电解液组成对中间相石墨微球电化学性能的影响

以2800℃热处理的煤焦油沥青基中间相石墨微球为锂离子二次电池负极材料,考察了中间相石墨微球在不同组成的电解质溶液中的电化学嵌脱锂性能.确定了试样在不同电解液中电极表面生成的SEI膜的化学组成和相对含量,剖析了共溶剂对SEI膜形成反应、膜组成和织构的影响.结果表明,在不同共溶剂的EC基电解液中,电极界面SEI膜形成的电位虽然不同,但SEI膜的化学组成基本相同,负极界面SEI膜的织构是决定电解液与电极材料相容性的关键.     

锂离子电池爆炸机理分析

研究L iCoO2(或L1.05Co1/3N i1/3Mn3O2)/L ixC6锂离子电池材料的热分解特性以及锂离子电池在加热、过充、短路等情况下的爆炸机理.实验表明,50~350℃之间负极表面存在SEI膜的分解、L ixC6与电解液乃至L ixC6与PVDF等3种放热反应,电解液于178℃时开始放热,L i1-xCo1/3N i1/3Mn1/3O2的热分解反应起始于230℃.锂离子电池在150℃加热时爆炸,1.5 C过充至15 m in时爆炸,短路情况下不发生爆炸.     

力曲线用于硅负极材料表面膜的研究

利用原子力显微镜（AFM）力曲线模式来研究锂离子电池硅负极材料在含碳酸亚乙烯酯添加剂（VC）电解质首周循环时固态电解质相表面膜（SEI膜）的三维结构. 测试表明SEI膜具有多层结构,同时得到SEI膜厚度、杨氏模量以及覆盖度在首周循环过程中的变化,采用三维图呈现了硅材料表面膜的分布.     

碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料在LiPF6电解液中的表面/界面行为

利用碳热还原法成功制备了碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料。X射线衍射研究表明材料具有纯相单斜结构。高分辨透射电子显微镜观察到材料表面存在5～10 nm的包覆碳层。碳包覆Li3V2(PO4)3材料在3.0～4.3 V电压区间内可提供120 mA.h/g(C/4倍率)、115 mA.h/g(1C倍率)和110 mA.h/g(2C倍率)的可逆容量,并且在循环300次后容量保持率超过97%,显示出良好的应用前景。该材料在充放电循环初期经历了不可逆容量损失。高分辨透射电子显微镜研究表明,该不可逆容量损失来源于材料表面生成的固体电解质中间相(SEI膜),红外光谱分析表明,SEI膜的成份主要包括ROCO2Li和RCO2Li等有机物,以及Li2CO3、LixPFy和LixPOyFz等无机物。表面SEI膜经历初期电化学循环后趋于稳定,从而保证碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料优良的电化学性能。     

锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI)研究进展

本文综述了锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI膜)的研究进展.在总结SEI膜的形成机理及模型的基础上,讨论了对SEI膜可能的影响因素及其改性方法,以及各种表征技术、特别是原位分析技术在SEI膜研究中的实际应用.指出在今后的研究中,正极表面与电解液间的界面膜,以及引入水溶性粘合剂体系后正负极表面与电解液间的相互作用将成为人们关注的热点。     

原位聚合法制备凝胶型离子液体／PMMA聚合物电解质

采用原位聚合法制备了含有N-甲基、丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺离子液体的凝胶型聚合物电解质．利用SEM和XPS测试了电解质膜与LiFePO4电极的界面状态,充放电循环后,在电解质膜与LiFePO4之间有一层薄膜,这层薄膜中含有N和S元素．结果表明,随着充放电的不断进行,凝胶型电解质中未聚合的甲基丙烯酸甲酯与电极表面的锂离子之间发生电子转移,形成SEI膜,至少要三个循环后才能形成稳定的SEI膜．随着SEI膜的增厚,放电容量增加,阻碍了电子转移,使系统更加的稳定．在不同倍率下测试了凝胶型离子液体／PMMA聚合物电解质电池性能,当充放电达到30个循环时,0．2、0．5和1C下电池比容量分别为132、128和120mAh／g．     

功能化固态电解质膜改性锂金属负极的研究进展

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^?1),低电极电位(?3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成枝晶,枝晶的生长会引发电池短路等安全问题,极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度,可调控锂离子在表面均匀沉积,促进离子传输,抑制枝晶生长,因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点,分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响,并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。     

