阻燃剂对5Ah锂离子软包电池倍率性能和安全性能的影响研究

在电解液中加入不同含量(5 %,10 %,20 %)的阻燃剂,研究了其对LiNi _0.4Co_0.2Mn_0.4 O₂三元材料作为正极材料组装的5 Ah锂离子软包电池的倍率性能、过充性能和短路性能的影响. 实验结果表明,电解液中5 %体积含量的阻燃剂使软包电池在1C和2C放电时,具有最好的倍率性能;当阻燃剂的体积含量提升到20 %,在过充时,电池表面温度升高的最少;在短路实验时,电池不起火、不爆炸.     

现场热引发聚丙烯酸酯类电解质的性能及应用

应用热引发现场聚合方法制备聚丙烯酸酯类电解质,并考察其电化学性能.实验表明:该聚合物电解质具有 4. 5V的电化学稳定窗口,较高的室温电导率及良好的低温性能.当前驱体电解液中液态电解质含量为 85%时,其室温电导率为 3. 2×10-3S·cm-1, -30℃下的电导率达到 5. 6×10-4 S·cm-1.采用现场聚合技术制备的聚合物电池,其电化学性能与液态锂离子电池基本一致,首次充放电效率为 92. 1%, 1. 0C率放电容量为 0. 2C率的 95%, -20℃下的放电容量为室温容量的 72%,以 0. 5C率循环 300周后,仍保持初始容量的 85%以上.     

丙酸乙酯对LiFePO4锂离子电池低温性能的影响

以丙酸乙酯(EP)作为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的共溶剂,研究其对LiFePO4锂离子电池低温电化学性能的影响.利用循环伏安曲线、交流阻抗图谱和恒电流充放电曲线等方法测试电池电化学性能.结果表明,添加一定量EP,可提高碳酸酯电解液的离子电导率,改善电解液与正极LiFePO4材料和负极石墨材料的相容性,从而提高LiFePO4锂离子电池的低温性能.使用1 mol·L-1LiPF6/(EC:EMC:DMC:EP=1:1:1:3,by mass)电解液的石墨/LiFePO4锂离子电池在10oC(1C)、-10oC(0.2C)、-20oC(0.2C)、-30oC(0.2C)和-40oC(0.2C)下的相对放电容量(以25oC时的放电容量为基准)分别为82.9%、75.6%、59.0%、46.4%和37.6%.     

高浓度LiI实现硫正极稳定的高效利用

具有高比容量和低成本的锂硫电池被认为是下一代电池的重要候选者.然而,低的硫利用率、严重的穿梭效应以及金属锂负极枝晶的生长制约其实际应用.在电解液中引入添加剂被证实是一种简单有效的性能改善策略.为此,本文将高浓度的LiI引入到Li-S电池的常规电解液中,研究高浓度的LiI电解液对硫正极的利用、金属锂负极的保护以及对应电池电化学性能的影响.结果表明,高浓度的碘化锂电解液能够在金属锂负极表层形成稳定的保护层,抑制了锂枝晶的产生.与此同时,碘化锂的引入大幅度提高电池的比容量、有效改善电池的倍率性能和循环稳定性.通过优化发现,浓度为0.5 mol·L^-1的LiI具有最佳的电化学性能.采用此电解液的锂硫电池,在1 C倍率下,放电容量高达1 200 mAh·g^-1. 200次循环之后,容量仍能保持在880 mAh·g^-1,容量保持率接近75%.此外,电池展示了良好的倍率性能,在5 C倍率下,放电容量依然高达700 mAh·g^-1.     

腈基功能化有机硅基电解液在4.4V钴酸锂/石墨锂离子电池中的性能研究

研究了3-丙基腈-甲氧基乙氧基-二甲基硅烷(SN1)作为电解液共溶剂对高电压钴酸锂/石墨全电池电化学性能的影响.在商业烷基碳酸酯电解液里掺入30%SN1(体积分数),钴酸锂/石墨全电池在4.4 V截止电压下仍表现出良好的循环稳定性和倍率性能:以0.5 C充放电,首次放电比容量为154 mA h/g,循环150周后,容量保持率为92.9%;当放电倍率增加到1和1.5 C时,放电容量分别为143和133 mA h/g.电化学阻抗谱、扫描电镜和傅里叶红外光谱的结果表明,耐高电压腈基功能化有机硅化合物的引入有效抑制了共溶剂电解液在正极材料表面的分解,压制了循环过程中电极极化的增长,为电极/电解液界面的Li+扩散和电荷转移提供了有利的动力学条件.     

