聚1-氨基蒽醌在二次锂电池正极材料中的应用

采用化学方法合成聚1-氨基蒽醌并用于二次锂电池正极材料,通过红外光谱、扫描电镜、粒度测试、循环伏安以及充放电测试等方法对材料的官能团结构、微观形貌、颗粒大小以及电化学性能等进行了研究与分析.实验表明,与金属锂组成二次锂电池后,聚1-氨基蒽醌达到了218.3 mAh•g－1的首次放电容量,经过25次循环后仍可保持较高的充放电效率.由于材料具有较高的能量密度且不含对环境有污染的元素S,因此是二次锂电池非常有希望的正极材料.     

无机聚合物正极材料聚三硫代磷氮烯的制备与表征

合成了无机化合物聚三硫代磷氮烯[NPS3]n,借助红外光谱与元素分析测试确定了聚合物的重复单元结构;并通过比表面积分析、粒度测试和扫描电子显微镜观察了无机聚合物材料的微观形貌;热重分析测试表明材料在300℃以下能够稳定使用;循环伏安实验发现,作为锂二次电池正极材料使用,聚三硫代磷氮烯的电化学还原反应在2.25 V(versus Li/Li+)发生,其可逆的电化学氧化反应在2.51 V(versus Li/Li+)进行;充放电测试显示这种无机材料具有745.2 mAh.g-1的首次放电容量,与理论值(759.0 mAh.g-1)十分接近,经过60次充放电循环后放电容量保持在708.8 mAh.g-1,容量保持率95.1%,循环性能优秀.     

聚1,4-二氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物的制备及其电化学性质研究

以多壁碳纳米管为基板,运用简单磁力搅拌方法,通过π-π堆积作用,使1,4-二氨基蒽醌负载于多壁碳纳米管材料上,获得了聚氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物(PDAAQ/MWCNTs)。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)等方法对PDAAQ/MWCNTs的结构和性能进行表征。结果发现3~4 nm厚的聚氨基蒽醌层原位生长在多壁碳纳米管上,这种独特的结构极大地增加了复合物的比表面积和聚氨基蒽醌的利用率。分散性能好的PDAAQ/MWCNTs复合物具有高的赝容性能。     

锂电池正极材料1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌的电化学性能

研究了一种新型有机醌类化合物1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌(THAQ)及其氧化产物(O-THAQ)的电化学性能.循环伏安和充放电结果显示,在放电时材料中的羰基和羟基均被还原为烯醇锂盐(襒C—O-Li+)结构,其中羰基还原为烯醇锂盐结构的过程可逆.O-THAQ首次放电容量和循环性能都有显著提高,氧化产物的首次放电容量为250 mAh.g-1,20次循环容量为100 mAh.g-1.讨论了THAQ氧化前后性能差异的原因.     

苯胺-邻硝基苯胺共聚物——高比容量锂二次电池新型正极材料

聚苯胺作为锂离子电池典型的有机正极材料,合成简单、资源丰富,但其电化学比容量与循环寿命始终难以满足实用要求.作者采用化学氧化聚合法合成了苯胺-邻硝基苯胺共聚物(Poly(Aniline/o-Nitroanil-ine,P(AN-oNA)),通过在聚苯胺主链引入强拉电子基团——硝基苯胺,增大共聚物的电子共轭体系,改善共聚物链段的稳定性,利用硝基苯胺基团的电化学可逆性提高共聚物的电化学活性.结果表明,P(AN-oNA)的初始充放电比容量高达186 mAh·g-1,比聚苯胺提高近37%,60周循环仍能维持168 mAh·g-1.此外,P(AN-oNA)电极的充放电电位平阶十分接近,电极的极化明显降低,电子转移反应速率加快.这种新型共聚物结构与性能对于发展有机正极材料具有重要的参考意义.     

液相法合成锂离子电池正极材料Li_(1+x)Mn_2O_4

采用柠檬酸络合和溶液浸渍两种方法制备Li1+xMn2 O4正极材料 ,用XRD和BET测试了材料晶体结构和比表面积 ,考察焙烧温度、Li/Mn比、起始原料对产物结构和电化学性能的影响 ,结果表明 ,焙烧温度与Li/Mn比是影响材料电化学性能的关键因素 ,确定了制备Li1+xMn2 O4材料最佳条件为 0≤x≤ 0 .0 5 ,焙烧温度 75 0°C ,所得电池材料首次充放电容量达到 1 2 0mAh/g .循环 5 0次后 ,其充放电容量为 1 1 5mAh/g .     

