聚1,5-二氨基蒽醌二次锂电池正极材料研究

采用化学氧化方法合成了聚1,5-二氨基蒽醌(PDAAQ)并用于二次锂电池.借助红外光谱确定其分子结构,实验测得材料的平均粒径为7.9μm,比表面积为8.9 m2.g-1,具有0.8 S.cm-1的电导率,符合作为电极材料使用的基本要求;电化学测试表明,作为二次锂电池正极材料使用时,聚合物重复单元中除了醌基团与Li+所发生的电化学氧化还原反应外,聚苯胺导电骨架也对PDAAQ的能量密度和循环性产生贡献.充放电曲线则进一步确定了聚苯胺骨架与醌基团协同作用的存在,实验表明,在Li(CF3SO2)2N/PC+DGDM电解液中,基于活性材料PDAAQ的首次放电容量达到221 mAh.g-1,经过40次充放电循环,容量保持率为80%,因此聚1,5-二氨基蒽醌具有较大应用潜力.     

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。     

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.     

锂离子二次电池正极材料 Li~0~.~7~5Na~0~.~2~5MnO~1~.~9~2I~0~.~0~8化合物 的合成与表征

采用LiOH·H~2O为锂源,化学纯MnO~2(CMD)为锰源,NaI为添加剂,乙腈为非水介质,在常温常压下合成了锂离子二次电池正极材料Li~0~.~7~5Na~0~.~2~5MnO~1~.~9~2I~0~.~0~8化合物,并采用XRD,BET,TEM及电化学测试等手段对该化合物进行了表征。结果表明该化合物原料呈非晶态超细粉末,平均粒径在45～60nm之间,具有较大的比表面积(35～48m^2/g)。经260℃真空干燥后,样品转化为纳米晶态,以该化合物作正极材料与Li作对电极构成的锂电池,在1.5～4.3V之间和0.353mA/cm^2条件下恒流充放电,首次充放电比容量超过280(mA·h)/g。充放电效率大于95％。循环20次后,其充放电比容量仍大于260(mA·h)/g,是很有应用前景的锂离子二次电池正极材料。     

锂离子二次电池正极材料 Li~0~.~7~5Na~0~.~2~5MnO~1~.~9~2I~0~.~0~8化合物 的合成与表征

采用LiOH·H~2O为锂源,化学纯MnO~2(CMD)为锰源,NaI为添加剂,乙腈为非水介质,在常温常压下合成了锂离子二次电池正极材料Li~0~.~7~5Na~0~.~2~5MnO~1~.~9~2I~0~.~0~8化合物,并采用XRD,BET,TEM及电化学测试等手段对该化合物进行了表征。结果表明该化合物原料呈非晶态超细粉末,平均粒径在45～60nm之间,具有较大的比表面积(35～48m^2/g)。经260℃真空干燥后,样品转化为纳米晶态,以该化合物作正极材料与Li作对电极构成的锂电池,在1.5～4.3V之间和0.353mA/cm^2条件下恒流充放电,首次充放电比容量超过280(mA·h)/g。充放电效率大于95％。循环20次后,其充放电比容量仍大于260(mA·h)/g,是很有应用前景的锂离子二次电池正极材料。     

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%.     

新型Ni(OH)2.05电极材料的电化学性能研究

采用化学氧化法制备了碱性二次电池用正极材料Ni(OH)2.05, 考察了其作为镍氢电池正极活性材料的电化学性能. 结果表明: 以氧化处理过的样品为正极材料组装成镍氢模拟电池在0.2 C倍率下放电容量为281 mAh•g－1; 1 C充放电条件下, 270次循环后容量保持98% 以上. 交流阻抗分析和循环伏安测试表明, 经过氧化修饰的镍电极具有更小的电荷传递电阻、更快的质子扩散速度; ΔEa,c小于未处理样品70 mV, 电化学可逆性优于未处理样品; 对不同放电截止电压下的充放电测试发现: 放电截止电压进一步降低后, 相对于未处理过的样品, 氧化处理后样品无明显的二次放电平台, 第一放电平台末的容量与未处理样品二次放电平台末容量相当, 从而有效地抑制了二次放电平台现象.     

