碳燃烧合成锂离子电池正极材料LiN0.5Mn1.5O4

锂离子电池自1991年推出以来得到迅猛发展，广泛用作各种电子器件的电源。近年由于能源和环境问题日益突出，电动汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）日益受到重视，其关键是高功率密度电池。现有的二次电池中，锂离子电池是最适合的车用动力电池。提高锂离子电池功率的一个主要途径是提高正极材料的工作电压。因为正极材料的工作电压越高，电池的比功率就越高，就更适合用作电动汽车的动力电池。     

高能量密度锂离子电池用富锂正极材料

随着移动通讯设备和电动汽车的发展,对高比能量密度锂离子电池的需求越来越大。目前商业化动力电池主要采用的磷酸铁锂和三元正极材料放电比容量均低于180 mAh/g,难以满足一次充电行驶500公里以上的要求,因此,正极材料的比容量已成为限制锂离子电池能量密度提高的瓶颈。富锂材料具有大的比容量(≥250 mAh/g)和高的放电电压(3.8 V),理论能量密度高达900 Wh/kg,是未来动力电池的理想正极材料,因而研究高比容量富锂正极材料具有非常重要的现实意义。本文回顾了锂离子电池正极材料的发展和目前商业化正极材料比容量低的现状,综述了新一代大比容量富锂正极材料的结构特征和电化学性质,以及放电机制和改性研究的最新进展,并指出现阶段高能量密度锂离子电池用富锂材料遇到的问题,且有针对性地提出了解决思路和方法。     

锂离子电池石墨烯-LiMPO4（M=Fe,V和Mn）复合正极材料的研究进展

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长和安全性能好等优点,在电动车动力电池领域具有重要发展前景.开发高性能的正极材料又是动力电池研究的热点.与已商业化的正极材料钴酸锂相比,橄榄石结构Li MPO4(M=Fe,V和Mn)材料具有理论容量高、成本低、安全性能好和循环性能稳定等优点,非常适宜发展为电动汽车用锂离子电池正极材料,但是Li MPO4材料较低的电子及离子传导性成为其产业化必须克服的难题.石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的二维材料,其碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格结构.由于其具有高比表面积、优异的导电性能和化学稳定性,用于Li MPO4复合材料时可以很好地控制Li MPO4粒径,提高材料导电性能和机械性能.本文综述石墨烯-Li MPO4(M=Fe,V和Mn)复合材料在国内外最新研究进展,重点针对石墨烯-Li MPO4(M=Fe,V和Mn)复合材料合成方法、形貌控制及电化学性能进行总结和探讨.     

浅析动力电池的技术发展

从普及纯电动汽车的远期目标出发,基于动力电池的技术现状,本文提出了动力电池的近、中和远期的合理开发目标.通过分析可能满足各阶段目标的电池体系,提出了动力电池的技术发展路线,着重分析了提升正极或负极容量对于电池能量密度的贡献,并针对锂离子电池、锂-硫和锂-空气电池的材料与技术发展提出了可能的思路.最后,简要分析了动力锂离子电池的安全性问题及其可能的解决方案.     

锂离子动力电池及其关键材料的发展趋势

进一步提高电池的能量密度是动力电池发展的主题和趋势,而关键材料是其基础.本文从锂离子动力电池正、负极材料,隔膜及电解液等几个方面,对锂离子动力电池关键材料的发展趋势进行评述.开发高电压、高容量的正极新材料成为动力锂离子电池比能量大幅度提升的主要途径;负极材料将继续朝低成本、高比能量、高安全性的方向发展,硅基负极材料将全面替代其他负极材料成为行业共识.此外,本文还对锂离子动力电池正极、负极材料等的选择及匹配技术、动力电池安全性、电池制造工艺等的关键技术进行了简要分析,并提出了锂离子动力电池研究中应予以关注的基础科学问题.     