单晶硅片负极界面形貌的原位AFM探测

利用原子力显微镜原位研究单晶硅片负极在首次充放电循环中的界面形貌变化。硅负极表面固体电解质界面(SEI)膜的形成过程为：初始SEI膜从1.5 V开始形成,在1.25–1.0 V之间生长快速,0.6 V左右生长缓慢。初始SEI膜具有层状结构的特征,表层薄膜较软,下层呈颗粒状,机械稳定性较好。在锂化电位下,硅负极表面的单晶结构逐渐变得颗粒化,发生不可逆的结构变化。经过首个充放电循环后,硅负极表面被厚度不均一的SEI膜所覆盖,SEI膜的厚度大约为10–40 nm。     

温度对尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌脱过程的影响

运用电化学阻抗谱研究了商品化尖晶石LiMn₂O₄电极在1 mol/L LiPF₆-EC(碳酸乙烯酯):DEC(碳酸二乙酯)电解液中―10～30 ℃范围内的阻抗谱特征、固体电解质相界面(SEI)膜阻抗、电子电阻和电荷传递电阻等随温度的变化. 研究结果表明, 尖晶石LiMn₂O₄电极的阻抗谱特征与温度有关, 随温度的升高, 与活性材料电子电导率相关的半圆和与SEI膜相关的半圆会发生重叠而成为一个半圆. 通过选取适当的等效电路拟合了实验所得的电化学阻抗谱数据, 测得尖晶石LiMn₂O₄电极在1 mol/L LiPF₆-EC:DEC 电解液中, 锂离子迁移通过SEI膜的离子跳跃能垒平均值为15.49 kJ/mol; 电子电导率的热激活化能平均值为24.21 kJ/mol; 嵌入反应活化能平均值为53.07 kJ/mol.     

LiF和LiCl对石墨电极电化学性能的影响

六氟磷酸锂是目前商品化锂离子电池中使用最广泛的电解质锂盐,LiF和LiCl是除水和酸之外六氟磷酸锂产品中最重要的杂质.运用扫描电子显微镜（SEM）、充放电、循环伏安法（CV）以及电化学阻抗谱测试（EIS）等研究了LiF和LiCl对石墨电极电化学性能的影响.充放电结果表明,在1 mol/L LiPF₆-EC：DEC：DMC电解液中添加饱和的LiF,可以显著提高石墨电极的充放电可逆容量并改善其循环性能,而在1 mol/L LiPF₆-EC：DEC：DMC电解液中添加饱和的LiCl,虽也可提高石墨电极的首次充电容量,但严重恶化石墨电极的充放电循环稳定性.CV结果表明,电解液中LiF、LiCl的存在对EC的还原分解过程影响较小.但SEM和EIS的结果指示,LiF、LiCl对石墨电极表面SEI膜的形成过程影响较大.在添加饱和LiF的电解液中石墨电极表面形成的SEI膜较薄且电阻较小,进而提高了石墨电极的可逆循环容量及改善了其循环稳定性;但在饱和的LiCl电解液中石墨电极表面形成的SEI膜较厚且电阻较大,严重恶化石墨电极的电化学循环稳定性.     

尖晶石锂锰氧化物电极首次脱锂过程的EIS研究

研究了尖晶石锂锰氧化物电极首次脱锂过程中的电化学阻抗特征. 通过选取适当的等效电路拟合实验所得的电化学阻抗谱数据, 获得了首次脱锂过程中固体电解质相界面膜(SEI膜)的电阻、电容以及电荷传递电阻、双电层电容等随电极极化电位的变化规律.     

添加剂氟代乙烯碳酸酯对锂离子电池低温性能影响的机制研究

本文通过磷酸铁锂/碳电池研究了电解液添加剂氟代乙烯碳酸酯（FEC）对电池低温性能的影响. 电池充放电实验证明,FEC添加剂能够在负极表面形成良好的固体电解质界面层（SEI）. 电解液中添加5% FEC后,电池-40 ^oC低温放电容量保持率可以从31.7%提高至43.7%,还提高了电池放电电压平台. 交流阻抗测试表明,FEC的加入能够有效降低电池的界面传荷阻抗（R_ct）. 参比电极测试表明,其主要是降低了碳负极的低温极化.     