2,2'-双氨基苯氧基二硫化物及其聚合物的合成研究

在不同的锂或锂离子二次电池正极材料中 ,新型的聚有机二硫化物有可能成为最有应用前景的电池正极材料之一 [1] ,Visco等 [2 ]首次提出利用二硫化物中双硫键的断裂与再接 (即电聚合与电解聚 )化学性能应用于锂二次电池的充放电 .目前 ,对有代表性的有机二硫化物 2 ,5 -二巯基 -1 ,3 ,4-噻二唑(DMc T)进行了大量的研究[3～ 5] ,最近又提出通过合成新的聚有机二硫化物来提高其电化学性能[6 ,7] .为了得到一种新型高电化学活性和高导电性的锂或锂离子二次电池正极材料 ,本文通过化学方法合成2 ,2 -双氨基苯氧基二硫化物 (DAPD)单体 ,并通…     

高比能锂-硫电池研究进展

随着全球经济快速发展对高效绿色能源需求的不断增长,锂-硫电池因具有较高的能量密度,成为了下一代高能量密度二次电池研发的重点.然而,锂-硫电池面临的循环寿命短、库仑效率低、安全性能差、较高自放电等问题,使其目前还很难实现商品化.锂-硫电池存在的这些问题主要与正极活性硫材料的高绝缘性、放电过程中产生的多硫化物溶解于电解液、硫正极在充放电过程中的体积膨胀与收缩、以及锂负极支晶化等有关.通过从锂-硫电池硫复合正极、电解液、黏结剂和负极等4个方面综述了高比能锂-硫电池的最新研究进展,其中重点介绍了硫正极复合材料的进展情况.     

一种双锂盐梳状聚合物电解质的制备及电化学性能

将聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝在聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(PIAMA)上合成梳状锂单离子导体PIAMA-g-MPEG, 并与双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)复合制成双锂盐梳状聚合物电解质薄膜. 用核磁共振波谱 (¹H NMR)、 热重分析(TG)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电化学阻抗(EIS)和电池充放电测试等方法对聚合物基体和电解质的物化性质和电化学性能进行了研究.结果表明, 设计的双锂盐梳状聚合物电解质能够有效解离并传输锂离子, 70 ℃下离子迁移数(t_Li⁺)为0.32, 离子电导率(σ)为1.5×10^-4 S/cm, 电化学稳定窗口为0~4.9 V (vs. Li/Li⁺). 组装Li|PIAMA-g-MPEG|Li电池并进行70 ℃恒电流充放电电压极化测试, 结果表明, 电解质与金属锂负极兼容性较好, 能够有效抑制锂枝晶的生长.组装LiFePO₄|PIAMA-g-MPEG|Li电池进行70 ℃长循环及倍率性能测试, 电解质表现出了优异的高温性能.     

锂离子电池预锂化补锂策略研究进展

锂离子电池(LIBs)因高能量密度和长循环寿命而被广泛用于储能电子产品、电动汽车等众多领域。然而,在锂离子电池首次充放电过程中,固体电解质界面(SEI)膜的形成会造成电解液发生不可逆分解、初始活性Li⁺损失(ALL)和不可逆容量损失,会影响电池体系容量和能量密度的发挥,对于硅基负极电池体系而言尤为显著。基于这一问题,亟需开发各种补锂策略来降低活性锂损失,有效提高电池体系的首次库仑效率(ICE),从而实现更高的能量密度和循环稳定性。结合现阶段所做工作,从正负极角度出发,将预锂化补锂策略分为正极预锂化和负极预锂化,主要包括富锂正极材料、富锂预锂化试剂、惰性锂金属粉、含锂有机溶液等一系列预锂化补锂措施。通过系统的分类、比较与总结后,对预锂化以实现电池的高能量密度和长循环寿命提出建议,有助于为预锂化策略走向商业化提供启示。     

锂离子电池电极用规整中孔碳分子筛的电化学特性

采用SEM, N₂吸附技术和XRD对首次用于锂离子电池电极的规整中孔碳分子筛CMK-5的表面形态、孔结构和晶体结构进行了表征. 利用恒电流仪和伏安循环法研究了CMK-5的电化学性质, 并与传统的阳极材料石墨进行对比. 结果表明, CMK-5具有良好的可逆特性, 在第三次充电-放电循环中贮能密度仍可达525 mAh/g, 由于CMK-5具有特殊的中孔结构, 因而更适合用作快速充电-放电循环材料. 一个有趣的现象是, CMK-5在伏安循环的正值部分没有出现极值, 这与传统阳极材料显著不同. 另外, 还利用XPS和XRD考察了CMK-5的充电-放电特性.     

TiO_2纳米管的电化学性能研究

以锐钛矿相TiO2粉末和氢氧化钠作原料,应用化学合成法,于高温高压反应釜中制备TiO2纳米管.TEM、XRD分析显示,所得产物为锐钛矿相四方结构的TiO2纳米管.恒流充放电、循环伏安法测试表明,该TiO2纳米管首次嵌锂容量达260 mA.h/g,可逆容量高,有希望成为未来一种较好的新型锂离子电池负极材料.     

