铝电解槽废阴极碳基复合电极电化学性能研究

为了弥补锂离子电池能量密度低、双离子电池(DIBs)容量低的问题，将铝电解废阴极碳(SCC)与商用镍钴铝酸锂(NCA)结合，制备一种复合电极材料用于双离子电池正极。该复合电极在工作电压区间能够同时实现阳离子(Li⁺)脱出与阴离子(PF₆^-)嵌入，满足高能量密度、低成本的要求。由于低电压区间锂离子的脱嵌，SCC@NCA的初始放电比容量能够达到98.2 mAh·g^-1，较纯SCC(28.4 mAh·g^-1)有明显提高。在150mA·g^-1电流强度下循环210圈后仍有57.3%的容量保持率，并且该复合电极能够表现出378.8 Wh·kg^-1的高能量密度，即使在2677.1 W·kg^-1的高功率密度下，能量密度仍保持在187.4 Wh·kg^-1。同时由于SCC的微膨胀结构给离子的扩散提供了更宽的迁移通道，复合后电极材料表现出更小的阻抗和更高的锂离子扩散速率。优异的电化学性能为SCC的研究和应用提供了...     

氮化钒/纳米硅/碳复合微球的制备及其储锂性能

硅(Si)因拥有高的比容量,资源丰富等优势有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料,但其导电性差和循环过程中体积膨胀严重等缺陷限制了其进一步应用。采用喷雾干燥法,以玉米淀粉、纳米硅和NH₄VO₃作为原料,经碳化与氮化后获得氮化钒/纳米硅/碳复合微球(Si@VN/C)。氮化钒的引入提供了电子/离子快速传输通道,提高了纳米硅的导电率,并使纳米硅保持了良好的结构稳定性。碳层将作为纳米硅颗粒的保护层,避免纳米硅与电解液直接接触,有效缓解纳米硅充放电后的体积膨胀。Si@VN/C展现出良好的循环性能,在0.2 A·g^-1电流密度下循环130圈后容量为818 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1高电流密度下循环300圈后可逆容量仍保持580.5 mAh·g^-1。     

掺杂-包覆改性单晶LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2的制备技术及性能研究

高镍三元正极材料以其能量密度高的特性成为目前动力型锂离子电池主流正极材料之一,但目前高镍三元材料存在循环稳定性较差、大倍率充放电性能较差等问题,限制了其规模化应用。三元材料的单晶化可以有效降低循环过程中的颗粒间微裂纹产生,结合表面包覆可有效提高高镍三元正极材料的循环稳定性。同时,高价阳离子掺杂可有效提高锂离子传输速率,提高高镍三元材料的倍率充放电性能。本文采用高温固相法制备W⁶⁺、Zr⁴⁺共掺杂和H₃BO₃、Al₂O₃双包覆的高镍单晶LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂材料,并探究其电化学性能的变化。在3.0～4.3 V电压范围内,与未掺杂材料相比,W-Zr共掺杂的LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂在不同放电倍率下具有更好的电化学性能;采用H₃...     

锂离子电池负极材料ZnSnO3/C复合物的制备与性能

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点，已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO₃复合材料(ZnSnO₃/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明：当作为锂离子电池负极材料时，ZnSnO₃/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO₃电极.在200 mA·g^–1电流密度下，ZnSnO₃/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^–1，即使在大电流5000 mA·g^–1下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^–1的放电比容量，同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO₃/C复...     

LiMnPO4/C复合锂离子电池正极材料超价离子掺杂改性研究

以LiH₂PO₄和金属锰粉为原料、PVA为碳源，通过机械液相活化法合成了分散均匀、反应活性较高的[Mn₃(PO₄)₂·xH₂O+Li₃PO₄]前驱体，经过一步煅烧可生成原位碳包覆LiMnPO₄材料。LiMnPO₄材料倍率性能和循环性能不好。为此，通过锰位取代掺杂制备了Li(Mn_0.95Fe_0.05)_1-xM_xPO₄/C材料(M=Cr³⁺,V⁵⁺,Ti⁴⁺),其中Ti掺杂的Li(Mn_0.95Fe_0.05)_0.99Ti_0.01PO₄/C材料具有最优的电化学活性，0.05C下的放电比容量为134...     

