混合超级电容器AC/LiMn2O4体系的电化学性能

对AC/LiMnO4体系混合电容器进行研究,以活性炭(AC)为负极材料,尖晶石结构的LiMn2O4为正极材料,Li2SO4为电解液。该体系的原理与锂离子电池很相似,从本质上说属于一种特殊的锂离子电池。改变正负极的质量配比,根据其电化学性能确定了该体系最佳的正负极质量配比。对不同电解液浓度的电容器进行不同电流密度充放电测试,发现电解液浓度增加,会使容量和大电流性能得到明显改善,极化电阻的增大会大大降低放电电压平台。实验表明该体系具有较高的能量密度和功率密度,同时保持了良好的循环性能。     

Li_4Ti_5O_(12)亚微米球的制备及其在锂离子电池中的应用

主要合成了具有尖晶石结构的Li4Ti5O12亚微米球电极材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.材料的制备分为三个步骤:TiCl4水解得到金红石相的TiO2,然后将得到的TiO2与LiOH进行水热反应得到中间相LiTi2O4+δ,最后将中间相高温煅烧得到尖晶石结构的Li4Ti5O12.采用XRD、SEM和TEM等手段对材料的结构和形貌进行表征.结果表明,尖晶石相的Li4Ti5O12负极材料具有分级结构,是由20～30nm的小颗粒堆积成约为200～300nm的亚微米球.将制备的Li4Ti5O12材料进行恒电流充放电测试表明,材料具有优异的倍率放电性能和较好的循环可逆性;在1C充放电时,首次放电比容量达到174.3mAh/g,在第5～50次循环过程中仅有微小的不可逆容量损失.采用循环伏安法测得Li+的扩散系数为1.03×10-7cm2/s.研究表明合成的Li4Ti5O12亚微米球在高效可充电锂离子电池中具有良好的应用前景.     

新型锂盐LiBC2O4F2在EC+DMC溶剂中的电化学行为

采用差热-热重(TG-DTA)、恒电流充放电和交流阻抗(EIS)分析了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的热稳定性, 研究了LiODFB/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)电解液的电化学性能及界面特征. 实验结果表明, LiODFB不仅具有更高的热稳定性, 而且在EC+DMC溶剂中具有较好的电化学性能. 与使用LiPF6/EC+DMC的电解液相比, 锂离子电池应用LiODFB基电解液在55 ℃的高温具有更好的容量保持能力; 以0.5C、1C(1C=250 mA·g-1)倍率循环放电, 两种电池间的倍率性能差别较小; LiODFB能够在1.5 V(vs Li/Li+)左右在石墨电极表面还原形成一个优异稳定的保护性固体电解质相界面膜(SEI膜); 交流阻抗表明, 使用LiODFB基电解液的锂离子电池仅具有稍微增加的界面阻抗. 因此LiODFB是一种非常有希望替代LiPF6用作锂离子电池的新盐.     

新型锂盐LiBC2O4F2在EC＋DMC溶剂中的电化学行为

采用差热-热重(TG-DTA)、恒电流充放电和交流阻抗(EIS)分析了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的热稳定性,研究了LiODFB/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)电解液的电化学性能及界而特征.实验结果表明,LiODFB不仅具有更高的热稳定性,而且在EC+DMC溶剂中具有较好的电化学性能.与使用LiPF6/EC+DMC的电解液相比,锂离子电池应用LiODFB基电解液在55℃的高温具有更好的容量保持能力;以0.5C、1C(1C=250 mA·g-1)倍率循环放电,两种电池间的倍率性能差别较小;LiODFB能够在1.5 V(vs Li/Li+)左右在石墨电极表面还原形成一个优异稳定的保护性固体电解质相界面膜(SEI膜);交流阻抗表明,使用LiODFB基电解液的锂离子电池仅具有稍微增加的界面阻抗.因此LiODFB是一种非常有希望替代LiPF6用作锂离子电池的新盐.     

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 .     

