锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2研究进展

富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂因具有超过250 mA·h·g^-1的可逆比容量和高工作电压(>3.5 V. Li/Li⁺)以及经济成本低的特点，在便携式电子设备中发挥着重要的作用，也被认为是下一代混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的理想动力源，是一种有前途的正极材料。由于富锂锰基正极材料存在低倍率容量、电压衰减严重、初始容量损失大的问题，因此提高电池的容量和寿命是目前研究的重点。为此综述了锂离子电池富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的储锂机理、制备方法以及改性研究。     

铝掺杂及钨酸锂表面包覆双效提升富锂锰基正极材料的循环稳定性

采用溶胶-凝胶法合成Al掺杂富锂锰基Li_1.2Mn_0.54-xAl_xNi_0.13Co_0.13O₂（x=0、0.03）锂离子电池正极材料,之后采用一步液相法制备Li₂WO₄包覆层,系统地研究了Al掺杂和Li₂WO₄包覆双效改性对富锂锰基正极材料电化学性能的影响.结果表明,Al掺杂后明显提升富锂锰基正极材料的循环稳定性,包覆层Li₂WO₄明显改善其倍率性能和放电平台电压衰减问题.Li₂WO₄包覆量为5% Li_1.2Mn_0.51Al_0.03Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料在2.0~4.8 V充放电电压区间及1000 mA·g^-1电流密度下比容量仍高达110 mAh·g^-1左右,同时在100 mA·g^-1的电流密度下循环300次容量保持率为78%,而且循环过程中放电平台电压衰减也明显减缓.该工作为解决锂离子电池富锂锰基正极材料循环稳定性和平台电压衰减提供了新的思路.     

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

随着新能源如电动汽车、储能电站的蓬勃发展,人们对下一代高性能锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命提出了更高的要求. 而富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂（0 < x < 1,M = Mn、Co、Ni…）具有可逆比容量高（240 ~ 280 mAh·g^-1,2.0 ~ 4.8 V）、电化学性能较佳、成本较低等优点,已吸引了研究者的关注,有望成为下一代锂离子电池用正极材料. 本实验室采用固相法和溶胶-凝胶法制备不同的富锂锰基正极材料,其中,溶胶-凝胶法制得的Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂电极首周期放电比容量277.3 mAh·g^-1,50周期循环后容量272.8 mAh·g^-1,容量保持率98.4%. 本文重点结合本实验室的研究工作,对新型富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的结构、合成、电化学性能改性和充放电机理等进行总结与评述.     

锂离子电池富锂锰基层状正极材料的稳定性

富锂锰基层状正极材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂,M=Ni,Co,Mn等)因其比容量高、成本低廉以及环境友好等优点,被认为是未来锂离子电池正极材料的最佳候选者之一。然而,该正极材料存在长循环中电压衰减过快、循环性能不佳和倍率性能较差等问题,严重阻碍了该材料的商业化应用。在这篇综述中,我们结合最新的研究进展从富锂锰基层状正极材料的稳定性出发,阐述了该材料的结构特性及电化学行为,并从体相掺杂和表面修饰两个方面,综述了提升富锂正极材料循环过程中稳定性的手段。最后,我们对该领域的发展趋势进行展望并认为体相掺杂和表面调控相结合的联合改性机制是未来该领域发展的方向。     

磷酸锂原位包覆富锂锰基锂离子电池正极材料

本工作通过“碳酸盐共沉淀-沉淀转化-固相反应”方法,实现磷酸锂原位包覆和改性富锂锰基锂离子电池正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂,研究了磷酸锂包覆层的形成过程及其对电化学性能的影响.结果显示,碳酸盐前驱体经沉淀转化反应原位形成磷酸镍包覆层,与锂源混合煅烧,最终转化为厚度小于30 nm的磷酸锂包覆层.该材料组装的半电池在125 mAh·g^-1电流密度下循环175圈后容量达191.1 mAh·g^-1,容量保持率为81.8%,平均每圈电压衰减仅为1.09 mV.磷酸锂包覆层缓解了材料表面与电解液之间的副反应,抑制了不可逆相变和过渡金属溶出,同时磷酸锂作为锂离子导体促进锂离子传输.本工作表明沉淀转化法原位包覆磷酸锂是提升富锂锰基正极材料性能的有效途径.     

高比能锂离子电池层状富锂正极材料改性策略研究进展

层状富锂材料具有超过250 mAh∙g⁻¹的高可逆比容量,被认为是下一代高比能锂离子电池最具商业化前景的正极材料之一。然而,层状富锂材料在实际应用之前仍需解决诸多挑战,如高电压氧释放、层状到岩盐相的结构变化、过渡金属离子迁移等结构劣化,并由此带来了较低的初始库伦效率、电压/容量的衰减以及循环寿命的不足。针对以上问题,进行层状富锂材料改性无疑是一种行之有效的方法。本综述全面介绍了层状富锂材料的结构、组分以及电化学性能,在此基础上对材料改性策略进行了系统阐述,详细介绍了体相掺杂、表面包覆、缺陷设计、离子交换和微结构调控等一系列改性策略的现状以及发展趋势,最终提出了高容量和长循环层状富锂材料和高比能锂离子电池的设计思路。     