氨基蒽醌衍生物的合成及其用作锂电池正极材料的电化学性能

合成了两种新型的有机正极材料——5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)和5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ),用核磁氢谱(1H-NMR)、质谱(MS)、元素分析(EA)、傅里叶红外(FTIR)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱等方法对材料进行了表征,应用恒流充放电(GD/C)、循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)等测试手段对材料的电化学性能进行了测试.实验结果表明:相比ADDAQ,ADAQ首次放电容量和循环性能都有显著提高.ADAQ的首次放电比容量为185mAh·g-1,50次循环之后容量为93mAh·g-1.并讨论了ADDAQ和ADAQ电化学性能差异的原因.     

聚合物自由基锂二次电池正极材料的合成与电化学性能

合成了一种聚合物自由基聚 4 甲基丙烯酸 2 ,2 ,6 ,6 四甲基哌啶 1 氮氧自由基酯 (PTMA) ,并用红外光谱 (IR)、紫外光谱 (UV)、电子顺磁共振 (ESR)等证实了PTMA的结构 .PTMA的循环伏安曲线 (扫描速度为 5mV·s- 1)显示通过阳极的氧化电量和阴极的还原电量相等且氧化峰电流等于还原峰电流 ,表明PTMA的氧化还原反应可逆性很好 .PTMA的氧化峰电位 (Ea ,p=3 6 6VversusLi Li+ )与还原峰电位 (Ec,p=3 58V)之差为 80mV ,比其它锂二次电池的有机正极材料 (如有机二硫化物 )小得多 ,因此PTMA的氧化还原反应速度比较快 .PTMA的最大放电比容量为 78 4mAh·g- 1(以 0 2C充放电 ) ,是它理论比容量 ( 111mAh·g- 1)的 70 6 % ,它的充放电曲线分别在 3 6 5V和 3 56V处有一个很平稳的平台 ,经过 10 0次充放电循环后电池的放电比容量相对于最大放电比容量只衰减了 2 % ,表明PTMA 锂扣式电池具有优良的循环稳定性 .这些研究结果显示PTMA是一种非常有发展前景的有机聚合物自由基锂二次电池正极材料     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54-x)Ni_(0.13)Co_(0.13)Zr_xO_2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06).通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安(CV)及电化学交流阻抗谱(EIS)技术对其电化学性能进行测试.结果表明,Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06)正极材料均具有α-NaFeO2型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C(充放电电流以1.0C=180 mA·g-1计算)倍率充放电进行测试,样品Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2的首次放电比容量分别为280.3和206.4 mAh·g-1.其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g-1.在50、25和-10°C,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在-10°C经过50次循环后正极材料Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13Zr0.02O2比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2正极材料的性能

富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料颗粒尺寸在100～200 nm范围,YF3包覆不会改变材料结构和形貌.电化学恒流充放电测试表明,YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2电极的比容量,尤其倍率比容量明显提高.60 mA·g-1电流密度下包覆电极材料30周循环后其比容量保持在220 mAh·g-1以上,1500 mA·g-1电流密度下其比容量仍可达150 mAh·g-1.电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,YF3包覆电极电荷转移电阻和扩散阻抗均明显降低,有利于电化学性能改善.     

AlF3包覆对Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2正极材料电化学性能的影响

通过共沉淀法制备锂离子电池富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2,并对其进行AlF3包覆。实验结果表明,通过AlF3包覆,材料的电化学性能得到明显提高。在0.2C下,包覆前材料的首次放电比容量为253 mAh.g-1,首次充放电效率仅为88.8%。经过AlF3包覆,材料的首次放电比容量提高到294 mAh.g-1,首次充放电效率高达96.4%。同样,在1.0C下循环50次,未包覆材料的放电比容量由225 mAh.g-1降到185 mAh.g-1,容量保持率仅为82.2%。经过AlF3包覆,材料的放电比容量由230mAh.g-1仅降为222 mAh.g-1,容量保持率高达96.5%。     