锂钠合金的原位电化学制备及“锂+钠”共储特性

锂钠合金相较于单一锂或者单一钠具有更优异的性能,以钠金属为正极、锂金属为负极,以LiPF₆、NaClO₄以及锂钠混合离子电解液作为电解液,组装成纽扣电池,在梯度电流密度下进行充放电,成功实现了锂钠合金的原位电化学制备。得益于锂、钠双电化学活性离子的协同效应,不同钠含量的锂钠合金为负极的锂钠混合离子电容器均呈现良好的电化学性能。尤其是低钠量的锂钠合金负极,添加NaClO₄电解液时,活化的柠檬酸钾衍生碳(SCDC-活化)正极在1 A/g电流密度下循环300圈时仍能保持238 mA·h/g的比容量和99%的容量保持率。高钠量的锂钠合金负极,添加锂钠混合离子电解液时,SCDC-活化呈现了319 mA·h/g的比容量,并在循环1040圈时仍能保持93 mA·h/g的高比容量和98%的容量保持率。     

惰性气氛助力锰酸锂正极材料储锂性能提升

尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)作为一种不含贵金属和有毒元素的低成本、绿色环保的锂离子电池正极材料,具有广袤的应用与研究前景。本项工作中,利用氩气为惰性气氛,采用高温固相合成法,制备出了粒径均匀、性能优异的LiMn₂O₄正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料进行了结构表征与分析,进行了充放电循环、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)等电化学性能测试,并对煅烧氛围和煅烧温度进行了探讨分析。结果表明,在1 C倍率下,首圈放电比容量为114.2 mAh·g^-1,100次充放电循环后放电比容量还有98.4 mAh·g^-1,容量保持率为86.2%。实验证明,惰性气氛对提升LiMn₂O₄电化学储锂性能行之有效。     

用于锂离子电池的锡纳米棒电极的制备与表征

为了克服脱嵌锂过程中体积变化引起的机械疲劳导致使用纯锡作为锂离子电池负极时锡的循环性能很差这一问题, 通过氧化铝(AAO)模板辅助生长方法制备了锡纳米棒电极. 用扫描电子显微镜, X射线衍射分析, 循环伏安和恒流充放电测试对锡纳米棒电极的结构和电化学性能进行了初步表征. 扫描电子显微镜观察显示, 铜集流体表面均匀分布着锡纳米棒, 锡纳米棒的平均直径约250 nm. 电化学测试结果表明, 锡纳米棒电极比平面薄膜电极具有更好的容量保持率和倍率性能. 在C/10充放电倍率条件下, 第10次循环的容量仍达到第一次循环的80%, 即使在1C倍率下, 容量仍高于540 mAh·g-1.     

壳聚糖单体溶胶凝胶煅烧合成LiFePO4/C正极

本文以壳聚糖单体为碳源兼凝胶剂,利用溶胶-凝胶煅烧合成了锂离子电池LiFePO₄/C正极材料,使用XRD和SEM对合成的材料进行表征. 用恒电流充放电测试了LiFePO₄/C电极的电化学性能,当壳聚糖单体与LiFePO4摩尔比为1:1.2时,600 ^oC煅烧的LiFePO4/C电极性能最佳,其粒径分布均匀（200 ～ 400 nm）,该电极0.2C倍率放电比容量为155 mAh.g^-1,30周期循环放电比容量仍保持152 mAh.g^-1,库仑效率为97.9 %.     