富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2的ZrO2包覆及电化学性能

近几年,锂离子电池富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x) LiMO₂(M=Ni、Co、Mn等) 由于其高放电比容量、高电压、低廉的价格受到人们越来越多的关注.但是,富锂材料循环性能差、倍率性能低、首圈充放电效率低和电压降等问题是阻止富锂材料商业化的几个主要原因。采用液相法合成富锂材料Li[Li_0.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13]O₂,通过表面包覆一层ZrO₂, 放电倍率1 C下循环100圈之后,2% ZrO₂包覆量的富锂材料的放电比容量比未包覆的放电比容量多53.8 mAh/g,大大提高富锂材料的循环性能.      

锂离子正极材料LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2的合成与掺杂Al的性能研究

采用共沉淀法合成镍钴锰氢氧化物前躯体,使其和碳酸锂混合均匀后,高温焙烧合成锂离子正极材料LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂,研究了掺杂Al（OH）₃对材料循环性能的影响.用X射线衍射和扫描电镜对合成的粉末进行了表征,用电性能测试仪研究了材料的电化学性能.研究发现:温度为850 ℃时焙烧的材料具有最优的电性能,1C电流初始放电比容量达到157.2 mAh/g（2.75~4.2V）,循环50次放电比容量保持率为94.8 %,循环100次材料的放电比容量保持率为90.1 %.通过少量掺杂Al（OH）₃的电池材料结晶性有所提高,晶型趋于完整,但是材料的放电比容量有所降低,前100次循环掺杂对材料循环稳定性无显著改善效果.      

Sr0.95Sc0.175Nb0.025Co0.8O3-δ负载Ag0复合阴极的原位脱溶制备及性能

本文首先采用溶胶-凝胶法合成出Ag_0.05Sr_0.95Sc_0.175Nb_0.025Co_0.8O_3-δ (S_0.95SNC-Ag⁺)钙钛矿型氧化物，然后利用1%H₂O-O₂(体积分数)气氛对其进行原位脱溶，制备出Sr_0.95Sc_0.175Nb_0.025Co_0.8O_3-δ负载Ag⁰纳米颗粒(S_0.95SNC-Ag⁰)的复合阴极，并考察其作为质子导体固体氧化物燃料电池(H⁺-SOFC)阴极材料时的电化学性能。通过X射线衍射(XRD)、直流四端子法、X射线光电子能谱(XPS)对原位脱溶前后材料的晶体结构转变、电导率变化、元素价态升降及其他性质的改变进行研究。进一步制备S_0....     

Al2O3/LiAlO2协同提升LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2正极材料循环稳定性的研究

锂离子电池(LIBs)是最普遍的储能设备之一,高镍LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂正极因其放电比容量高而备受关注,然而,在长循环的过程中,由于正极表面的活性物质发生了化学和结构变化,LIBs的能量存储能力会随着循环的进行而减弱。理解和缓解这些退化机制是减少容量衰退的关键,从而提高锂离子电池的循环寿命。包覆是常见的改性手段,可改善高镍LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂正极界面稳定性并降低表面降解的程度。但是,常规包覆方法形成的包覆层的厚度和均匀性难以调控,为了改进此问题,本研究建立了一种Al₂O₃/LiAlO₂薄膜,对LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂具有协同改性效应,可形成厚度均匀的双包覆层,增强正极材料的循环性能和结构稳定性。研...     

石墨烯复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2动力学及电化学性能的影响

采用循环伏安、交流阻抗法对添加导电炭黑(SP)和导电炭黑复合石墨烯(SP+G)的两组不同导电剂，与LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂组装成的电池进行锂离子脱嵌动力学研究，通过计算锂离子扩散系数探究不同导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子脱嵌动力学的影响。电化学性能测试表明，添加单一导电剂SP和复合导电剂SP+G的首次放电比容量分别为166、184 mAh/g，添加复合导电剂SP+G的放电比容量显著提升。      

压电材料K0.5Na0.5NbO3表面修饰高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2的电化学性能研究

采用原位包覆法制备压电材料K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)表面修饰高镍正极材料LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂,并对其进行电化学性能研究。XRD图谱表明,KNN表面修饰样品并未改变高镍正极材料的层状结构。通过XRD结构精修也证实了KNN的存在且本体材料的晶体结构未受影响。EDS面扫描结果表明,KNN已成功地包覆在高镍正极材料的表面。电化学性能测试结果表明,在2.8～4.3 V电压范围内,0.1 C倍率下改性样品KNN@NCM83的初始放电比容量升高;循环100圈后,改性样品仍保持157.8 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为82.3%,而原始样品NCM83仅保持133.6 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为75.2%。与原始样品相比,KNN@NCM83表现出了更优异的倍率性能,在5 C和10 C倍率下的放电比容量分别为155.6、148.6 mA·h/g,表明KNN能有效提高高镍正极材料的Li⁺     