酰亚胺基锂电池有机聚合物负极材料的制备及电化学性能研究

设计合成了一系列聚酰亚胺基的共轭骨架材料用于锂电池负极.首先,选用具有不同共轭体系的二酐分子用作共聚物构建单元,随后通过亚胺化反应与三聚氰胺共缩聚.最后,通过进一步热处理提高材料的交联程度和稳定性.将该材料用于锂离子电池负极表现出稳定的电化学性能.聚合物的倍率性能测试结果表明:在150 mA·g~(-1)的电流密度下,循环150次后,放电比容量达到471 mAh·g~(-1)以上,在2 A·g~(-1)的较大电流密度下,放电比容量达122.1 mAh·g~(-1),当电流密度返回至100 mA·g~(-1)时,其放电比容量又上升至532.3 mAh·g~(-1)左右,材料具有较好的倍率性能,聚合物材料在充放电过程中,避免了有机小分子材料在与锂离子结合后,易溶于电解液造成的容量损失.同时,共聚物骨架的共轭结构单元和极性基团,可在保证材料的导电性的同时增加材料结合锂离子的能力,因此表现出了优异的倍率性能.     

锂离子电池用硅/碳复合负极材料

以聚氯乙烯（PVC）、纳米硅粉和小粒径的人造石墨为前驱物,利用高温热解 反应,使纳米的硅和石墨微粒高度均匀地分散在PVC热解产生的碳中,形成一种新 型硅碳复合嵌锂材料,电化学测试表明：该复合材料首次充放电效率约为84%。可 逆比窝容量500mAh·g~（-1）左右,30次循环后容量维持在90%以上。另外,该复 合材料充放电平台经目前锂离子电池广泛采用的中间相碳微球（CMS）高0.15V左右 ,这有助于提高电池的充电倍率性能和操作安全性。     

硫/水热碳球复合材料的制备及对锂硫电池倍率性能的影响(英文)

在锂硫电池正极材料的研究中,碳材料可以有效改善电池倍率及循环性能。为了提高锂硫电池的高倍率放电性能,通过水热合成的方法,制备了由非均匀粒径碳球组成的碳材料。与硫热合成后,硫均匀分布在碳材料表面及周围,复合材料含硫量为52wt%。0.2C放电电流下,首次放电比容量为1 174 m Ah·g-1,100次循环后放电比容量为788 m Ah·g-1。在4C的放电电流下,放电比容量稳定维持在600 m Ah·g-1,循环过程中,库伦效率高于90%。该碳材料有良好的导电网络,且制备方便,成本低廉,对于穿梭效应和放电过程中的膨胀效应有一定的抑制作用,是一种优秀的正极材料。     

多酚类化合物—丹宁酸用作锂金属负极电解液成膜添加剂

As the application of lithium-ion batteries in advanced consumer electronics, energy storage systems, plug-in hybrid electric vehicles, and electric vehicles increases, there has emerged an urgent need for increasing the energy density of such batteries. Lithium metal anode is considered as the "Holy Grail" for high-energy-density electrochemical energy storage systems because of its low reduction potential (-3.04 V vs standard hydrogen electrode) and high theoretical specific capacity (3860 mAh·g^-1). However, the practical application of lithium metal anode in rechargeable batteries is severely limited by irregular lithium dendrite growth and high reactivity with the electrolytes, leading to poor safety performance and low coulombic efficiency. Recent research progress has been well documented to suppress dendrite growth for achieving long-term stability of lithium anode, such as building artificial protection layers, developing novel electrolyte additives, constructing solid electrolytes, using functional separator, designing composite electrode or three-dimensional lithium-hosted material. Among them, the use of electrolyte additives is regarded as one of the most effective and economical methods to improve the performance of lithium-ion batteries. As a natural polyphenol compound, tannic acid (TA) is significantly cheaper and more abundant compared with dopamine, which is widely used for the material preparation and modification in the field of lithium-ion batteries. Herein, TA is first reported as an efficient electrolyte film-forming additive for lithium metal anode. By adding 0.15% (mass fraction, wt.) TA into the base electrolyte of 1 mol·L^-1 LiPF₆-EC/DMC/EMC (1 : 1 : 1, by wt.), the symmetric Li|Li cell exhibited a more stable cyclability of 270 h than that of only 170 h observed for the Li|Li cell without TA under the same current density of 1 mA·cm^-2 and capacity of 1 mAh·cm^-2 (with a cutoff voltage of 0.1 V). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS), scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, cyclic voltammetry (CV), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyses demonstrated that TA participated in the formation of a dense solid electrolyte interface (SEI) layer on the surface of the lithium metal. A possible reaction mechanism is proposed here, wherein the small amount of added polyphenol compound could have facilitated the formation of LiF through the hydrolysis of LiPF₆, following which the resulting phenoxide could react with dimethyl carbonate (DMC) through transesterification to form a cross-linked polymer, thereby forming a unique organic/inorganic composite SEI film that significantly improved the electrochemical performance of the lithium metal anode. These results demonstrate that TA can be used as a promising film-forming additive for the lithium metal anode.     