溶胶-凝胶法合成Li_(1-x)Na_xMn_2O_4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na+离子掺杂的Li_(1-x)Na_xMn_2O_4(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na+取代Li+进入Li_(1-x)Na_xMn_2O_4晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_(0.97)Na_(0.03)Mn_2O_4在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn_2O_4从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na+离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li0.97Na0.03Mn2O4仍有79.0 m Ah·g-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 m Ah·g~(-1)。Na+离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn_2O_4的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

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.     

高倍率性能正极材料LiFe_(0.9)Mg_(0.1)PO_4的结构

应用高温固相反应合成锂离子电池正极材料LiFePO4和LiFe0.9Mg0.1PO4.不同浓度的K2S2O8水溶液氧化LiFe0.9Mg0.1PO4制备部分脱锂两相混合物Li0.4Fe0.9Mg0.1PO4及完全脱锂单相化合物Li0.1Fe0.9Mg0.1PO4.X射线衍射物相分析(XRD),选区电子衍射(SAED)和高分辨原子图像(HRTEM)测试表明,脱锂相Li0.1Fe0.9Mg0.1PO4是单相化合物,没有发生相分离.点阵参数计算表明,LiFe0.9Mg0.1PO4体系嵌锂相和脱锂相的晶格错配度与LiFePO4体系相比有所降低,这正是锂离子电池正极材料LiFe0.9Mg0.1PO4具有高倍率循环充放电比容量的结构基础.     

固态锂电池中正极/电解质界面的密度泛函计算研究（英文）

锂离子电池的广泛应用对储能器件的能量密度、安全性和充放电速度提出了新的要求.全固态锂电池与传统锂离子电池相比具有更少的副反应和更高的安全性,已成为下一代储能器件的首选.构建匹配的电极/电解质界面是在全固态锂电池中获得优异综合性能的关键.本文采用第一性原理计算研究了固态电池中电解质表面及正极/电解质界面的局域结构和锂离子输运性质.选取β-Li_3PS_4(010)/LiCoO_2(104)和Li_4GeS_4(010)/LiCoO_2(104)体系计算了界面处的成键情况及锂离子的迁移势垒.部分脱锂态的正极/电解质界面上由于Co-S成键的加强削弱了P/Ge-S键的强度,降低了对Li+的束缚,从而导致了更低的锂离子迁移势垒.理解界面局域结构及其对Li+输运性质的影响将有助于人们在固态电池中构建性能优异的电极/电解质界面.     

纳米钴基氧化物锂离子电池负极材料的研究

采用流变相法合成Co3 O4 ,CoB1.3 6 O2 .8,CoB0 .5Al0 .1O1.5样品 ,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能 .当电池在 0 .0 1～ 3.0 0V的电压范围之间循环时 ,Li/Co3 O4 电池表现出最好的充放电性能 :循环 30周后 ,可逆比容量仍能保持为初始比容量 (931mAh/g)的 95 % .掺杂了B ,Al材料 ,其可逆比容量与未掺杂的相比明显降低 ,而且第 1周可逆容量随掺杂的B、Al量的增加而减少 .通过异位XRD方法研究了不同充放电态Co3 O4 电极材料结构的变化 .结果表明 ,Co3 O4 电极在充放电过程中与Li的反应机理不同于传统的过渡金属与Li的反应机理 ,即非Li+ 的嵌入 /脱出或合金的形成 ,而是Co3 O4 的可逆还原氧化以及Li2 O的可逆形成与分解机理     

高效锂离子筛吸附剂MnO2•0.5H2O的软化学合成及吸附性能研究

以MnCl₂•4H₂O, LiOH•H₂O等试剂为初始原料, 采用溶胶-凝胶、水热处理、固化等软化学合成步骤制备了锂离子筛前驱体Li_1.6Mn_1.6O₄, 并经稀盐酸抽锂后得到了高选择性锂离子筛吸附剂MnO₂•0.5H₂O. 着重对合成过程中锂锰比, 氧化剂用量等因素影响进行了探讨, 并对所制备吸附剂的吸附性能进行了研究. 结果表明, 经软化学合成步骤制备的锂离子筛对Li^＋有良好的吸附量和选择性, 在未来从海水、卤水等液态锂资源富集或提取锂的应用中具有很大的潜力.     

