电极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能关系研究的一些进展

为了更深入地研究正负极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能之间的关系,本文在介绍了简单而较适用的处理X射线衍射数据的方法之后,系统综述了电池活化前后、循环过程中正负极活性物质结构和微结构与电池性能之间关系研究的一些进展.主要包括:(1)具有适当晶粒大小和较大层错几率的βNi(OH)2物质,能获得较大的充放电容量;(2)没有观测到MH/Ni电池在充放电过程中有β-Ni(OH)2 β-NiOOH的相变,只有满充和过充电时才发生部份β-Ni(OH)2 γNiOOH的相变;MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性物质中嵌入和脱嵌的氢离子形成固相质子在电极间定向运动.(3)循环性能的衰减、内阻、容量的变化与正负极活性物质的微结构变化有良好对应关系.微结构变化消耗电解液,并改变电解液的性能.正极、负极和电解液三者的共同作用是循环性能衰减的主导原因.(4)正极添加剂与电池性能之间的关系.由于正极添加剂Lu2O3和CaF2能抑制正极活性物质的微晶细化、减缓总的层错几率降低,对于储氢合金能抑制品粒增大,特别能抑制A(0H)3和B的析出,故能提高了电池的循环性能和寿命.(5)电池储存前后的容量衰减和内阻增加是其在储存过程中CoOOH析出和晶粒细化双重作用的结果.     

尖晶石LiMn2O4及其衍生物的电化学阻抗特性

尖晶石LiMn2O4(以下简称LMO)是锂离子电池正极材料之一，具有价格低廉，资源丰富的特点。锂离子电池的充放电过程实际上是锂离子从正极脱嵌、再嵌入正极的过程。因此Li^ 在正负极材料及电解液中的扩散性能影响着电池的电性能，通过其电化学阻抗谱可得出锂离子的扩散系数及电导率等参数。     

基于动态参数响应模型的动力锂离子电池循环容量衰减研究

结合锂离子电池容量衰减主要机制,建立了基于动态参数响应的电化学热耦合模型,研究磷酸铁锂电池循环寿命及电池内部的电化学行为.模型采用恒流恒压充放电制度对电池进行循环充放电仿真计算.结果显示:800次循环后,电池容量衰减率约为6.35%,电池内部固体电解质界面膜阻抗增大了15.6 m?·m~(-2).分别探讨了充放电倍率、负极活性物质颗粒粒径、负极固相体积分数对电池循环寿命的影响.研究表明:400次循环后,相较于1C(C表示充放电倍率)倍率下的容量衰减率3.31%,2C,3C,4C容量衰减率分别达到3.93%,4.69%和5.04%;负极活性颗粒粒径为2和10μm时对应容量衰减率分别为2.89%,3.87%,差值接近1%;固相体积分数在[0.5,0.6]区间内能保持最好的电池循环稳定性和寿命发挥.     

X射线衍射研究纳米材料微结构的一些进展

本文在简单评叙过去常用于金属材料中晶粒(嵌镶块)大小和微观应变的X射线衍射线形分析方法(分离微晶—微应变二重宽化效应的Fourier分析、方差分析和近似函数三种方法)之后,介绍了作者及合作者近年来发展和建立的分离微晶—微应变、微晶—层错、微应变—层错二重宽化效应和分离微晶—微应力—层错三重宽化效应的一般理论、最小二乘方法和计算程序系列。然后把这些方法用于评价各种典型纳米材料微结构的研究。它们包括:(1)贮氢合金MmB5;(2)面心立方结构纳米NiO的分析,获得微结构参数与热分解温度的关系;(3)体心立方结构的V-Ti基合金在吸放氢过程中的结构变化;(4)用来研究镍氢电池活化前后正极-βNi(OH)2的微结构时,对一般方法作简化,从而了解了-βNi(OH)2在镍氢电池中充放电过程和电池循环过程中的行为;(5)六方纳米ZnO的微结构研究和添加Ca、Sr和混合稀土的Mg-Al合金中的微结构研究;(6)还用于六方(2H-)石墨堆垛无序度的测定。实际应用发现,对不同的纳米材料合理应用分离X射线衍射多重宽化效应的一般理论和方法显得十分重要。实际应用还发现,所提出的分离多重宽化效应的方法,能用于评价和研究纳米材料及其在使用过程微结构的变化,从而把材料性能与微结构参数联系起来,建立性能与结构之间的关系,并已获得不少有益结果。     