硫/水热碳球复合材料的制备及对锂硫电池倍率性能的影响

在锂硫电池正极材料的研究中,碳材料可以有效改善电池倍率及循环性能.为了提高锂硫电池的高倍率放电性能,通过水热合成的方法,制备了由非均匀粒径碳球组成的碳材料.与硫热合成后,硫均匀分布在碳材料表面及周围,复合材料含硫量为52wt%.0.2C放电电流下,首次放电比容量为1174mAh·g^-1,100次循环后放电比容量为788mAh·g^-1.在4C的放电电流下,放电比容量稳定维持在600mAh·g^-1,循环过程中,库伦效率高于90%.该碳材料有良好的导电网络,且制备方便,成本低廉,对于穿梭效应和放电过程中的膨胀效应有一定的抑制作用,是一种优秀的正极材料.     

电压敏感性聚三苯胺修饰隔膜用于锂硫电池过充保护

本文以三苯胺为原料,通过化学氧化法制备了具有电压敏感性的聚三苯胺(PTPAn)并将其成功应用到锂硫电池隔膜上。电导率测试结果表明,PTPAn/聚丙烯(PP)隔膜的离子电导率达1.56 mS·cm^-1;循环伏安(CV)测试结果表明,PTPAn/PP隔膜在3.5–4.2 V内具有氧化还原峰。在0.1C倍率下,采用PTPAn/PP隔膜和空白PP隔膜的锂硫电池在经200周循环后,放电比容量分别为424.8和407.2 mAh·g^-1,库伦效率分别为99.38%和98.59%,倍率测试表明(0.1C、0.2C、0.5C、1C),采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池在不同倍率下放电比容量均高于采用空白PP隔膜的锂硫电池。与此同时,对采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池进行过充实验,在第4周过充时,充电比容量为843.1 mAh·g^-1,放电比容量为839.8 mAh·g^-1;第10周过充时,充电比容量为690.2 mAh·g^-1,放电比容量为669.2 mAh·g^-1。第16周过充时,电池的充电比容量为538.7 mAh·g^-1,放电比容量为512.9 mAh·g^-1。倍率过充测试表明,经过不同倍率过充实验后,采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池仍能正常工作,在1C倍率下过充,电池电压稳定保持在3.9 V,充电比容量为349.8 mAh·g^-1,放电比容量为328.7 mAh·g^-1。     

A hierarchical micro/nanostructured 0.5Li2MnO3·0.5LiMn0.4Ni0.3Co0.3O2 material synthesized by solvothermal route as high rate cathode of lithium ion battery

A hierarchical micro/nanostructured Li-rich layered 0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_0.4Ni_0.3Co_0.3O₂ (H-LMNCO) material is prepared for the first time through the development of a solvothermal method, and served as cathode of lithium ion batteries. Electrochemical tests indicate that the H-LMNCO exhibits both a high reversible capacity and an excellent rate capability. The reversible discharge capacity of the H-LMNCO has been measured as high as 300.1 mAh·g^− 1 at 0.2 C rate. When the rate is increased to 10 C, the discharge capacity could still maintain a high value of 163.3 mAh·g^− 1. The results demonstrate that the developed solvothermal route is a novel synthesis strategy of preparing high rate performance Li-rich layered cathode material for lithium ion batteries.     

锂电池阴极材料尖晶石型LiMn2－xLaxO4的研究

采用高温固相法,合成了掺杂改性的锂离子电池阴极材料尖晶石结构的LiMn2－xLaxO4（x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.10）.用XRD对材料的晶体结构进行了表征.从材料的晶体结构、充放电测试和循环性能等方面分析了掺杂元素镧在稳定晶体结构中的作用.实验表明，掺杂后的材料在常温和高温下的循环性能均得到了明显改善.而且当掺杂量x≤0.04时，材料有较高的放电比容量.