功率型锂/氟化碳一次电池的优化设计研究进展

锂/氟化碳电池作为固态正极中理论比能量较高（2203 Wh/kg）的一种一次电池体系,受到极大的关注,在诸多领域已有应用。本文对高功率锂/氟化碳电池的优化设计的最新研究进展进行了综述,详细讨论了氟化碳材料的前驱体、氟化方法、氟化碳材料表面改性、电极结构设计等因素对电池倍率性能的影响,并对今后功率型锂/氟化碳一次电池的发展方向进行了展望。     

锂硫电池用多孔碳/硫复合正极材料的研究

锂硫电池具有高的理论比容量和理论能量密度,被认为是当前最有前景的二次电池体系之一。现阶段锂硫电池的研究工作主要集中于高性能硫正极材料的设计与合成。具有优良的导电性、良好的结构稳定性和多孔结构的纳米碳材料,比如活性碳、介孔碳、超小微孔碳、多级结构多孔碳、空心碳球和空心碳纤维,充分满足了锂硫电池正极材料对碳基体的要求。本文综述了近年来多孔碳/硫复合材料作为硫正极的研究进展。总结了以具有不同结构特征的多孔碳基体负载硫组装的锂硫电池的电化学性能,并分析了不同多孔结构对性能的影响。最后在此基础上,从多孔碳/硫复合正极材料的设计和合成的角度,展望了其未来的发展趋势。     

一种有助于稳定锂金属循环的富氟化位点框架结构（英文）

锂金属是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料,然而它的应用仍然受制于较差的循环稳定性。近期,二维氟化界面被广泛用于改善锂金属负极的成核机制、沉积形貌和循环稳定性。本工作通过将体积缩小化的氟化石墨颗粒与锂离子传导网络结合,获得了一种富氟化位点的三维框架结构。实验结果证明此类三维氟化结构可显著提升锂金属负极在不同电流密度和容量下的循环稳定性,且优于二维氟化界面结构。通过本工作的研究,证明了相较于单纯的二维氟化界面,三维锂离子传导网络和富氟化位点的合理结合可以成为一种改进的界面结构用于锂金属负极保护,为高能量密度锂金属电池的负极保护提供了新的设计思路。     

一种有助于稳定锂金属循环的富氟化位点框架结构

锂金属是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料,然而它的应用仍然受制于较差的循环稳定性。近期,二维氟化界面被广泛用于改善锂金属负极的成核机制、沉积形貌和循环稳定性。本工作通过将体积缩小化的氟化石墨颗粒与锂离子传导网络结合,获得了一种富氟化位点的三维框架结构。实验结果证明此类三维氟化结构可显著提升锂金属负极在不同电流密度和容量下的循环稳定性,且优于二维氟化界面结构。通过本工作的研究,证明了相较于单纯的二维氟化界面,三维锂离子传导网络和富氟化位点的合理结合可以成为一种改进的界面结构用于锂金属负极保护,为高能量密度锂金属电池的负极保护提供了新的设计思路。     

高容量硫/碳复合正极材料

以锂为负极、硫为正极的锂/硫二次电池,由于其较高的理论能量密度(2 600Wh/kg),而成为最具发展潜力的新型高能化学电源体系.但是,硫正极材料存在的活性物质利用率偏低和循环性能较差等缺点制约了锂/硫电池的快速发展.本文主要综述了基于多孔碳材料负载硫来构筑硫/碳复合材料,进而改善硫电极材料电化学性能的研究进展,多孔碳...     

锂硫电池硫碳复合正极材料研究现状及展望

二次锂硫电池被视为最具有发展潜力的下一代高能量密度二次电池之一. 但由于正极硫的电导率低（5×10^-30 S·cm^-1）,且在放电过程中产生的中间体多硫化物易溶于有机电解液,致使锂硫电池活性物质利用率降低,溶解后的多硫化物还会迁移到负极,被还原成不溶物Li2S2/Li2S而沉积于负极锂,使电极结构遭受破坏,造成电池容量大幅衰减,循环性能差,从而限制了进一步的开发应用. 研究表明,以碳作为导电骨架的硫碳复合正极材料能在不同程度上解决上述问题,从而有效提高了锂硫电池的放电容量和循环性能. 本文综述了近年来国内外报道的各种锂硫电池正极材料的研究进展,结合作者课题组的研究,重点探讨了硫碳复合正极材料,并对其今后的发展趋势进行了展望.     

氟化石墨材料的改性及其电化学性能研究

本文以商用氟化石墨为原料,通过水合肼还原的方法对氟化石墨（CF_x）进行改性处理,系统研究了不同水合肼用量对材料电化学性能的影响. 采用XRD、SEM、EDS、XPS、交流阻抗（EIS）和恒流放电测试技术,对改性氟化石墨材料的物相及电化学性能进行了分析研究. 结果表明,采用改性氟化石墨材料制备的锂/氟化碳（Li/CF_x）电池的电压滞后现象得到明显改善,且不同水合肼用量对材料的电化学性能有重要影响. H-CF_x-2（CF_x：C₂H₆O：N₂H₄·H₂O 的比例为1：2：1）材料的综合性能最佳,在0.1C 倍率下,材料的克比容量达到794.5 mAh·g^-1,平台电压为2.53V,电压滞后现象的低波电压为2.37 V.     