苯甲醚及其溴取代物用作锂离子电池防过充添加剂的研究

选择苯甲醚、2-溴苯甲醚、3-溴苯甲醚作为锂离子电池有机电解液的防过充添加剂. 采用循环伏安测试、恒流充放电测试、电化学阻抗分析、扫描电镜分析等手段, 研究三种添加剂的防过充作用效果, 以及对LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ (NCM)正极性能的影响. 结果表明: 三种添加剂均具有合适的氧化电位和良好的氧化还原特性, 能够提高锂离子电池的防过充性能. 其中2-溴苯甲醚的防过充作用效果最优, 电池经0.1 C充电长达近50 h后才达到5 V截止电压, 且可承受过充的次数相对最多, 但该添加剂对NCM正极的循环性能影响较大; 苯甲醚的防过充效果仅次于2-溴苯甲醚, NCM正极在添加有苯甲醚的电解液中循环性能良好, 0.2 C充放电循环80次后容量仍能保持93.8%左右. 含上述三种添加剂的电池经过充后, 均会有一部分氧化还原产物吸附在NCM正极表面, 增加电池的整体阻抗, 其中含2-溴苯甲醚的电池表现最为明显.     

Ti、Mg离子复合掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的结构及其电化学性能的影响. 结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化. 1%(摩尔分数) 的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的倍率放电能力, 平台保持能力和高倍率下的循环性能. 交流阻抗谱表明钛镁离子掺杂抑制了LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂在高放电倍率下循环的电化学反应阻抗Rct的增加. 采用几种不同价态的金属离子复合掺杂是改善嵌锂的镍钴锰系金属氧化物的倍率放电能力的有效途径.     

四丁基六氟磷酸铵作为锂离子电池阻燃添加剂的研究

近年来关于锂离子电池造成的安全问题甚至事故的报道屡见不鲜,锂离子电池的安全问题已经成为人们关注的焦点. 我们用四丁基六氟磷酸铵（TBAPF₆）作为锂离子电池电解液阻燃添加剂,研究发现添加了TBAPF₆的电解液具有明显的阻燃效果,同时电解液电导率下降并不明显. LiCoO₂/Graphite全电池在添加了TBAPF₆的电解液中可逆容量会略有降低,但具有更优异的循环稳定性. 主要是由于TBAPF₆添加量的增加会影响石墨电极的库伦效率,延长活化时间. 通过对LiCoO₂/Graphite全电池绝热加速量热仪（ARC）测试,表明添加TBAPF₆对电池的燃烧有明显的抑制作用. 在TBAPF₆添加量至5%时,电池在300 ^oC内自放热速率不超过0.1^oC/min,电池的安全性显著提高.     

XPS study on the STOBA coverage on Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2 oxide in pristine electrodes

The additive of self‐terminated oligomers with hyper‐branched architecture (STOBA) in Li(Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4)O₂ (LNCM) cathodes of lithium ion batteries improves the battery stability and capacity. In this study, the surface chemistry of pristine LNCM electrodes with and without the STOBA additive was analyzed by means of X‐ray photoelectron spectroscopy and the surface morphology was observed by scanning electron microscopy. It was found that STOBA covers LNCM particles uniformly and the formation of chemical bonding between nitrogen atoms in STOBA and metallic atoms in LNCM was discovered. This bonding may cause the uniform coverage of STOBA on LNCM. The formation of STOBA layer on LNCM improves the coverage of the binder poly(vinylidene fluoride) and inhibits the formation of LiF.     

Three new bifunctional additive for safer nickel-cobalt-aluminum based lithium ion batteries

The phosphorus-containing additives can help for forming a stable solid electrolyte interface film on the NCA cathode, thus enhance the thermal stability of the electrolyte and cycle performance of the battery.     

Electrospun octa(3-chloropropyl)-polyhedral oligomeric silsesquioxane-modified polyvinylidene fluoride/poly(acrylonitrile)/poly(methylmethacrylate) gel polymer electrolyte for high-performance lithium ion battery

Gel polymer electrolyte (GPE) based on octa(3-chloropropyl)-polyhedral oligomeric silsesquioxane (OCP-POSS)-modified polyvinylidene fluoride/poly(acrylonitrile) /poly(methylmethacrylate) (PVDF/PAN/PMMA) fibrous membrane was prepared by electrospinning method to improve the thermal stability of GPE and prevent the leakage of liquid electrolyte for lithium ion battery. The effect of OCP-POSS content on the morphology, porosity and electrolyte uptake, mechanical strength, thermal stability of spinning fibrous membrane and ionic conductivity, electrochemical stability window, and interface resistance of GPE was investigated. The cycle performance of cells assembled with GPE was also tested. The results show that the spinning fibrous membrane with 10 wt% OCP-POSS possesses high electrolyte uptake (660%) and excellent thermal stability. The ionic conductivity of corresponding GPE is 9.23 × 10^?3 S cm^?1 at room temperature and the electrochemical stability window is up to 5.82 V; the interface resistance of 10 wt% OCP-POSS modified GPE decreases by 42% after 168 h compared with pure PVDF/PAN/PMMA GPE. Furthermore, cells assembled with 10 wt% OCP-POSS modified GPE show high discharge capacity (166.5 mA h g^?1 at 0.1 C) and excellent cycle stability during 50 cycles. The results indicate that the GPE could improve the safety of lithium ion battery and show great potential in lithium ion battery applications.     