X射线衍射研究纳米材料微结构的一些进展

本文在简单评叙过去常用于金属材料中晶粒（嵌镶块）大小和微观应变的X射线衍射线形分析方法（分离微晶-微应变二重宽化效应的Fourier分析、方差分析和近似函数三种方法）之后,介绍了作者及合作者近年来发展和建立的分离微晶微应变、微晶层错、微应变-层错二重宽化效应和分离微晶-微应力层错三重宽化效应的-般理论、最小二乘方法和计算程序系列。然后把这些方法用于评价各种典型纳米材料微结构的研究。它们包括：（1）贮氢合金MmB5;（2）面心立方结构纳米NiO的分析,获得微结构参数与热分解温度的关系;（3）体心立方结构的uTi基合金在吸放氢过程中的结构变化;（4）用来研究镍氢电池活化前后正极伊Ni（OH）2的微结构时,对一般方法作简化,从而了解了β-Ni（OH）2在镍氢电池中充放电过程和电池循环过程中的行为;（5）六方纳米ZnO的微结构研究和添加Ca、Sr和混合稀土的Mg-Al合金中的微结构研究;（6）还用于六方（2H）石墨堆垛无序度的测定。 实际应用发现,对不同的纳米材料合理应用分离X射线衍射多重宽化效应的一般理论和方法显得十分重要。 实际应用还发现,所提出的分离多重宽化效应的方法,能用于评价和研究纳米材料及其在使用过程微结构的变化,从而把材料性能与微结构参数联系起来,建立性能与结构之间的关系,并已获得不少有益结果。     

三维自支撑甲苯灰微球锂硫电池正极材料的制备与性能研究

新能源交通工具的飞速发展激发了人们对高能量密度电池技术的探索,锂硫电池因为具有较高的理论能量密度被视为锂离子电池的替代品。但由于硫具有导电性差和多硫化物的穿梭效应等问题,锂硫电池的商业化应用仍面临巨大的挑战。基于此,为改善锂硫电池的性能,设计了一种高导电性三维支撑的正极结构:多级交联的三维导电网络能够有效提高正极材料导电性;纳米碳球堆叠形成的孔道结构提供了丰富的反应活性点位和体积缓冲空间。测试结果表明,这种新型正极结构在0.15 C的电流倍率下放电比容量高达1 124 mAh g-1;在2 C的大电流倍率充放电200次循环后,放电比容量仍能保持在591 mAh g~(-1),表现出良好的循环稳定性和电化学稳定性。     

锂离子电池Sn-Ti合金负极材料的制备及性能研究

采用磁控溅射沉积技术制备了纳米级Sn-Ti合金负极材料,并用X射线衍射和扫描电子显微镜进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明先镀Sn后镀Ti（Sn/Ti复合膜）和先镀Ti后镀Sn（Ti/Sn复合膜）具有很大的性能差异,其中Sn/Ti复合膜具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量.首次放电容量和充电容量分别为9275 mAh/g和6954 mAh/g,首次库仑效率为75％,经30次循环后,该电极的放电容量保持为4152 mAh/g,这主要归因于活性物质Sn与电解液界面之间存在非活 关键词： 锂离子电池 磁控溅射 Sn-Ti合金 电化学性能     

锂离子电池LiMn1-xFexPO4(0<x<1)正极材料的制备及性能研究

本文采用固相法制备了纯相LiMn_1-xFe_xPO₄/C (x=0.2,0.4,0.6)正极材料,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明不同Mn和Fe原子比的电极材料具有很大的性能差异,其中当x=0.4时,材料具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量.首次充电容量和放电容量分别达到141.5 mAh/g和125.7 mAh 关键词： 锂离子电池 固相法 1-xFe_xPO₄')" href="#">LiMn_1-xFe_xPO₄ 正极材料     

纳米铜掺杂Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))O_2正极材料的制备和性能研究

通过Cu纳米颗粒掺杂制备了Li[(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))_(1-x)Cu_x]O_2三元正极材料,并通过调节Cu的掺杂量,讨论了Cu的掺入对Li[(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))_(1-x)Cu_x]O_2三元正极材料晶体结构、表面形貌、电化学性能和循环性能等一系列性能的影响,铜掺杂量为x=0.01时,在0.2C倍率下的首次放电比容量达到了219.1 mAh/g,经过50次充放电循环之后,剩余比容量为115.4 mAh/g。最终结果为Li[(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))_(1-x)Cu_x]O_2中Cu的掺入量为x=0.01时,所得正极材料的电化学性能和循环性能最为优异。     

LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料的制备与电化学性能

LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料作为最有商业化前途的锂离子电池正极材料，近年来成为研究者关注的焦点。但目前针对该材料合成工艺的研究还较少。对LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂开展了不同的烧结工艺研究，并对制备出的正极材料进行了表征和性能测试。研究发现在0.1C (电池容量额定值)倍率下充放电比容量为200 mA·h·g-1左右，在1C倍率循环100次下，480 ℃@3 h + 780 ℃@5 h和500 ℃@5 h + 780 ℃@10 h两种烧结工艺下容量保持率分别为94%和86%，说明用这两种工艺制备的正极材料的综合性能最优。     

锂离子电池相关材料的Raman光谱学研究

锂离子电池是目前综合性能最好的可充电池。本文总结我们实验室用Raman光谱学研究锂离子电池相关材料的一些结果 ,包括聚合物电解质的微结构和离子输运机制 ,低温热解碳负极材料的结构表征和锂离子在其中的嵌入 /脱出机理 ,元素替代引起正极材料LiMn2 O4的结构变化以及在充放电过程中电极 /电解质界面形成的钝化层的性质及其对电池性能的影响     

LiCoO_2电池正极微结构模拟退火重构及传输物性预测

采用实验或数值方法对多孔复合电极微结构进行重构和特征化不仅是锂离子电池介观尺度数值模型的重要组成部分,也是通过数值技术由底向上进行电极微结构虚拟设计与优化的基础.本文以某商用LiCoO2电池正极的孔隙率、电极组成材料的组分体积分数、活性材料颗粒粒径分布、相关函数等重要结构与统计信息作为输入参数,采用模拟退火法对其微结构进行了数值重建,得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构,其重要特性参数与实际电极一致.对重构电极的特征化分析,得到了电极内部各组分的连通性、孔径分布等特征信息.同时,采用D3Q15格子Boltzmann模型计算了重构电极的有效热导率以及电解液(或固相)的有效传输系数.与随机行走模拟或Bruggemann等经验公式相比,基于实际电极微结构细节信息的介观数值方法对多孔电极有效传输系数的预测更为准确可靠.     

脉冲激光沉积非晶态Ni-V2O5 复合薄膜及其电化学性能研究

首次报道了用 35 5nm脉冲激光沉积非晶态Ni V2 O5复合薄膜电极的电化学性能 .采用不同摩尔比的NixV2 O5靶 (x =0 .1,0 .3,0 .5 ) ,在不同的基片温度 (Ts)和O2 气压力下制备了Ni V2 O5复合薄膜 .XRD和SEM测定表明 ,在不锈钢基片上 ,Ts=30 0℃和氧气压力为 14Pa沉积 0 .5h得到的是非晶态的Ni V2 O5薄膜 .将此非晶态的Ni0 .3 V2 O5薄膜电极用于锂电池的正极 ,与纯V2 O5薄膜相比 ,不仅具有良好的放电速率性能和高的比容量 ,而且其充放电循环稳定性优异 .该薄膜电极在放电速率为 2 0C时测得的比容量达 2 0 0mAh/ g ,并经 10 0 0次以上的充放电循环无明显的衰减     

基于第一性原理的锂空气电池钌掺杂石墨烯正极 氧还原反应机理研究

双电解液锂空气电池因其高理论能量密度受到广泛研究,但电池正极侧氧还原反应(ORR)速率低,其反应速率是限制锂空气电池发展的主要因素之一.本文提出了以钌(Ru)掺杂单层石墨烯作为正极ORR催化剂,采用第一性原理计算nRu (n=1～3)掺杂石墨烯的电子结构和氧气在Ru掺杂石墨烯表面的吸附性能,并以过渡态搜索方法获得ORR反应路径,研究碱性溶液中Ru掺杂单层石墨烯作用下的ORR机理.研究结果表明,经Ru原子掺杂后,石墨烯能够获得稳定的掺杂结构,且电导率显著提升.同原始单层石墨烯相比,Ru掺杂石墨烯增强了对O₂的吸附能力.在三Ru(n=3)掺杂石墨烯表面进行的ORR无需克服任何能垒.此外,三Ru掺杂石墨烯表面对OH基团的吸附能最低,有利于ORR的连续进行.研究表明三Ru掺杂石墨烯有望成为一种新型的ORR催化剂以提高双电解液锂空气电池的性能.     