非水系锂空气电池碳基正极材料

锂空气电池因其极高的理论能量密度和环境友好等优点,有望成为下一代车用动力电源体系。然而,目前锂空气电池尚存在许多的问题和挑战,就正极而言,空气电极活性低的问题已成为制约锂空气电池技术发展最为重要的问题,因此,开发高性能锂空气电池正极催化剂一直以来都是该领域的重要研究课题。碳基催化剂(正极材料)是目前最具吸引力的锂空气电池正极材料之一,近年来得到了广泛的关注和研究。本文总结和介绍了近年来国内外在多孔碳基材料、石墨烯基材料、掺杂碳材料等碳材料作为锂空气电池正极材料方面的进展,包括本课题组在非水系锂空气电池正极材料方面的研究工作,并对碳基正极材料的发展及其在锂空气电池中的应用前景做了展望。     

氟化石墨的电化学性能研究

对系列氟化石墨及其作为碱性电池正极添加剂的电化学性能进行了研究,考察了氟化石墨作为电极活性材料及用作添加剂时电池的放电行为以及氟化石墨的氟化程度和电极中氟化石墨的含量对电池的放电性能的影响.研究了MnO₂中添加氟化石墨后对电极循环性能的影响,并用XRD比较了几种不同碳材料与氟化石墨的结构特点及MnO₂电极放电前后的状态变化,初步探讨了氟化石墨改善二氧化锰电化学性能的作用机制.     

锂硫二次电池正极研究进展

综述了锂硫电池中硫基正极材料的制备方法、结构特征以及电化学性能. 简述了单质硫正极材料, 重点探讨了有机硫化物、碳/硫复合材料、聚合物/硫复合材料的结构设计、材料制备、反应机理以及充放电特性, 并对其中存在的问题进行了分析, 还介绍了硫化锂正极材料. 最后对硫基正极的进一步发展, 以及锂硫电池的商业化应用进行了展望.     

非水系锂空气电池的正极材料和电解液研究进展

锂空气电池的能量密度是传统锂离子电池的5~10倍,可与汽油相媲美。近几年来,锂空气电池因此受到了人们的广泛关注。本文概述了锂空气电池正极材料和电解液的最新研究进展。从商业碳、具有特定形态的碳材料、催化剂、导电聚合物等几个方面阐述了正极材料;从物质结构的角度,简要介绍了锂空气电池中常用的酯类、醚类、砜类、胺类和离子液体等电解液。最后指出了目前锂空气电池存在的问题,并对其进行了展望。     

非水系锂空气电池的正极材料和电解液研究进展

锂空气电池的能量密度是传统锂离子电池的5~10倍, 可与汽油相媲美。近几年来, 锂空气电池因此受到了人们的广泛关注。本文概述了锂空气电池正极材料和电解液的最新研究进展。从商业碳、具有特定形态的碳材料、催化剂、导电聚合物几个方面阐述了正极材料;从物质结构的角度, 简要介绍了锂空气电池中常用的酯类、醚类、砜类、胺类和离子液体等电解液。最后指出了目前锂空气电池存在的问题, 并对其进行了展望。     

嵌锂石墨充电机制的abinitio和DFT理论研究

用ab initio/HFt DFT/B3LYP方法探究了在锂离子二次电池中锂离子在石墨负 电极材料里可逆脱过程。理论计算结果表明，嵌锂石墨LIG充放电机制是锂在石黑 碳层间可闹乱子嵌脱，同时伴随着锂与碳层间发生电荷连续转移和碳层堆积方式改 变的协同过程；计算结果也明确证实，嵌锂石墨嵌入脱出锂离子的过程就是锂离子 二次电池储存与释放能量的过程，提出的嵌锂石墨充放电机制较好地丰富了固体电 解质相界面SEI机理和单电子还原机理。     

嵌锂石墨充电机制的abinitio和DFT理论研究

用ab initio/HFt DFT/B3LYP方法探究了在锂离子二次电池中锂离子在石墨负 电极材料里可逆脱过程。理论计算结果表明，嵌锂石墨LIG充放电机制是锂在石黑 碳层间可闹乱子嵌脱，同时伴随着锂与碳层间发生电荷连续转移和碳层堆积方式改 变的协同过程；计算结果也明确证实，嵌锂石墨嵌入脱出锂离子的过程就是锂离子 二次电池储存与释放能量的过程，提出的嵌锂石墨充放电机制较好地丰富了固体电 解质相界面SEI机理和单电子还原机理。     