磷酸铁锂电池的热效应研究

以磷酸铁锂为正极材料,石墨为负极材料,制备了1865型磷酸铁锂电池,研究了该电池在绝热、隔热和自然散热条件下,不同大小电流充放电过程的热效应.研究结果表明,磷酸铁锂电池充放电过程中所放出的热量主要来源于不可逆发热,即电子、离子在传导过程中克服电池内部阻力所产生的热量.发热量与电流呈线性关系,随着电流的增大而增大.这些结...     

追踪锂金属负极的压力与形貌变化（英文）

采用高载量氧化物正极(>4mAh·cm^-2)和超薄锂金属负极(<50μm)可以构建高比能锂金属二次电池。然而,该类电池的循环寿命和安全性受到锂金属不可控沉积的严重制约。高比表面积的锂枝晶和锂“苔藓”导致了较低的库伦效率,前者有一定可能穿刺隔膜,造成电池内短路,是亟待解决的安全隐患。因此,提升锂金属二次电池的循环寿命和安全性的关键在于实现锂金属的致密沉积。文献中已有多种化学方法可达到这样的效果。由于锂金属较软,受力容易发生形变,对锂金属电池施加机械压力是另一种促进锂金属致密沉积和提高循环性能的方法。然而,机械压力、锂金属形态的演变、和循环性能之间的关系尚未被完全理解。本文报道了一种基于薄膜压力传感器的电池压力测量装置,可以实时跟踪纽扣型锂金属电池内部的压力变化,并且探究外加机械压力对电池循环性能的影响。研究发现,在纽扣电池和高比能的软包电池(5 Ah,>380 Wh·kg^-1)中,一定程度的压力可以促进锂金属的致密沉积,改善电池循环性能;而过大的压力则会导致锂金属向负极内部沉积,造成负极变形和电池性能恶化。我们的研究结果凸显了...     

用MnO_2离子筛吸附剂从溶液中提取锂(英文)

研究了MnO2离子筛的制备、表征及其提锂性能。通过控制低温水热合成反应条件制备了4种不同晶相的一维纳米MnO2,进一步用浸渍法制备了Li-Mn-O三元氧化物前驱体,并经酸处理后得到对Li+具有特殊选择性的离子筛。用XRD、吸附等温线、吸附动力学及pH滴定等手段对产物的晶相结构和Li+吸附性能进行了研究。结果表明,SMO-b和SMO-d离子筛的Li+平衡吸附量符合Freundlich吸附等温方程。反应物浓度对MnO2不同晶面的生长速率有不同的影响,但(NH4)2SO4对吸附容量并无提高。吸附速率方程符合一级动力学Lagergren方程。MnO2离子筛Li+的吸附量远远高于Na+。     

NaY分子筛的改性及吸附脱氮性能

采用离子交换法用NH⁺₄、Zn²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺阳离子改性NaY分子筛,并利用XRD、FT-IR和低温N₂吸附-脱附等方法对改性的分子筛进行了表征。XRD 和FT-IR表征结果表明,改性后的分子筛骨架完好。Cr改性Y分子筛(CrY)的比表面积、孔体积及平均孔径均较小,但存在部分介孔。研究了改性分子筛对含喹啉模拟燃料的吸附脱氮,喹啉分子尺寸的模拟结果为0.711 6 nm×0.500 2 nm,说明其并不易进入Y型分子筛0.74 nm的微孔。吸附脱氮结果表明,CrY的脱氮效果最好,CuY和ZnY次之,NH₄Y效果最差,改性分子筛的吸附脱氮性能与金属离子的价态有关,同价金属离子改性后的分子筛,吸附时间对其影响趋势相同,且金属离子价态越高,改性分子筛的吸附脱氮性能越好。吸附温度对CrY和NH₄Y分子筛吸附脱除喹啉的影响不大,可在室温下使用,但高温有利于CuY和ZnY吸附脱氮。XRD表征结果表明,焙烧后CrY分子筛骨架已完全塌陷失去了绝大部分吸附脱氮性能。     