一种碳纳米管改性富锂锰基正极材料的策略

采用一种新策略对Li1.184[Ni0.15Mn0.516Co0.15]O2进行改性,即通过气流破碎、高压均质混合分散和喷雾干燥的方法得到与碳纳米管复合的富锂锰基正极材料(CNT@LMR)。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱(Raman)的方法对改性的材料进行了表征,发现碳纳米管导电网络均匀地分布在富锂锰基正极材料的表面,而且在材料内部的一次颗粒之间也有大量的碳纳米管存在。电化学性能测试表明,碳纳米管改性后的富锂锰基正极拥有更好的倍率性能和循环寿命。在5C倍率下经过改性的富锂锰基正极的放电比容量为141.4 mAh·g-1,远高于未改性的富锂锰基正极的放电比容量(76.6 mAh·g-1)和碳纳米管仅作为富锂锰基正极导电剂时的放电比容量(110.7 mAh·g-1)。在1C倍率下循环100次后,碳纳米管改性的富锂锰基正极的容量保持率在87.2%,高于富锂锰基正极(77.8%)。不同循环次数下的电化学阻抗谱表明,均匀分布在富锂锰基正极材料表面的碳纳米管网状结构有效地改善了电极/电极液的界面反应,抑制了电极固体电解质界面(SEI)膜的增厚和减缓了电极的极化。同时,材料内部的碳纳米管导电网络降低了一次颗粒间的内阻并加快了电极的电荷转移过程。     

纳米Al2O3包覆富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的性能研究

采用纳米三氧化二铝(Al₂O₃)对富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂进行表面均匀包覆, 并考察了最优纳米Al₂O₃包覆量下材料的电化学性能. 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)显示了纳米Al₂O₃对富锂锰基正极材料表面均匀包覆, X射线衍射分析(XRD)结果表明包覆后富锂材料依然具有良好的层状结构. 恒流充/放电循环测试发现, 包覆后的Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料的首次放电比容量为249.7 mA·h/g, 循环100次后的容量保持率为89.5%, 与未包覆的Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料相比, 容量保持率提升约13%. 循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试结果表明, 纳米Al₂O₃包覆可有效抑制材料极化, 降低界面阻抗和电荷转移阻抗, 进而提升富锂锰基正极材料的电化学性能.     

富锂锰基正极材料的电压衰减机理及其改性策略

富锂锰基正极材料因其能量密度高、成本低和环境友好等特点,成为最具有应用前景的锂离子电池正极材料之一.然而,富锂锰基材料严重的电压衰减成为其实现商业化的一大难点.本文从富锂锰基材料的晶体结构出发,总结了造成材料电压衰减的作用机理和影响因素,针对电压衰减提出了有效的改性策略,最后对富锂锰基正极材料未来的研究方向和发展作了展...     

表面活性剂对氧化铝修饰富锂锰基正极材料的影响

采用氧化铝修饰改性富锂锰基正极材料,探讨了表面活性剂在修饰改性中的作用。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和电化学性能测试等方法对材料结构和电化学性能进行分析。实验结果表明,十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)能使Al_2O_3纳米颗粒均匀包覆在富锂锰基正极材料表面,有效增强了复合材料结构的稳定性。在600 mA·g~(-1)电流密度下,该复合材料的初始放电容量为186mAh·g~(-1)。经过500次循环后,其可逆放电比容量仍高于132 mAh·g~(-1),初始容量保持率高达71%。此外,电压衰退也被有效抑制,复合材料表现出优异的综合电化学性能。     

Bisquare robust polynomial fitting method for dimple distortion minimization in surface quality analysis

In this paper, the bisquare robust polynomial fitting (BSRPF) method for surface texture features assessment was proposed. Plateau-honed cylinder liner bronze surfaces with additionally burnished microcavities (defined as dimple, holes, and/or cavities) were taken into consideration. Analyzed details were measured with stylus (Talyscan 150) or white light interferometer (Talysurf CCI Lite) methods. It was assumed that application of commonly used (in surface contact and noncontact measurement technology) polynomial fitting procedures did not allow to extract required features; distortion of microreservoir dimples for oil consumption assessment was falsely estimated when valleys were near edge or on the edge located. Application of bisquare robust polynomial fitting method caused a minimization of microflattens of dimples irrespective of valley distribution; the biggest degree of polynomial fitting method applied, the minimal distortions of oil reservoirs were noticed. The valley size (depth and width) and valley-to-valley distance were also taken into account.     

Different Distributions of Counterions in the Surface Layer of Cationic Surfactant Solutions

We have separately determined the surface tension of pure aqueous solutions of cetyltrimethylammonium chloride and cetyltrimethylammonium bromide and their surface potentials by a Kelvin probe system. With the help of Gibbs equation, the surface excess has been determined through approximating the chemical activity of the surfactant by their dilute bulk concentration. In the following, the surface potential—surface excess isotherms were established. Those potential isotherms evidence that cetyltrimethylammonium chloride solution has a higher value compared to that of cetyltrimethylammonium bromide under equal surface excess. This phenomenon is supposed to be owed to the different distributions of chloride and bromide ions within the adsorption layer of the solutions, which can be attributed to the different properties of those two anions.     