Electrochemical properties of niobium and phosphate doped spherical Li-rich spinel LiMn2O4 synthesized by ion implantation method

Spherical Li-rich lithium manganese oxide(LMO) spinel material was synthesized by an ion implanted method assisted by polyalcohol doped with Niobium and Phosphate simultaneously.The material was characterized by scanning electron microscopy,X-ray diffraction and BET specific surface area analysis.The electrochemical performances were investigated with galvanostatic techniques and cyclic voltammetry.The synthesis process was investigated with TG/DSC.The results show that the lithium ion can be immersed into the pore of manganese dioxide at a low temperature with the ion implanted method.The prepared materials have a higher discharge capacity and better crystallization than those prepared by solid phase method.The doped Nb can improve the capacity of the Li-rich LMO spinel and reinforce the crystal growth along(111) and(400) planes.The crystal grains show circular and smooth morphology,which makes the specific surface area greatly decreased.Phosphate-doped LMO spinel exhibits good high-rate capacity and structure stability.The prepared Li_(1.09)Mn_(1.87)Nb_(0.031)O_(3.99)(PO_4)_(0.021)delivers a discharge capacity of 119mAhg~(-1) at 0.2C(1C=148mAg~(-1)) and 112.8 mAhg~(-1) at 10 C,the discharge capacity retention reaches 98% at 1 ℃ after 50 cycles at 25 ℃ and 94% at 55 ℃.     

二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能

本文采用市售纳米硅为硅源,以软化点低、得碳率高、价格便宜的煤沥青作为碳源,通过两步包覆法制备了煤沥青基硅/碳(Si/C/C)复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的粒径在300~350 nm间,Si纳米粒子被C包覆并相互连结成C-Si-C网络结构,其中Si含量为27%的硅/碳复合物(Si/C/C-27%)作为锂电池电极材料表现了良好的储锂性能。 在0.1 A/g的小电流密度下,Si/C/C-27%的放电比容量为1281 mA·h/g;在3 A/g的大电流密度下,其放电比容量仍能保持在582 mA·h/g,表现了良好的倍率性能。Si/C/C-27%在2 A/g的电流密度下经过100次的循环后其比容量保持率为76.61%,表现了良好的循环稳定性。 相比于煤沥青基碳的一次包覆所得的硅/碳复合材料(Si/C),Si/C/C有效提高了Si纳米粒子的导电性并抑制了其在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀。 本文提出的二次包覆的新方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料提供了新的研究思路。     

硫化物固态电解质Li10GeP2S12与锂金属间界面稳定性的改善研究

通过N-丁基-N-甲基哌啶双（氟磺酰）亚胺盐离子液体和双（氟磺酰）亚胺锂盐修饰了Li|Li₁₀GeP₂S₁₂界面，并研究了界面的改性效果.研究结果表明，在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜（SEI），具有一定流变性的离子液体可渗透到Li₁₀GeP₂S₁₂晶粒内部；在0.1 mA/cm²的电流密度下，界面改性后的Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|Li对称电池可稳定循环1500 h以上，极化电压仅为30 mV.在2.5~3.6 V电压范围内，Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|LiFePO₄电池在0.2C倍率下充放电循环的首次放电比容量为148.1 mA·h/g，库仑效率为95.8%，经过30次循环后容量保持率为90.1%.     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料, 应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料. X射线衍射技术(XRD)及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术(SEM)、综合热分析(TG-DSC)表征结果和电化学测试结果表明, 该材料具有单一层状结构, 颗粒大小均匀, 热稳定性好, 首次放电比容量高达208.7 mA·h/g(2.0-4.6V, 0.1 C), 电化学性能优异. 非原位(ex situ)XRD测定结果表明, 材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减.