废旧锂离子电池负极材料回收再生利用研究进展

随着锂离子电池的广泛应用，大量的废旧锂离子电池产量逐年增加，由于负极材料容量较低(≈175 mAh·g^-1)以及需要较高的工作电势，硅负极材料仍然处于研究阶段，所以对大量的退役锂离子电池石墨负极进行高效回收直接再生具有重要的现实意义。为此，本文介绍近年来废旧锂离子电池石墨负极材料回收利用研究现状，分析废旧石墨负极常用回收利用方法优缺点，主要包括火法回收、湿法回收和材料再生等方案，并对废旧锂离子电池石墨负极材料的高效、绿色回收利用进行了展望。     

Mn掺杂Co0.9Mn0.1P/RGO复合电极材料的合成及其电化学性能

锂离子电池的性能亟待突破瓶颈,当前商用锂离子电池负极材料选用的碳材料容量较低,本文合成制备了一种Mn掺杂石墨烯负载的Co_(0.9)Mn_(0.1)P/RGO复合材料,该材料用于锂离子电池表现出优异的电化学性能。在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到1 250 mAh/g,首次充电比容量为795 mAh/g,充放电效率63.6%。在800 mA/g电流密度下,循环500次,放电比容量仍然达到367 mAh/g。     

废旧锂离子电池负极材料资源化回收再利用研究

废旧锂离子电池资源化回收利用研究主要集中在正极材料回收有价金属方面，而对负极材料的回收利用研究较少。废旧负极材料含有锂和石墨，其品位远高于矿石中含量，是极具回收价值的“城市矿山”。本文以硫酸为浸出剂，从废旧负极材料中回收锂资源和石墨。考察了硫酸浓度、固液比、时间、温度对锂浸出效果的影响。研究结果表明，H₂SO₄浓度1.5 mol·L^-1、固液比60 g·L^-1、反应时间40 min和反应温度45℃时，Li的浸出率达到98.5%。酸浸液浓缩除杂后，再制备Li₂CO₃含量为99.1%，达到国标Li₂CO₃-1产品要求。回收的石墨经X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)检测，酸浸后负极材料为纯相层状结构石墨，杂质含量少。将回收的石墨再利用为负极材料时，可逆比容量达到354 mAh·g^-1,30周循环后，可逆比容量仍有347 mAh·g^-1，容量保持率在98%以...     

钴-氮共掺杂空心碳球提升硒正极电化学性能研究

为了解决传统的硒基复合正极材料导电性差,循环寿命短,倍率性能差,活性物质大量流失的问题。本文采用SiO₂纳米球为模板,N,N’-二水杨醛乙二胺钴为钴源,盐酸多巴胺为氮源和碳源,合成了一种新型的钴-氮共掺杂空心碳球(Co-N-C),并将其作为硒正极宿主材料复合得到Co-N-C/Se复合正极。在0.5C充放电电流密度下,Co-N-C/Se复合正极材料循环200圈后,比容量仍高达238 mAh·g^-1,且经过阶梯放电,在40圈后,2.0C大电流充放电密度下,比容量仍能维持在222 mAh·g^-1。利用导电碳骨架、多样性的化学吸附位点和催化活性位点协同作用成功获得高比容量、大倍率性能及长循环寿命的Li-Se电池。     

石墨烯和碳纳米管二元复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

主要以石墨烯(Gen)、碳纳米管(CNTs)及其二者的复合材料石墨烯/碳纳米管(Gen/CNTs)为研究对象,将其以不同的含量、比例添加在LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中,制备了一系列软包电池。通过XRD、SEM、电化学性能等测试研究了不同导电剂与正极材料结合情况,以及导电剂含量配比对锂离子电池性能的影响。结果表明：电池的性能与导电剂含量密切相关,并且复合导电剂的性能优于单一导电剂。在石墨烯/碳纳米管比例相同的情况下,随着导电剂添加量增加,电池的内阻显著降低,放电容量、倍率性能、循环性能均得到改善。导电剂为1.5%Gen/CNT (3/7,质量比)时,0.2 C下放电比容量可达163.2 mAh/g,在5 C下放电比容量仍可达85.5 mAh/g,其循环性能也最好,1 C循环200次后,容量保持率可达103.12%。     