多壁碳纳米管-氮化钒空心球复合材料作为高效硫载体用于锂硫电池

以多壁碳纳米管/氮化钒复合材料(MWCNT-VN)作为锂硫电池正极载体材料,利用VN的空心结构储存硫和限制多硫化物的穿梭效应。另外,MWCNT形成了一个导电网络,进一步提升了正极的导电性能。在1C的电流密度下,VN/S电极与MWCNT-VN/S电极的初始放电比容量分别为702.2和809.3 mAh·g~(-1),经过350圈循环后,每圈衰减量均小于0.1%。与单纯VN/S相比,所得MWCNT-VN复合材料的电化学性能均有提升,如较高的锂离子迁移率、稳定的倍率性能和长循环稳定性。     

新型锂离子电池电解液添加剂的合成与应用

设计并合成了一系列基于苯环和环状碳酸酯的有机分子双(2,3-环碳酸甘油酯)对苯二甲酸酯、三(2,3-环碳酸甘油酯)均苯三甲酸酯和四(2,3-环碳酸甘油酯)均苯四甲酸酯,采用倍率测试、恒流充放电测试、交流阻抗测试和扫描电子显微镜测试等手段研究了这些添加剂对锂离子电池性能的影响.通过对循环20周前后球化石墨电极形貌的对比,发现含均苯四甲酸酯和均苯三甲酸酯的电解液球化石墨电极表面相对于空白电解液可形成一层致密而稳定的固体电解质中间相膜(SEI),从而优化电极-电解液的界面性能,且电池电阻增加较小;在测试电池的倍率性能时发现,均苯四甲酸酯的加入可以改善电池的倍率性能,而对苯二甲酸酯的加入则未能改善电池的循环性能.     

PAMS基凝胶型聚合物锂电池的制备及电化学性能表征

An admixture of acrylonitrile, methyl methacrylate, styrene and commercial liquid electrolyte (LB302, 1 mol/L solution of LiPF6 in 1∶1 EC/DEC) was enclosed in CR2032 cells. The assembled cells were then γ-ray irradiated using configurations of LiNi0.8Co0.2O2/Li half cells. Through this in-situ irradiation polymerization process, rechargeable lithium cells with poly(acrylonitrile-co-methyl methacrylate-co-styrene) (PAMS) were obtained based gel polymer electrolytes. The structure and thermal stability of PAMS were characterized by FT IR and DSC analyses. The electrochemical properties and charge discharge performance of PAMS-based gel-polymer lithium cells were evaluated by AC impedance spectroscopy, cyclic voltammetry and gavanostatic battery cycling. The results indicate that the in-situ gama-ray irradiation approach is convenient to prepare gel-polymer lithium cells with good charge-discharge performance.     

MH/Ni电池储存性能的改善及其机理研究

应用恒电流充放电法和循环伏安法研究了MH/Ni电池的储存性能.结果表明,储存期间当电池开路电压下降至1.0V以下后,组成正极导电网络的CoOOH将被还原并在随后的充电过程中不能完全复原,导致电池储存性能下降.如于正极中加入镍粉作导电剂,便能在一定程度上减缓这种影响,改善电池的储存性能.     

纳米微晶TiO2合成Li4Ti5O12及其嵌锂行为

用溶胶-凝胶法并经热处理制备不同形态和晶体尺寸的TiO2，分别与Li2CO3高温固相反应生成锂钛复合氧化物，经电化学测试发现,用300 ℃热处理所得纳米微晶TiO2制备的Li4Ti5O12具有良好的嵌锂性能，其可逆比容量大于95 mA•h•g－1，充放电效率近100％，循环性能良好，电压平台平稳,在嵌锂至容量≥85％或脱锂至容量≥90％时均有明显的电压变化，可用作锂离子电池负极材料.     

Polymer-functionalized multiwalled carbon nanotubes as lithium intercalation hosts

Multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) functionalized with a hyperbranched aliphatic polyester and two different poly(ethylene glycol)s were synthesized by the reactions of carbonyl chloride groups on the surface of MWNTs and hydroxyl groups of polymers. Electrochemical intercalation of lithium in the three materials was investigated with galvanostatic charge-discharge experiments. The hyperbranched polymer-functionalized MWNT as an electrode material for lithium batteries showed a significant improvement over linear polymer-functionalized MWNTs in lithium insertion/deinsertion capacity and cycle stability. The MWNT functionalized with linear poly(ethylene glycol) showed a high initial capacity of lithium insertion/deinsertion but had the highest capacity fade rate among the materials. Because the polymers were chemically localized in the electrode-electrolyte interface, the comparison between hyperbranched and linear polymer-modified MWNTs manifested the important influence of the electrode-electrolyte interface on the electrochemical properties of lithium batteries.