LiFePO4在不同pH值水溶液中电化学性能表现及其衰减机理

LiFePO₄在含Li⁺水溶液中的电化学性能稳定性与水溶液的pH值密切相关,当溶液的pH值达到11后LiFePO₄在充放电循环过程中的容量衰减十分明显. 通过循环伏安测试、交流阻抗测试、电极充放电性能测试、非原位X射线衍射测试以及化学分析的方式对其容量衰减机理进行了研究. 结果表明LiFePO₄在pH=7的LiNO₃水溶液中具有相对最高的电化学稳定性,但是LiFePO₄材料在水溶液中较之其在有机电解液中依然会有较差的电化学性能表现. 认为LiFePO₄在水介质中的容量衰减现象归因于其在持续充放电过程中的Li、Fe、P溶解,同时电极表面也会附着一层沉淀物. 这些最终导致了材料晶体结构的破坏、电极极化的增大以及电极容量的衰减.     

锂离子电池Sn-Al薄膜电极的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射沉积技术制备了纳米级Sn-Al合金薄膜电极材料,并用X射线衍射和扫描电子显微镜进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明直流DC与射频RF两种不同的溅射方法制备的Sn-Al薄膜电极具有很大的性能差异,前者DC法制备的材料颗粒细小,表现出稳定的循环性能,其首次放电容量为1060 mAh/g,首次效率为71.7％,电极经过50次循环后比容量保持在700 mAh/g以上.后者RF法制备的材料颗粒较大,放电比容量开始上升,第五次循环后接着逐渐衰减,表现出较差的循环性能. 关键词： 锂离子电池 磁控溅射 Sn-Al合金 电化学性能     

基于电池热特性及产热行为的新型锂离子电池评价

建立了一种新的基于锂离子电池热特性及产热行为的电池性能评价方法. 通过测量一系列不同容量及电极材料的18650电池在不同充放电时间及电流下其充放电能量的变化,建立了一个包含焦耳热与极化热影响因子的表达电池在充放电过程中的能量损失的模型. 利用这种模型,计算出电池总内阻R以及极化参数′,并且对R及′在不同温度下的变化情况进行了研究,建立一个对不同电池和不同温度都适用的普适性模型.     

全钒液流电池非等温模型

本文基于多孔电极、电解液及集流体热物理性质的显著差异,考虑了钒离子透过膜对电池性能的影响,建立了全钒液流电池动态工作过程的非等温模型。与文献中的实验测量值相比,钒电池电压随时间变化的最大计算误差为2.91%,验证了模型的正确性。应用该模型,重点研究了正负电极与膜构成的区域,以及集流体区域的传热传质规律。结果表明,多次充放电循环后负极电解液钒离子总量增加而正极钒离子总量减少,电池容量降低。电池的电流密度对产热有较大影响,较大的电流密度下与外界达到热平衡时温度较高。此模型对发展大功率电池堆储能系统的有重要参考意义。     

高性能的钛掺杂O3相Na_(1-x)Cr_(1-x)Ti_xO_2(x=0,003,005)用于钠离子电池正极材料的研究（英文）

本文通过凝胶热聚合路线合成了层状的O3相正极材料Na_(1-x)Cr_(1-x)Ti_xO_2(x=0 0.03, 0.05),采用X射线衍射、扫描电子显微镜来分析其晶体结构和微观形貌.研究发现,适量的钛掺杂有助于形成更均匀的颗粒并且会改变样品的颜色.作为钠离子电池正极材料,Na//Na_(0.97)Cr_(0.97)Ti_(0.03)O_2具有非常高的库伦效率(首次高于96%),并且在2.0-3.6 V的电化学窗口下,用0.2 C的倍率循环100次,只有4%的容量衰减;在32 C倍率下有110 mAh/g的比容量.     

K2FeO4扣式电池中电解液的含量对其放电性能的影响

为了解K2FeO4扣式电池的放电性能和电解液含量对其放电性能的影响,本文自制并采用恒流放电手段测试了含有不同含量饱和KOH电解液的K2FeO4扣式电池的放电性能.恒流放电结果显示,K2FeO4扣式电池中饱和KOH电解液的含量越多,其放电容量越高.