数学模拟方法研究导电剂形貌对锂离子电池高倍率放电性能的影响

制备了正极中只含有一种导电剂(KS-6或Super-P)的锂离子电池,比较了它们的倍率放电性能并对放电过程进行了模拟。以Super-P为正极导电剂的电池15C放电容量为1C容量的84.3%,以KS-6为正极导电剂的电池15C放电容量为1C容量的21.8%,前者的倍率放电性能明显优于后者。数学模拟结果显示,以KS-6为导电剂的正极的Bruggeman系数为3.1,以Super-P为导电剂的正极的Bruggeman系数为2.76,前者明显大于后者,认为这是由于KS-6的片状形貌使其容易相互平行排列造成的。大电流放电时,以KS-6为导电剂的正极中出现了电解质耗竭而导致该区域内电化学反应停止的现象,从而导致电池放电容量急剧降低。     

复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能影响的研究

使用硫化物固体电解质的全固态锂硫电池由于多硫化物不溶于硫化物固体电解质及硫化物电解质不可燃的特性,得以完全避免穿梭效应并显著提高了电池的安全性能而被认为是极具潜力的下一代储能电池。如何建立并平衡复合正极中离子/电子导电网络且维持复合正极中较高活性物质含量对于全固态锂硫电池至关重要。本文以单质硫为活性物质研究了复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能的影响,发现以乙炔黑（AB）为导电碳材料明显优于Super P和Ketjen Black;优化复合正极的组成,发现硫：乙炔黑：固体电解质的质量比为40:20:40时,全固态锂硫电池在室温和60℃下均具有良好的电化学性能。     

3, 4-乙烯二氧噻吩单体用作锂离子电池安全性改善添加剂的研究

安全性是制约锂离子电池向电动汽车领域应用拓展的主要障碍. 本工作提出了一种能够有效改善锂离子电池安全性的电解液添加剂-3,4-乙烯二氧噻吩单体（EDOT）,研究了其在有机电解液中的电氧化聚合行为,以及对LiCoO₂电极高温热行为和电池安全性、电化学性能的影响. 循环伏安（CV）和透射电镜（TEM）表征结果表明,单体添加剂能够在电池充电过程发生电氧化聚合,在正极表面形成一层聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）导电聚合物膜;差示扫描量热（DSC）分析结果显示,PEDOT隔离了电解液与正极表面的直接接触,减少了过热条件下电解液在正极表面的分解放热. 安全性测试结果表明,在电解液中仅添加0.1%的EDOT单体,即可将电池在150 ^oC高温热冲击下发生热失控的时间推迟13.8分钟. 电化学性能测试结果表明,聚合产物良好的电子导电性能有效改善正极的电子传导能力,在一定程度上提高电池的倍率性能和循环稳定性,而容量、低温性能等基本不受影响,展示出良好的应用前景.     

锂嵌入型化合物-氢气电池

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能. 锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极. 本文开发了 2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池. 通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂 水系电解液中进行匹配, 得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池. 钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V 的放电电位, 约97 mA·h·g^-1的比容量及10C的高倍率; 磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位, 约125 mA·h·g^-1的比容量以及10C的高倍率. 虽然, 钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、 不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减, 但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力. 本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

碳纳米管复合导电剂的应用研究

锂离子电池及其相关技术的发展对容量、充放电倍率特性、循环寿命和加工适用性等提出了更高的要求.目前最常用的负极和正极材料与电解液相容性差,充放电过程中结构变化大易剥落导致电池循环稳定性差.鉴于碳纳米管大的长径比、良好的导电性能、优异的力学性能和化学惰性,很适于用作导电剂提升电池性能.本文主要研究了碳纳米管复合材料用作导电剂,并制作成品锂离子电池检测其性能.主要取得了两项实用成果:(1)获得碳纳米管复合导电剂的制备方法,而且采用简单的机械搅拌就可以将复合导电剂进行有效均匀分散,易于进行规模化应用;(2)用碳纳米管复合材料作导电剂,与目前常用的导电剂导电碳黑相比,锂离子电池循环寿命提高一倍以上.     

锂嵌入型化合物-氢气电池（英文）

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能.锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极.本文开发了2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池.通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂水系电解液中进行匹配,得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池.钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V的放电电位,约97 mA·h·g~(-1)的比容量及10C的高倍率;磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位,约125 mA·h·g~(-1)的比容量以及10C的高倍率.虽然,钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减,但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力.本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

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。     

聚吡咯的合成与新型双离子电池性能研究

用反相微乳聚合法制备了十二苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚吡咯纳米材料, DBSA既作为表面活性剂又作为掺杂剂, 能够提高聚吡咯的导电性. 用制备出的DBSA-PPy 为正极材料, 石墨为负极材料组装双离子电池, 测试结果表明, C/DBSA-PPy 电池的电化学性能已达到传统锂离子电池的水平, 这是因其具有较高的导电性和特殊掺杂结构的聚吡咯使其电化学性能得到优化.     

