电解液添加剂硫酸亚乙酯对锂离子电池性能的影响

在1 mol/L LiPF₆/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯+碳酸甲乙酯（体积比1∶1∶1）电解液中,采用恒流充放电测试、循环伏安法（CV）、扫描电子显微镜（SEM）、能量散射光谱（EDS）、电化学阻抗谱（EIS）等测试技术,研究了添加剂硫酸亚乙酯（DTD）对锂离子电池性能及石墨化中间相碳微球（MCMB）电极/电解液界面性质的影响。 结果表明,在电解液中引入体积分数0.01%DTD后,MCMB/Li电池可逆放电容量从300 mA·h/g提高至350 mA·h/g,电池总阻抗降低,循环稳定性提高。CV测试发现,在首次还原过程中,DTD在电极电位1.4 V左右（vs Li/Li⁺）发生电化学还原,参与了MCMB电极表面固体电解质相界面膜（SEI膜）的形成过程。 同时,DTD对LiMn₂O₄电极性能无不良影响。     

惰性气氛助力锰酸锂正极材料储锂性能提升

尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)作为一种不含贵金属和有毒元素的低成本、绿色环保的锂离子电池正极材料,具有广袤的应用与研究前景。本项工作中,利用氩气为惰性气氛,采用高温固相合成法,制备出了粒径均匀、性能优异的LiMn₂O₄正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料进行了结构表征与分析,进行了充放电循环、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)等电化学性能测试,并对煅烧氛围和煅烧温度进行了探讨分析。结果表明,在1 C倍率下,首圈放电比容量为114.2 mAh·g^-1,100次充放电循环后放电比容量还有98.4 mAh·g^-1,容量保持率为86.2%。实验证明,惰性气氛对提升LiMn₂O₄电化学储锂性能行之有效。     

二氟草酸硼酸钠作为钠离子电池非水电解液添加剂的电化学性能

引入电解液添加剂是提升钠离子二次电池电化学性能的重要途径.本论文制备了二氟草酸硼酸钠（NaDFOB）并作为NaClO₄/碳酸乙烯酯（EC）/碳酸丙烯酯（PC）（ EC:PC体积比=1:1）非水电解液的添加剂,分别考察了其加入量对于电导率特性、电化学氧化分解电压的影响,以及应用于NaNi_0.5Mn_0.5O₂半电池的电化学性能. 结果表明,NaDFOB作为添加剂时对于NaClO₄/EC/PC电解液电导率提升不明显,但是显著提升了电解液的氧化分解电压;以添加0.025 mol·L^-1 NaDFOB的电解液应用于NaNi_0.5Mn_0.5O₂半电池时,首周不可逆比容量由22 mAh·g^-1下降到9 mAh·g^-1,同时0.2C倍率下循环200周容量保持率由44.4% 提升到89.5%,平均每周容量衰减为0.06 mAh·g^-1. 因此,NaDFOB可以作为钠离子电池非水电解液的一种有效添加剂.     

哌啶型离子液体混合电解液在Li/LiCoO2电池中的性能研究

合成并考察了N-甲基-N-乙（丙,丁）基哌啶-二( 三氟甲基磺酰) 亚胺三种离子液体( PP12（3,4）TFSI )作为电解液添加剂的影响. 使用热分析和电化学技术研究了离子液体混合电解液的热稳定性和电化学性能.实验表明,哌啶型离子液体可以提高有机电解液的热稳定性,并且侧链的长短对 LiCoO₂ 电极的电化学性能有重要的影响.当以PP13TFSI配成的混合电解液,在3.0~4.35 V之间、电流密度为150 mA•g^-1时, LiCoO₂ 电极的首次放电容量为156.6 mAh•g^-1,200周循环后容量为133.9mAh•g^-1,容量保持率为85.5%,远远优于在传统有机电解液中的循环性能.     