动力型锂离子电池富锂三元正极材料研究进展

随着电动汽车、智能电网以及大规模储能领域的快速发展,对作为储能设备的锂离子电池的各项性能指标,如能量密度和功率密度等,提出了更加苛刻的要求。因此,开发稳定性好、比容量高的新型正极材料是进一步提高锂离子电池能量密度的关键。富锂三元正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li Mn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(0.1≤x≤0.5)具有工作电压高、比容量高、环境友好等优点,引起了广大科研工作者的高度关注和广泛研究。本文就此类新型富锂三元正极材料的研究进展进行了总结,对该类材料的晶体结构特征以及首次充放电机理、电化学性能的改善等进行了评述,并对其未来的发展方向进行了展望。     

磷酸铁锂电池低温性能的改性方法简述

LiFePO₄电极材料具有比容量高、工作电压稳定、成本低及环境友好等优点,被视为理想的锂离子电池正极材料,是目前电动汽车主要正极材料之一。 然而在低温下LiFePO₄电池性能显著降低,限制了其在冬季和高寒地区中的使用。 研究人员分析了低温下磷酸铁锂电池性能快速下降的原因,并提出解决办法。 本文概述了提高磷酸铁锂电池低温性能的4个方法:1)脉冲电流;2)电解液添加剂;3)表面包覆;4)体相掺杂。     

LiFePO4基高功率锂离子电池

LiFePO_4是近年来刚刚发展起来的一种新型锂离子电池正极材料,具有安全性能好、循环寿命长、环境友好、价格便宜等优点,被认为是最有前途的新一代锂离子电池正极材料,在动力电池和高功率电池等领域将有着广阔的应用前景,所以磷酸铁锂材料和电池已成为国内外电源界研究和开发的热点。     

LiFePO4基高功率锂离子电池

LiFePO4是近年来刚刚发展起来的一种新型锂离子电池正极材料，具有安全性能好、循环寿命长、环境友好、价格便宜等优点，被认为是最有前途的新一代锂离子电池正极材料，在动力电池和高功率电池等领域将有着广阔的应用前景，所以磷酸铁锂材料和电池已成为国内外电源界研究和开发的热点。     

石墨烯增增强锂离离子电池池铝箔集流流体的抗抗腐蚀性性

正锂离子电池广泛应用在手机、笔记本电脑以及电动汽车等领域~(1,2)。提升锂离子电池性能是当今储能领域的研究的热潮。尽管材料体系千变万化,集流体是锂离子电池不可或缺的组成部分,起着沟通外部电路与内部电化学反应的重要作用~(3,4)。集流体材料必须满足稳定性高、导电性高、轻质高强、价格低廉等要求。目前,铜箔和铝箔分别是商业化锂离子电池常用的正极和负极集流     

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。     

电化学储能研究22年回顾

本文回顾了22年来作者的电化学储能研究活动,共分三个部分. 第一部分叙述高比能量、高比功率储能器件研究,包括锂硫电池研究（硫复合正极材料、锂硫电池制作、锂硼合金作为锂硫电池负极、硫-锂离子电池新体系）、超级电容器研究（超级活性炭、以酚醛树脂为原料制备电容炭、碳纳米管阵列中寄生准电容储能材料、氧化镍干凝胶准电容储能材料、归纳出电容炭材料的性能要求、电容器研制、确定“第四类”超级电容器）、锂离子电池研究（锂离子电池与可再生燃料电池的对决、双变价元素正极材料、磷酸钴锂正极材料、高功率锂离子电池的制作）. 第二部分叙述规模储能电池研究,包括液流电池新体系研究（蓄电与电化学合成的双功能液流电池、全金属化合物单液流电池、有机化合物正极的单液流电池）、致力于振兴铅酸电池（推广铅蓄电池新技术、铅炭电池的研究、铅酸电池新型板栅的研究）,储能电池（站）的经济效益计算方法. 第三部分叙述电动汽车发展路线研究,包括氢能燃料电池电动汽车、纯电动汽车与混合动力汽车、对我国电动汽车发展路线的建议、力争电动汽车补贴的合理化、坚守电动汽车“节能减排”宗旨、提出“发电直驱电动车”. 最后的结束语谈了三点感悟.     

基于磷酸铁锂的锂离子动力电池性能

磷酸铁锂(LiFePO4)因其无毒、对环境友好、原材料来源丰富、比容量高、循环性能好、安全性能优异等特点已被公认为突破正极材料制约的新一代安全低成本高容量大功率型动力或储能锂离子电池首选正极材料,已成为我国及世界主要发达国家锂离子动力电池的重点发展方向[1,2].     