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.     

Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述

由于汽车工业的持续发展, 对高能量密度二次电池的需求逐步增加, 锂硫电池开始走进人们的视野. 锂硫电池的理论比能量高达2600 Wh/kg, 而单质硫的理论比容量达1680 mAh/g. 同时, 硫的储量丰富, 廉价, 并且环境友好. 虽然可充电锂硫电池相比于传统锂离子电池有诸多优势, 但目前其可实现的实际比容量远低于理论比容量, 循环寿命也较短等弊端限制了其大规模应用. 作者从Li-S电池正极的工作原理出发, 对硫正极容量损失及衰减机理做了深刻的解析, 并结合本实验室的工作归纳总结了导致硫正极容量衰减的主要因素. 针对硫正极容量衰减因素, 从碳导电结构、聚合物包覆以及纳米金属氧化物添加剂等方面, 对近年来提高硫正极性能的主要研究方向及最新研究进展进行了综述, 并对其中存在的问题进行分析, 最后对提高Li-S电池的整体性能提出展望.     

Polymer role in advanced battery technology

A brief introduction to a new generation of sealed, rechargeable battery, a nickel metal hydride battery (Ni-MH), is presented in connection with the polymer role in battery technology and engineering. Ni-MH batteries have higher energy density and better environmental friendliness than the conventional sealed nickel cadmium (Ni-Cd) batteries, and accordingly the importance of the battery is increasing in the area of high-technology information, communication and audiovideo equipment. In this article it is pointed out that the key technologies for Ni-MH batteries are: tridimensional nickel foam or mat for the positive nickel electrode substrate made by nickel plating of polyurethane foam or polyester nonwoven fabric; hydrogen-storage negative electrode treated with hydrophobic polymer; and modified polypropylene nonwoven fabric separator with permanent hydrophilic properties. Moreover, the further importance of polymer science and technology to improve Ni-MH battery performance is described.     

Effect of ex situ hydrogenation on the structure and electrochemical properties of amorphous silicon thin film

Nickel-metal hydride (Ni-MH) batteries were widely used due to their various advantages, but its further application and development have been seriously hindered by the low electrochemical discharge capacity of conventional hydrogen storage alloy electrode. The hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film electrode for Ni-MH battery has been proven to have a dramatic electrochemical capacity. We prepared a-Si:H thin films by a two-step process of rf-sputtering followed by hydrogenation, and investigated the effect of hydrogenation on the structure and electrochemical properties of which as an anode. The maximum discharge capacity of a-Si:H thin film electrode after hydrogenation increases from initial 180 mAh·g⁻¹to 1827 mAh·g⁻¹, which is over tenfold that of as-deposited hydrogen-less a-Si thin film electrode. Then, the preliminary relationships between hydrogen content and electrochemical performance of a-Si:H thin film electrode were analyzed, and several negative factors of electrochemical performance for a-Si:H thin film electrode were proposed.

     

金属氢化物电极的化学活化

通过对Mm（NiMnCoAl）5电极的化学活化处理提高了金属氢化物电极的容量、电催化活性、活化性能和快速放电能力；讨论了化学活化处理对金属氢化物电极电化学性能的影响；在活化剂KBH4作用下，金属氢化物表面的氧化物技还原，在活化过程中一部分氢原子贮入合金之中，增加了电极的比表面，文中试验了这种活化方法对Ni／MH电池封口化成的作用，测试结果表明封口化成的AA型Ni-MH电池性能与开口化成电池的性能相当，其容量达到1050～1150mAh，1C、3C、SC信率下放电容量分别达到0．2C下的96．7％、89．0％、83．8％     

外掺Y2O3对镍氢电池正极高温性能的影响

研究了外掺Y2O3对镍氢电池镍正极高温性能的影响. 通常镍正极在高温下放电比容量会骤然降低, 为了提高其高温性能, 进行了球型Ni(OH)2外掺不同比例Y2O3的实验, 对压制的镍电极在不同温度下的充放电情况进行了细致的研究. 研究发现外掺Y2O3的球型Ni(OH)2电极比普通球型Ni(OH)2电极的放电比容量在高温下要高出很多, 在0.2 C充放电情况下外掺1%是最佳比例, 它比普通球型Ni(OH)2电极的放电比容量要高出35%以上, 在1 C充放电情况下外掺0.2%是最佳比例, 它比普通球型Ni(OH)2电极的放电比容量要高出15%以上. 同时对外掺Y2O3提高镍正极放电比容量的原因也进行了初步探讨.     