元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的应用

可移动电子设备、电动汽车及站式储能的蓬勃发展对具有高能量密度和长循环寿命的储能体系的开发提出了迫切需求。锂硫电池由于活性物质硫成本低廉并具有高理论能量密度(2600 Wh·kg^-1),成为最具希望的下一代可充电电池。但是,硫及其放电产物导电性差以及多硫化物溶解穿梭导致的一系列严重问题制约了锂硫电池的实际应用。碳基材料通常被用作硫载体以改善正极的导电性,然而,非极性碳材料与极性多硫化物的相互作用较弱,对于多硫化物仅起到有限的物理吸附和阻挡作用,穿梭效应所导致的电池容量严重衰减问题难以得到有效改善。通过杂原子如N、S、Co、B等的掺杂可在碳材料上引入极性或化学吸附位点,大大增强了碳材料对于多硫化物的吸附能力,有效改善了电池的循环稳定性,并且由于掺杂改变了碳材料的电子结构,甚至可以提升碳材料的电子导电性,从而提高了活性物质的利用率。本文对锂硫电池中多孔碳、碳纳米管以及石墨烯等碳基材料常用的元素掺杂进行了介绍,其中包括单元素掺杂、双元素掺杂和多元素掺杂,分析了不同掺杂元素对碳基材料性能的影响,并对元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的发展前景进行了展望。     

碳材料在钛酸锂负极材料中的应用

尖晶石型结构的钛酸锂由于具有极高的循环寿命和安全特性,被认为是目前最具应用前景的锂离子电池负极材料之一。但钛酸锂的电子电导率较低,且在充放电循环过程中易产生胀气问题,使其应用受到了极大的限制。将高导电、环境友好、化学和热性能稳定且结构多样的碳材料与钛酸锂形成复合负极材料,可有效提高材料的导电性,同时抑制胀气,对电极材料的性能优化起到非常关键的作用。本文综述了近年来碳材料在钛酸锂负极中的应用与研究进展,深入分析和探讨了碳材料对钛酸锂综合电化学性能的改善方式和改进效果,指出了不同形式的钛酸锂/碳复合材料在制备和应用中需要关注的问题,并对钛酸锂/碳复合材料未来可能的应用方向进行了展望。     

碳包覆磷酸亚铁锂/石墨烯复合结构的制备及其电化学性能

通过简单的水热和气相沉积法合成了碳包覆磷酸亚铁锂/石墨烯复合材料,通过XRD,SEM,TEM等对其形貌进行了表征,并将其用作锂离子电池正极材料进行电化学性能表征,结果表明:碳包覆磷酸亚铁锂/石墨烯复合材料即使在10C的倍率下仍有115mAh·g~(-1)的容量,同时在10C循环300次,容量保持率为82%.其优异的倍率和循环性能归因于沉积碳、石墨烯以及磷酸亚铁锂之间层层叠加的独特三维导电结构.     

非水系锂氧气电池正极材料研究现状

锂氧气电池因其具有接近汽油的比能量密度而备受人们的关注。随着研究的深入,研究人员发现锂氧气电池的实用化面临着诸多挑战,如高的过电位、循环性能不佳、能量效率难以保持较高水平等。这一系列问题直接与负极的腐蚀、电解液的分解、正极材料的结构和ORR/OER催化剂催化活性有着非常紧密的联系。本文着重对近三年非水系锂氧气电池正极材料的研究进行综述,将锂氧气电池正极材料的研究分为碳基复合材料和无碳基复合材料进行概括,阐述了不同类别的催化剂和正极材料微观结构对锂氧气电池的充放电性能、循环稳定性、循环效率等性能的影响,并对后续的研究工作做一定的展望。     

化学改性碳在锂硫电池中的研究进展

自从我们课题组在2011年首次报道化学改性碳用于锂硫电池以来,其在锂硫电池中的应用便引起了人们的广泛关注。与传统碳质材料相比,化学改性碳在抑制多硫离子的溶解和扩散,实现锂硫电池长循环寿命方面展现出了其独特的优势和前景,已成为当前锂硫电池领域研究的热点和前沿。本综述主要报道了本课题组在化学改性碳高效利用硫材料以及其与多硫离子的化学和物理吸附协同作用高效固硫方面所取得的研究进展,系统介绍了不同化学改性碳的结构特点、优势及在锂硫电池中的应用,展望了化学改性碳在锂硫电池中的应用前景。     

贫电解液下电催化剂对调控锂硫电池性能的研究进展

锂硫电池具有高理论能量密度(2600 Wh/kg)和高理论比容量(1675 mA·h/g),被视为最有可能替代锂离子电池实现商业应用的电化学储能系统之一。然而,锂硫电池所固有的缓慢氧化还原动力学和多硫化物的“穿梭效应”等问题严重影响了锂硫电池的循环性能以及循环寿命。目前,大部分综述主要集中于过量电解液下锂硫电池硫主体材料的设计制备方面,对贫电解液下锂硫电池性能的研究关注较少。基于此,本文介绍了贫电解液下不同电催化剂对锂硫电池氧化还原反应动力学和电化学性能的调控,主要分为非金属催化剂和金属催化剂两类,其中非金属催化剂包括非金属化合物、石墨烯、碳纳米管以及杂原子掺杂碳材料;金属催化剂包括钴基催化剂、钼基催化剂、铁基催化剂以及多金属基异质结构。最后,对推动锂硫电池实现商业应用需要进一步开展的研究提出了思考并进行了展望。