阴离子硫氧化还原与Li_(1-x)NiO_(2-y)S_y的结构稳定性:第一性原理研究（英文）

高镍层状氧化物是电动汽车高能量密度锂离子电池正极材料的首选。本文通过第一性原理计算模拟了Li_(1-x)NiO_(2-y)S_y材料的脱锂过程。通过GGA+U计算分析了体系费米能级处的电子结构,充电过程中的氧化还原机制和热稳定性。在Li_(1-x)NiO_(2-y)S_y脱锂过程中,首次发现硫参与电荷补偿,抑制过渡金属的迁移,降低晶格扭曲幅度和提高体系中氧的稳定性。这种基于硫阴离子氧化还原对锂离子电池阴极材料电化学行为的调制有助于设计高稳定性的高镍正极材料。     

LiNi0.8Co0.2-XMXO2的合成和电化学性能研究

锂离子电池手机、笔记本电脑、电动汽车技术、医疗仪器电源以及宇宙空间等领域。目前商品化锂离子电池正极活性材料主要是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4,及其掺杂化合物。LiNiO2具有比容量高,功率大、价格适中等优点,但也存在合成困难,热稳定性差等问题,其实用化进程一直比较缓慢。     

废旧锂离子电池正极材料资源化回收与再生

随着电子设备的普及和电动汽车行业的迅速崛起,作为提供能量来源的锂离子电池发挥着重要的作用。以钴酸锂、磷酸铁锂以及三元正极材料为代表的锂离子电池产销量不断增加;与此同时,为了提供更长的续航时间以及续航稳定性,新型锂离子电池材料的研究工作也在不断推进。在此背景下,锂离子电池正极材料的失效、废弃以及资源化回收再生的过程就显得愈发重要,如何在下游解决报废锂离子电池处理的问题也逐渐提上日程。基于此,本文分别从湿法和火法再生两个角度对废旧锂离子电池正极材料的回收和再生过程进行了介绍,包括回收条件优化的方法、较为新颖的回收再生方法以及再生材料的性能等,并总结了回收再生过程的杂质元素,包括铝、铜等元素对再生材料结构和性能的影响以及工业上常用的回收废旧锂离子电池的方法和环境影响。最后对锂离子电池回收的方法进行总结并进行展望。     

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。     

锂离子电池高电压电解液的研究现状

目前提高锂离子电池能量密度的途径主要有提高锂离子电池的工作电压和应用高工作电压的正极材料,因此,锂离子电池高电压电解液的研究和开发势在必行。本文概述了锂离子电池电解液和高电压电解液的特点,介绍了前线轨道理论中的HOMO和LUMO对电解液设计的指导意义。尤其是结合日本知名企业和科研机构在高电压电解液方面的研究成果,阐述了两种实现电解质高电压化的途径,即提高溶剂本身的耐氧化性和使用添加剂,总结了氟代酯、氟化醚、硼酸酯、砜类和耐氧化添加剂等用于高电压电解液中的关键物质类型,并讨论了目前高电压电解液研究开发所带来的启示。     

锂离子电池正极材料的结构设计与改性

正极材料是目前锂离子电池中锂离子的唯一或主要提供者,也是锂离子电池能量密度提高和价格降低的瓶颈.本文在简要介绍几类典型的正极材料结构、性能特点及存在的主要问题后,重点介绍本实验室近年来在正极材料的表面改性和结构设计方面的研究进展.     

锂离子电池高压电解液

锂离子电池作为一种绿色可充电电池,具有较高能量密度以及功率密度,是便携式电子产品的首选,并逐渐应用于动力汽车领域。为了更好地满足其应用需求,需要进一步提高当前锂离子电池的能量密度。不同于高压正极材料的快速发展,传统电解液在较高工作电压下容易分解,很大程度上阻碍了高能量密度锂离子电池的商业化应用。作为锂离子电池的重要组分,电解液对其多方面性能均具有重要影响,因此亟需提高电解液的工作电压以解决锂离子电池能量密度较低的问题。本文从新型有机溶剂以及高电压添加剂两方面入手,综述近年来国内外高压电解液的研究进展,介绍理论计算对于设计高压电解液的作用,并对高压电解液的发展及前景做出总结和展望。