Reactive Polymer as Artificial Solid Electrolyte Interface for Stable Lithium Metal Batteries

Lithium (Li) metal anodes have the highest theoretical capacity and lowest electrochemical potential making them ideal for Li metal batteries (LMBs). However, Li dendrite formation on the anode impedes the proper discharge capacity and practical cycle life of LMBs, particularly in carbonate electrolytes. Herein, we developed a reactive alternative polymer named P(St-MaI) containing carboxylic acid and cyclic ether moieties which would in situ form artificial polymeric solid electrolyte interface (SEI) with Li. This SEI can accommodate volume changes and maintain good interfacial contact. The presence of carboxylic acid and cyclic ether pendant groups greatly contribute to the induction of uniform Li ion deposition. In addition, the presence of benzyl rings makes the polymer have a certain mechanical strength and plays a key role in inhibiting the growth of Li dendrites. As a result, the symmetric Li||Li cell with P(St-MaI)@Li layer can stably cycle for over 900 h under 1 mA cm⁻² without polarization voltage increasing, while their Li||LiFePO₄ full batteries maintain high capacity retention of 96 % after 930 cycles at 1C in carbonate electrolytes. The innovative strategy of artificial SEI is broadly applicable in designing new materials to inhibit Li dendrite growth on Li metal anodes.     

五种1-烷基-2,3-二甲基咪唑型离子液体的合成及作为Li/LiFeO_4电池电解液的研究

合成了五种新的1-烷基-2,3-二甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺离子液体(alkyl-DMimTFSI).以离子液体作为Li/LiFeO4电池电解液,分别考察不同烷基(正丁基、正戊基、正辛基、异辛基和正癸基)对电解液理化性质、界面性质和电池行为的影响.结果表明离子液体的电化学窗口都可以达到5.6V(-0.4～5.2Vvs.Li+/Li),显示它们具有较好的电化学稳定性.加入碳酸亚乙烯酯作为添加剂后,离子液体电解液在Li负极形成稳定的固体电解质相界面膜(SEI),从而提高了Li负极的稳定性,保护了Li片不受腐蚀.电化学阻抗和循环伏安分析进一步揭示LiFeO4正极与离子液体电解液也有良好的兼容性.此外,研究还表明离子液体中烷基种类严重影响它们的电池行为.采用butyl-DMimTFSI和amyl-DMimTFSI电解液体系的电池充放电容量和可逆性明显优于另外三种离子液体,它们的首次放电容量分别达到145和152.6mAh/g,并表现出良好的充放电循环性能.因粘度最大,采用isooctyl-DMimTFSI电解液的电池首次放电容量仅为8.3mAh/g,但添加碳酸丙烯酯(质量比1∶1)稀释后首次放电容量上升至132.4mAh/g.     

丁磺酸内酯对锂离子电池性能及负极界面的影响

用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及理论计算等方法研究了添加剂丁磺酸内酯(BS)对锂离子电池负极界面性质的影响. 研究表明, 在初次循环过程中, BS具有较低的最低空轨道能量, 优先于溶剂在石墨电极上还原分解, 并形成固体电解质相界面膜(SEI膜). 在含BS的电解液中形成的SEI膜的热稳定性高, 在70 ℃下储存24 h后, 膜电阻和电荷迁移电阻大小基本保持不变, 而在不含BS的电解液中形成的SEI膜的热稳定性较差, 在70 ℃下储存24 h后, 膜电阻和电荷迁移电阻大小有明显的增加. 从BS对锂离子电池电化学性能影响的研究表明, 加入少量的BS能够显著提高锂离子电池的室温放电容量、低温及高温储存放电性能.     

Unraveling the stabilization mechanism of solid electrolyte interface on ZnSe by rGO in sodium ion battery

Transition metal selenides have been widely studied as anode materials of sodium ion batteries(SIBs),however,the investigation of solid-electrolyte-interface(SEI)on these materials,which is critical to the electrochemical performance of SIBs,remains at its infancy.Here in this paper,ZnSe@C nanoparticles were prepared from ZIF-8 and the SEI layers on these electrodes with and without reduced graphene oxide(rGO)layers were examined in details by X-ray photoelectron spectroscopies at varied charged/discharged states.It is observed that fast and complicated electrolyte decomposition reactions on ZnSe@C leads to quite thick SEI film and intercalation of solvated sodium ions through such thick SEI film results in slow ion diffusion kinetics and unstable electrode structure.However,the presence of rGO could efficiently suppress the decomposition of electrolyte,thus thin and stable SEI film was formed.ZnSe@C electrodes wrapped by rGO demonstrates enhanced interfacial charge transfer kinetics and high electrochemical performance,a capacity retention of 96.4%,after 1000 cycles at 5 A/g.This study might offer a simple avenue for the designing high performance anode materials through manipulation of SEI film.     