Chemical interface damping in single gold nanorods and its near elimination by tip-specific functionalization

Tip-functionalized nanorods: Single-particle spectroscopy shows that functionalization of small gold nanorods with thiol groups leads to a broadening of the plasmon resonance by chemical interface damping. By specifically functionalizing the tips of the nanorod this broadening is nearly eliminated while the sensing performance is maintained relative to fully functionalized particles.     

Preparation of ZnO Film on 2024Al Surface for Hydrophobicity Investigation

A uniform ZnO film with microscale rod-like structure has been obtained on 2024Al surface by the hydrothermal method and perfluorooctanoicacid has been used to enhance the surface hydrophobic performance of the ZnO film. The as-prepared ZnO film was characterized by scan electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectrum (XPS). The results indicate that the ZnO film is uniform and the ZnO microrods are 2 um in length. The water contact angle of hydrophobic surface is 146° and the sliding angle is 10°.     

分子自组装法制备具有可控浸润性的铜表面简

通过简单浸泡的方法在铜基底上制备出了具有微纳米复合结构的氧化铜,再利用混合硫醇溶液[含HS(CH2)9CH3和 HS(CH2)11OH]对浸泡后的表面进行修饰,通过控制溶液中HS(CH2)11OH的浓度,制备出一系列具有不同浸润性的铜表面,实现表面从超疏水到超亲水的有效调控. 研究发现,表面浸润的可控性源于表面复合结构与不同化学组成的协同作用,微纳米复合结构的存在为表面浸润性的调节提供了必要的条件.     

溶胶处理对硅灰石表面性质的影响

本工作用锡和锌两种溶胶对硅灰石进行表面处理。用酸碱测定、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、粒度分析、比表面测定和扫描电子显微分析(SEM)等方法研究了溶胶处理对硅灰石表面化学性质和物理性质的影响情况。结果表明经过溶胶处理,锡或锌是以氧化物的形式包覆在硅灰石的表面,使得硅灰石的表面组成、形貌和酸碱性都发生了变化。     

锂硫电池正极材料研究进展

电动汽车行业的迅速发展,逐步提高了对二次电池容量的要求,因此急需发展新型高容量锂电池。锂硫电池具有高理论比容量(1675mAh/g)和高理论比能量(2600Wh/kg),使其能够实现锂离子电池3~5倍的能量密度。但是,正极长链多硫化物溶解引起的容量衰减快、循环寿命短等因素限制了锂硫电池的实用化进程。本文针对正极聚硫锂溶解问题,从正极材料表面包覆、表面吸附、表面催化的角度对近年来提高锂硫电池循环性能的正极材料研究思路和研究进展进行综述,最后对提高锂硫电池性能的发展趋势提出展望。     

MgO缺陷和不规则表面的能带结构研究

用扩展休克尔紧束缚（ＥＨＴ）晶体轨道方法对ＭｇＯ表面缺陷和不规则结构进行能带计算,并对能带的结构及组成进行了讨论。计算结果表明,各种缺陷及不规则表面的表面状态与完整晶面比较,存在明显差异,前者由于其导带底部能带的变化造成导带和价带间的能隙减小。我们发现,ＭｇＯ缺陷及不规则表面吸附能力与其表面能大小及表面不同位置原子的净电荷数密切相关。缺陷模型的表面能均大于完整晶面,故缺陷有利于表面吸附     

分子自组装法制备具有可控浸润性的铜表面

通过简单浸泡的方法在铜基底上制备出了具有微纳米复合结构的氧化铜, 再利用混合硫醇溶液[含HS(CH₂)₉CH₃和 HS(CH₂)₁₁OH]对浸泡后的表面进行修饰, 通过控制溶液中HS(CH₂)₁₁OH的浓度, 制备出一系列具有不同浸润性的铜表面, 实现表面从超疏水到超亲水的有效调控. 研究发现, 表面浸润的可控性源于表面复合结构与不同化学组成的协同作用, 微纳米复合结构的存在为表面浸润性的调节提供了必要的条件.     

Surface viscoelasticity of phospholipid monolayers at the air/water interface

The surface viscoelastic properties of monolayers of two phospholipids DPPC (L--dipalmitoylphosphatidylcholine) and DMPE (L--dimyristoylphosphatidyl-ethanolamin), at the air-water interface have been investigated. Two techniques were used for the investigation. One involved use of an interfacial shear rheometer (torsion pendulum apparatus ISR1), to provide measurements of the shear viscosity _s as a function of surface pressure, and the second, a modified LB trough with an oscillating barrier to generate periodie dilation and compression so as to measure the dilational elastic modulusE as a function of surface area.Results indicate a strong dependence of _s andE upon monolayer phases. This suggests that the viscoelastic relaxation of monolayers can be understood as molecular rearrangements, domain exchange and molecular reorientations between different monolayer states.