系数只适用于阻抗平面图上有Ｗａｒｂｕｒｇ 阻抗的情况。     

锂离子扩散系数的测定及影响因素分析

锂离子扩散系数是衡量锂离子电池电极材料倍率性能和进行电池电化学仿真建模必不可少的参数,受多种内部和外部因素的共同影响。将现有锂离子扩散系数的测定方法分为电化学间接测定和物理直接测定两大类进行介绍,重点分析锂离子浓度、电子电导率、温度、电化学活性面积和脱嵌锂过程等内外部因素对锂离子扩散系数的影响机制,并简述代表性研究进展。对各类方法的特点和锂离子扩散系数的评估进行了总结概括。     

LiFePO4/C电池过放后Li+固相扩散系数的测定

采用容量间歇滴定法(CITT)测定过放后的LiFePO4电池中Li+的固相扩散系数。结果表明,在3.15~3.65 V的电压范围内,扩散系数曲线呈"V"形状,在3.45~4.10 V的电压范围内,扩散系数曲线呈"M"形状,其中,在3.65 V时扩散系数最大,为2.0×10-11 cm2/s;在3.39 V时则最小,为1.8×10-12cm2/s。     

锂离子扩散系数的测定及影响因素

锂离子（Li⁺）扩散系数是电池电化学仿真建模必不可少的参数之一。以锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）为研究对象,通过理论分析与实验测试相结合,采用恒流间歇滴定法（GITT）测定固相材料中Li⁺的扩散速率,解析Li⁺在固相电极充放电过程中的扩散行为。测得的Li⁺在活性材料中的扩散系数为10^-10～10^-12 cm²/s,主要集中在约10^-11 cm²/s;充电和放电过程中,Li⁺扩散系数都随着Li⁺浓度的升高而降低,但由于活性物质颗粒的形变,充放电数值存在较明显的差异;温度对Li⁺扩散系数影响较大,通过阿伦尼乌斯公式计算,得到Li⁺扩散的活化能为7.061 kJ/mol。     

Li、Al复合掺杂的尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能

用固相法制备了Li、Al复合掺杂的尖晶石LiMn2O4,并研究了铝盐种类和掺Al量对电化学性能的影响.XRD和SEM等实验结果表明:掺杂Li、Al的材料Li1.05Mn1.90Al0.05O4具有尖晶石相,粒径为7～8μm.电化学性能测试结果表明:Li1.05Mn1.90Al0.05O4以0.2 C充放电的首次放电比容量为106.68 mAh/g,以1.0 C充放电10次后,容量保持率为99.4%,以2.0 C充放电10次后,容量保持率约为100%.     

正极材料Li1+xV3O8的合成及电化学性能

以Li2CO3和V2O5为原料,采用固相法合成了锂离子电池正极材料Li1 xV3O8。通过TG-DTG分析,确定了合成过程的反应机理。通过XRD和恒流充放电测试,研究了Li1 xV3O8样品的结构及电化学性能。580℃焙烧得到层状结构的Li1 xV3O8产品,电化学性能优于630℃焙烧得到的产品;以C/8充放电,首次放电比容量达到245.1 mAh/g,第30次循环的比容量仍为246.7 mAh/g。     

几种LiFePO_4正极材料的表征及电化学性能研究

利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等测试方法研究了三种磷酸铁锂样品(三个厂家提供)的结晶度、形貌、粒径和电化学性能的关系。结果表明,磷酸铁锂的结晶度、形貌和粒径大小对其放电容量、循环寿命、倍率特性有较大影响。样品1的结晶性好,由纳米级的一次粒子团聚而成的二次粒子的大小适宜,因此用样品1制备的18650型电池具有放电容量高、循环稳定性好、8 C放电时的容量保持率高的性能特点。     

煅烧温度对Li1+xV3O8电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li1+xV3O8;讨论了煅烧温度对材料循环性能的影响。利用FTIR、TG-DTA、XRD等手段表征材料的结构,在电池测试系统上对组装的电池进行了电化学性能测试。结果表明,在550℃下灼烧3 h得到的正极材料有较高的比容量和较好的循环性能。在50mA/g的电流密度下,在50次充放电循环过程中,容量曲线呈折线递增趋势。     

电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响

考虑到电极结构参数对锂离子电池性能的重要影响,基于实验结果以及一维等温电化学模型研究了电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响。制备了不同活性物质载量的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电极,研究了不同厚度的电极对其倍率性能、循环充放电性能和容量的影响。基于多孔电极理论建立了一维锂离子电池电化学模型。将不同厚度的电极的仿真放电曲线与实验结果进行对比,仿真结果显示,不同厚度电极区域的电解质盐浓度、活性粒子表面锂离子浓度、电解液电势和过电势都有着显著的不同,正是这些差异导致不同厚度的电极的倍率性能、容量衰退的差别。     