正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg掺杂及电化学性能

为提高正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的循环性能, 采用氢氧化物共沉淀法对前驱体进行Mg掺杂, 再经过混锂、球磨、高温煅烧后, 分别对掺杂与未掺杂的正极材料进行了XRD、SEM及电化学性能的比较.研究结果表明:掺杂与未掺杂的正极材料都为标准的α-NaFeO₂型层状结构, 粒度大小无明显变化; 对于掺杂量为0.03与未掺杂的正极材料, 首轮放电比容量分别为138.2 mAh/g和145.3 mAh/g; 而循环50轮的放电比容量则分别为131.1 mAh/g和119.5 mAh/g.由此可见, 通过Mg掺杂, 正极材料的首轮放电比容量虽有少量降低, 而循环性能却有明显增强.      

PAM基复合水凝胶电解质的制备及其在Zn–MnO2电池中的应用

水系锌离子电池具有低成本、安全、环保等优点，在规模化储能和智能可穿戴方面极具应用前景.提高其循环稳定性以及循环寿命是实现水系锌离子电池进一步应用的关键问题之一.本工作采用二维层状蒙脱土(MMT)和丙烯酰胺单体，通过两步法合成了具有三维网状结构的蒙脱土–聚丙烯酰胺水凝胶电解质(Montmorillonite–polyacrylamide hydrogel,MMT–PAM).蒙脱土的加入为丙烯酰胺单体的原位聚合提供了吸附位点，并通过MMT和PAM高分子链之间的氢键作用显著提高了水凝胶的机械性能，抑制了锌枝晶生长(在0.5 mA·cm^-1电流密度下稳定循环250 h).此外，蒙脱土表面丰富的负电荷为Zn²⁺的快速传输提供更多离子传输通道，提高其离子电导率(室温下为34 mS·cm^-1)，赋予MMT–PAM水凝胶电解质更好的倍率性能和循环稳定性.基于上述优点，组装的水系Zn–MnO₂电池在0.2 A·g^-1的电流密度下提供了289 mA·h·g^-1的比容量，且可稳...     

双包覆层协同提升LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2三元材料电化学性能研究

超高镍层状材料LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂(简称NCM92)因其具有较高的能量密度和价格优势,已成为锂离子电池重要的正极材料来源之一。然而,由于该材料的界面不稳定和不可逆相变,商业应用面临特别是在高截止电压下快速的容量衰落和严重的结构退化的问题。本研究设计了一种ZrO₂/Li₂ZrO₃双包覆层改性超高镍单晶正极材料,同时材料表面均匀掺杂有Zr元素,通过双包覆层协同策略显著增强了正极的高压性能和结构稳定性。研究结果表明,ZrO₂/Li₂ZrO₃双包覆层可以有效缓解超高镍正极材料H2-H3相变的不可逆性,提高力学稳定性和界面稳定性,同时表面Zr掺杂进入晶体结构中的TM层与Li位抑制Li/Ni混排并扩宽了晶格间距,ZrO₂/Li₂ZrO₃双包覆层与Zr掺杂改性的材料(NCM92-Zr)展现出优异...     

LiFSI-LiPF6电解液在高镍/硅碳锂电池中的应用

高镍/硅碳体系是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池体系,但由于电池循环稳定性差,目前规模化应用受限。研究认为,构建稳定的SEI是提升高镍/硅碳电池容量保持率的关键方法之一。传统电解液中六氟磷酸锂(LiPF₆)会产生酸腐蚀性产物,不利于SEI的稳定;双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)作为一种新秀锂盐被证明有优异的热稳定和成膜性能,会腐蚀正极集流体。研究了LiFSI-LiPF₆双盐电解液在高镍/硅碳软包电池中的应用,通过化成、循环和储存测试,评测其电化学性能。结果表明,LiFSI-LiPF₆电解液可以降低电池化成产气量和内阻,提升电极稳定性,0.6 mol/dm³ LiFSI+0.6 mol/dm³ LiPF₆电池循环1 000圈后的容量保持率最高,达75.66%,其储存电压降比LiFSI单盐电池少37.64%。