Microscopic Elucidation of Solid‐Electrolyte Interphase (SEI) Film Formation via Atomistic Reaction Simulations: Importance of Functional Groups of Electrolyte and Intact Additive Molecules

Secondary batteries such as Li‐ion battery are expected to be utilized as not only ubiquitous electric power sources such as mobile phones but also large‐scale electricity storage devices. Therefore, it is urgent to develop the higher performance secondary batteries. Their lifetime and stability are found to be strongly dependent on the nature of passivation film called solid electrolyte interphase (SEI) film formed on the anode surface in the initial charge‐discharge cycle. However, since it is difficult to directly observe the film formation processes in experiment, its microscopic mechanism is still not found. On the other hand, although the theoretical methods are useful complement to the experiment, some new methodologies are necessary to understand the long‐term processes of SEI film, which is produced as a result of that a lot of chemical reactions proceed simultaneously. Under the circumstances, we have developed Red Moon method that can simulate such complex chemical reaction systems, and were able to analyze for the first time the SEI film formation processes on the anode surface at the atomistic level. Then, we clarified theoretically the microscopic mechanism of the additive effect which is essential to improve the Na‐ion battery performance so as to enhance the SEI film formation. This new microscopic insight must provide an important guiding principle for use in designing the most suitable electrolytes for developing high‐performance secondary batteries.     

预嵌锂用穿孔集流体对锂离子电容器电化学性能的影响

将石墨涂覆于传统铜箔(CCC)与穿孔铜箔(PCC)集流体表面,通过内部短路的方式进行预嵌锂处理,再以商业化的活性炭及预锂化的石墨分别为正、负极材料组装成锂离子电容器(LIC)。以PCC为集流体的LIC在0.1和2.0 A?g~(-1)的电流密度下,能量密度分别为118.2和51.7 Wh?kg~(-1),并且在0.5 A?g~(-1)的电流密度下循环1000次后的能量密度保持率为90%;以CCC为集流体的LIC在0.1和2.0 A?g~(-1)的电流密度下的能量密度分别为125.5和43.3 Wh?kg~(-1),在同等电流密度下2.0-3.8 V之间循环1000次后的能量密度保持率仅为73.2%。进一步研究表明,石墨采用PCC在预嵌锂的过程中避免了金属锂沉积,生成了均一且稳定的固体电解质膜(SEI),有效防止充放电过程中SEI膨胀,活性物质与集流体间粘结力降低,活性物质脱落等现象发生。因此,LIC通过PCC完成预嵌锂后的自放电及内阻更小,具有更佳的倍率性能和循环性能。     

纳米硅在含添加剂的高浓度电解液中循环特征及其表面协同成膜的研究

本文研究了在LiFSI-(PC)₃高浓度电解液中添加剂对于纳米硅材料的循环性能的影响,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱分析了循环过程纳米硅材料及其电极的结构和表面SEI膜演化的特征. 结果表明,添加剂能够改善纳米硅材料的循环性能,在LiFSI-(PC)₃高浓度电解液中循环300周材料比容量为574.8 mAh·g^-1,而含有3%LiDFOB、3%FEC、3%TMSB的添加剂的高浓度电解液中,比容量分别为1142.9、1863.6和1852.2 mAh·g^-1. 作者分析认为,在LiFSI-(PC)₃浓溶液中LiFSI优先于PC在纳米硅表面发生成膜反应,形成的SEI膜由以无机物主导的内层膜和以有机物主导的外层膜组成,而在含添加剂的高浓度电解液中,添加剂和LiFSI协同参与SEI成膜反应,形成的内层膜能够减缓PC溶剂参与外层的成膜反应,由此形成的SEI膜能够抑制循环过程中SEI膜的过度生长,更好地抑制了纳米硅的粉化,纳米硅材料及其电极结构稳定性更好,材料表现出更好的循环性能.