LiTi2(PO4)3的Na/Li离子交换特征

锂离子传导材料LiTi₂(PO₄)₃能在LiCl水溶液中高选择性地与Na⁺进行离子交换. 研究了NaCl 溶液中LiTi₂(PO₄)₃上的Na/Li离子交换反应, 实验结果表明, 升高温度能显著提高LiTi₂(PO₄)₃上的Na/Li交换反应速率, 其离子交换动力学规律可近似由JMAK(Johnson-Mehl-Aurami-Kalmogorav)方程描述. 对LiTi₂(PO₄)₃在水和NaCl溶液中的溶解行为的研究结果表明, 升高温度能加快其在水中的溶解速率, pH值过大或过小及离子交换都会加剧LiTi₂(PO₄)₃的溶解.     

Influence of 3A molecular sieve on tetrahydrofuran (THF) hydrate formation

Visual observation of the THF hydrate formation process in the presence of a 3A molecular sieve has been made at normal atmosphere and below a temperature of zero by microscopy. The results indicate that a 3A molecular sieve can induce the nucleation of the THF hydrate and promote the THF hydrate growth. With the existence of a 3A molecular sieve, the growth rate of THF hydrate is between 0.01 and 0.05 μm/s. In comparison with the system without any 3A molecular sieve, the growth rate increases about 4 nm/s. After the THF hydrate grows into megacryst, the crystals will recombine and partially change under the same condition.     

磷酸锡铝分子筛(SnAPO-5)的合成及性能研究

水热法合成了磷酸锡铝分子筛,并用X荧光分析其组成,X射线粉末衍射测定其晶胞参数。通过电子探针、穆斯堡尔谱、X射线光电子能谱及红外光谱等进行了结构分析。同时,研究了物化及催化性能。结果表明,读分子筛属于AlPO_(4-)5型分子筛的结构类型,Sn~(4+)位于分子筛骨架中。     

含钛MCM—41分子筛的合成与表征

水热法合成了含钛的ＭＣＭ－４１型超大孔分子筛，通过ＸＲＤ，ＩＲ，ＤＲＳＵＶ－ＶＩＳ，＾２９ＳｉＭＡＳＮＭＲ等测试，表明钛处在分子筛骨架上，同时考察了Ｎａ＾＋、Ａｌ＾３＋对ＴｉＭＣＭ－４１合成的影响以及分子筛的热稳定性、吸附量和催化活性。     

Co3(HCOO)6@rGO 作为锂离子电池负极材料的研究

MOFs材料作为一类新型的锂离子电池电极材料而受到广泛关注和研究. 作者通过溶液扩散法将Co₃(HCOO)₆原位负载在 rGO（还原氧化石墨烯）上制备出Co₃(HCOO)₆@rGO复合材料. 将Co₃(HCOO)₆@rGO作为锂离子电池负极材料,以500 mA·g^-1的电流密度恒电流充放电循环 100 周后,仍然保持有 926 mAh·g^-1 的比容量,亦表现出很好的倍率性能. 循环伏安和X-射线光电子能谱测试表明,Co₃(HCOO)₆@rGO材料上的Co²⁺和甲酸根在充放电过程中均发生可逆的电化学反应. 对比同样采用溶液扩散法合成的 Co₃(HCOO)₆ 的测试结果发现,rGO起到活化甲酸根的电化学反应的作用,同时也改善了Co₃(HCOO)₆的倍率性能. 将MOFs材料与rGO复合为优化 MOFs 材料的电池性能提供了一个新思路.