电化学催化剂CoPc对Ni-MH电池浮充性能的影响

针对Ni-MH电池充电过程中氧的产生和不恰当的消除方式带来的内压升高和热量聚积使电池总体性能衰减很快的问题, 提出采用降低化学催化氧还原的比例, 而提高热量产生少的电催化氧还原比例的方法加以解决. 研究了电化学催化剂CoPc(酞菁钴)对Ni-MH电池浮充性能的影响. 实验结果表明采用合适的方式添加CoPc的电池具有较好的浮充性能. 其中在电解液中添加CoPc的电池具有最好的充电效率和循环能力; 2000次浮充以后其内压升高速度也最低.     

白藜芦醇对长期贮存锂离子电池电解液性能的影响

锂离子电池电解液从制造完成到使用,一般都会经历灌装、运输和贮存的过程,了解长期贮存过程对锂离子电池电解液性能的影响,对锂离子电池的生产具有一定的理论指导意义。本文运用电化学阻抗谱(EIS)测试并结合循环伏安法(CV)测试、充放电测试、扫描电子显微镜(SEM)等研究了1 mol·L^-1 LiPF₆-EC:EMC基础电解液中添加不同浓度白藜芦醇(RES)时,在长期贮存过程中对石墨电极性能的影响及机制。研究结果表明,新鲜的基础电解液在经历6个月的贮存后,石墨电极在其中无论是可逆循环容量还是循环稳定性(容量保持率)均出现大幅度的下降。这主要是由于在经历6个月贮存后的基础电解液中,石墨电极表面形成的 SEI 膜较厚,进而导致锂离子嵌入过程的不稳定造成的。在基础电解液中添加不同浓度的白藜芦醇均能有效抑制电解液长期贮存造成的石墨电极在其中电化学性能的下降,当基础电解液中含有200 ppm白藜芦醇经历6个月贮存后,石墨电极无论是可逆容量还是循环性能稳定性甚至优异于在新鲜的电解液中。     

Improvement of basic performances of a nickel-metal hydride battery

To develop a sealed-type nickel-metal hydride battery for use in portable equipment or in electric vehicles, investigations were conducted on negative electrodes using AB₅-type hydrogen storage alloy and positive electrodes. For the cycle life performance of the battery, alkaline treatment of the alloy and the substitution of more than 50% to the alloy with Co were effective. For the positive electrode, zinc as a solid solution in the nickel positive electrode obviously prevented γ-NiOOH from being formed in the charging process of β-Ni(OH)₂ and suppressed the migration of the electrolyte solution in the separator to the active material of the positive electrode. Also, hydrophobic treatment of the surface of the alloy was effective to prevent the elevation of the battery internal pressure of the battery in high rate charge.     

AB5型多元贮氢合金的化学制备及其性能研究

LaNi5贮氢合金在传统的贮氢应用中得到利用而被充分的研究，但LaNi5用作电池的电极太贵，不稳定，对腐蚀太敏感，而且吸放氢过程中晶胞过度膨胀和收缩，吸放氢前后体积变化率大，从而导致合金严重粉化。为了克服这些缺点，人们采用添加辅助元素部分取代基本元素的方法。即用混     

An aqueous rechargeable lithium battery based on doping and intercalation mechanisms

An aqueous rechargeable lithium battery (ARLB) using an electroactive polymer, polypyrrole (PPy), as a negative electrode; a lithium ion intercalation compound LiCoO₂ as a positive electrode; and Li₂SO₄ aqueous solution as an electrolyte and its working mechanism are described. The charge/discharge process is associated with the doping/un-doping of anions at the negative electrode and intercalation/deintercalation of lithium ions at the positive electrode. The average output voltage of the PPy//LiCoO₂ battery is about 0.85 V. This battery exhibits excellent cycling performance. This new technology solves the major problem of poor cycling life of ARLBs and will provide a new strategy to explore advanced energy storage and conversion systems.     

In-situ Study of Charge and Discharge of Ni-MH Battery Using the Combined Method of Electrochemistry and Microcalorimetry

An apparatus to study the battery system has been set up. The thermal effects of charge and discharge of Ni-MH batteries have been studied. The calorimetric measurements indicate that the net heat dissipation during charging is larger than that during discharging. It is observed that the ratio of heat dissipation to charging energy varies with charging capacity, and almost 90 percent of charging energy is lost as heat dissipation near the end of the charging process at 97.7 mA. A jump of thermal curve near the end of discharge due to a secondary electrode reaction has been observed.This revised version was published online in November 2005 with corrections to the Cover Date.