添加剂对锂离子电池电解液防过充保护的研究

作为锂离子电池的基本组成要素之一,电解液的基本特性直接影响着锂离子电池的循环特性、热稳定性和安全性。因此,利用添加剂来提高电解液的防过充能力成了改善电解液性能的重要方式。常用的添加剂主要有两类:氧化还原添加剂和电聚合添加剂。选取二甲氧基硝基苯类作为防过充添加剂。研究发现,该类添加剂的防过充能力好且具有很好的循环性能,能明显改善锂电池的循环性能和高低温性能。     

砜类添加剂在锂离子电池电解液中的应用

介绍了3种砜类物质作为锂离子电池电解液中的功能添加剂,自组装三电极测试体系和商品电池,对电极体系进行了循环伏安分析,对商品电池进行循环性能测试和高低温性能测试,结果表明,3种砜类添加剂与锂离子电池正负极都有较好的相容性,在电解液中加入这三种砜类添加剂均能明显提高电池的循环性能和高低温性能。     

固态电解质Li_(10)Ge_(0.75)Si_(0.25)P_2S_(12)的制备与电化学性能研究

采用固相反应法制备了固体电解质Li_(10)Ge_(0.75)Si_(0.25)P_2S_(12)(LSiGPS),用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、交流阻抗技术(EIS)、用恒电流间歇滴定技术(GITT)和恒电流恒电压测试分析了LSiGPS的物相、形貌、离子导电性和锂离子的扩散系数及相对应电池的充放电特性等进行了表征,结果表明,LSiGPS具有四方结构;在-40、25、50℃等较宽广的温度范围内,固态电解质的离子导电性(7.13×10~(-4)、6.57×10-3、2.21×10~(-2) S·cm~(-1))和液态电解液的离子导电性(8.03×10~(-4)、6.72×10-3、2.55×10-2S·cm~(-1))很接近;在3.60、3.95、4.18 V时,固态电解质锂离子扩散系数(4.65×10~(-10)、0.38×10~(-10)、0.53×10~(-10) cm~2·s~(-1))和液态电解液组成的锂离子电池的离子扩散系数(5.80×10~(-10)、0.57×10~(-10)、0.70×10~(-10)cm~2·s~(-1))基本处于一个数量级;LSiGPS固态电解质有很优异的耐高温安全性,在150℃收缩率接近于零。     

热膨胀剥离法制备石墨烯作为负极材料的研究

以天然鳞片石墨为原料,使用改进的Hummers法制取氧化石墨,再通过热膨胀剥离法制备石墨烯,使用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、循环伏安及恒流充放电测试对样品进行表征,结果表明,所得产品为1~2层的蠕虫状褶皱型石墨烯。在0.2 C下,石墨烯电极首次可逆比容量为1 108m Ah/g,20次循环后可逆比容量稳定在780 m Ah/g附近,在0.5 C下,首次可逆比容量为713 m Ah/g,20次循环后可逆比容量稳定在520 m Ah/g附近。     

锂离子电池颗粒形状对其电化学性能的影响

为了研究颗粒形状对锂离子电池电化学性能的影响,制备了正方形和星形Cu2O颗粒,并对制备的Cu2O颗粒进行电化学性能测试。研究表明正方形Cu2O颗粒比星形Cu2O颗粒的电化学性能优异。     

膨胀石墨作为锂离子电池负极材料的研究

报道了以超低温膨胀石墨作为锂离子电池负极材料的研究。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及氮气吸脱附测试(BET)对其物相、表面形貌及结构进行表征;利用恒电流充/放电对其电化学性能进行了测试。结果表明:超低温膨胀石墨呈现出蜂窝状多孔结构,比表面积为54 m~2/g。该材料表现出较好的脱/嵌锂容量和良好的循环性能,在100 m A/g的电流密度下,首次可逆比容量达到410 m Ah/g;循环220次后,比容量仍能维持在400 m Ah/g,容量保持率高于95%,是一种具有很好应用前景的储锂负极材料。     

TiO_2-GNs复合材料溶剂热法合成及其电化学性能研究

采用溶剂热法一步合成了TiO2-GNs纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET等测试手段对材料的结构和形貌进行了表征,结果表明,复合材料中TiO2以锐钛矿型纳米颗粒均匀地负载在石墨烯的表面;恒流充放电循环,伏安循环和电化学阻抗等测试结果显示,TiO2-GNs复合材料具有较高的比容量、较好的倍率性能和优异的循环稳定性。在1 C倍率下,复合材料电极循环100圈后其比容量可达到239 m Ah/g;在10 C倍率下,循环100圈后其比容量仍可达150 m Ah/g左右。     

锂离子电池充电管理及电池容量测量研究

锂离子电池的充电分为线性充电和开关式充电,主要解决充电过程中的效率问题和热问题,对两种充电方式的优缺点进行了比较。在此基础上,为了利用充电状态信息对未来的过程进行监测,进行了电池容量的测量研究,主要解决充电所需时长、实时充电状态、现有容量下电池的续航时间等问题。