ZnO包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面结构和电化学性能

在LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料表面包覆ZnO,通过X射线衍射（XRD）和光电子能谱（XPS）分析包覆层对正极材料表面状态的改变,并考察了改性后材料的放电容量、首次不可逆容量等电化学性能变化. 结果表明：ZnO主要存在于材料表面并影响着材料表面组成和电化学性质,材料表面镍和锰的含量随着包覆量的增加而增大;400 ^oC热处理可使过渡金属与锌在材料表面形成复合氧化物,过渡金属的结合能增大;包覆2%（by mass,下同）的ZnO可有效抑制55 ^oC下充放电时3.6 V附近的不可逆反应,提高了材料的首次库仑效率;包覆2% ZnO的电池材料在55 ^oC/0.5C的放电比容量和循环寿命最佳.     

超薄Co3O4纳米片薄膜制备及其电化学传感器性能

本文以电沉积的金属钴薄膜作为原材料,通过简单的氧化技术获得了薄膜前驱体材料,并进一步在350 ^oC热处理条件下获得了超薄Co₃O₄纳米片薄膜材料. 通过扫描电镜（SEM）,X-射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）等手段对材料的物理结构进行了深入分析,并通过循环伏安法（CV）表征了该薄膜材料的电化学活性. 作为电化学传感器件的活性材料,该薄膜材料对H₂O₂的检测表现出较宽的线性浓度检测范围（0 ~ 4 mmol•L^-1）和较高的电流响应(~ 1.15 mA•cm^-2),在该领域具有较高的应用价值.     

四丁基六氟磷酸铵作为锂离子电池阻燃添加剂的研究

近年来关于锂离子电池造成的安全问题甚至事故的报道屡见不鲜,锂离子电池的安全问题已经成为人们关注的焦点. 我们用四丁基六氟磷酸铵（TBAPF₆）作为锂离子电池电解液阻燃添加剂,研究发现添加了TBAPF₆的电解液具有明显的阻燃效果,同时电解液电导率下降并不明显. LiCoO₂/Graphite全电池在添加了TBAPF₆的电解液中可逆容量会略有降低,但具有更优异的循环稳定性. 主要是由于TBAPF₆添加量的增加会影响石墨电极的库伦效率,延长活化时间. 通过对LiCoO₂/Graphite全电池绝热加速量热仪（ARC）测试,表明添加TBAPF₆对电池的燃烧有明显的抑制作用. 在TBAPF₆添加量至5%时,电池在300 ^oC内自放热速率不超过0.1^oC/min,电池的安全性显著提高.     

壳聚糖单体溶胶凝胶煅烧合成LiFePO4/C正极

本文以壳聚糖单体为碳源兼凝胶剂,利用溶胶-凝胶煅烧合成了锂离子电池LiFePO₄/C正极材料,使用XRD和SEM对合成的材料进行表征. 用恒电流充放电测试了LiFePO₄/C电极的电化学性能,当壳聚糖单体与LiFePO4摩尔比为1:1.2时,600 ^oC煅烧的LiFePO4/C电极性能最佳,其粒径分布均匀（200 ～ 400 nm）,该电极0.2C倍率放电比容量为155 mAh.g^-1,30周期循环放电比容量仍保持152 mAh.g^-1,库仑效率为97.9 %.     

尖晶石型LiMn1.9Al0.1O3.95F0.05材料的制备及其增强的倍率性能

通过溶胶-凝胶和高温固相掺杂反应可控合成了形貌均匀、结晶性好的尖晶石型LiMn_1.9Al_0.1O_3.95F_0.05正极材料,探究了Al部分取代Mn、F部分取代O后对结构的影响,测试并比较了电极材料的倍率性能和循环充放电性能. 结果表明,尖晶石型LiMn_1.9Al_0.1O_3.95F_0.05和LiMn₂O₄有同样的晶型,但电极较传统的LiMn2O4电极倍率稳定性有显著提高. 在连续混合（如0.1C、0.5C和1C）充放电150次后,LiMn_1.9Al_0.1O_3.95F_0.05电极的容量仍能保持90%以上.     

石墨烯包覆富锂层状材料的制备及其电化学性能

应用共沉淀结合固相烧结合成了富锂层状氧化物（Li-rich layered oxide,LLO）Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂. 对制备的富锂材料用氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）包覆后,再经300 ^oC空气中煅烧,制备了石墨烯（Graphene,Gra）卷绕包覆的复合材料（LLO/Gra）. 使用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）及电化学方法表征所得样品. 结果表明,富锂层状氧化物均匀地卷绕在石墨烯中. 与原始富锂材料相比,石墨烯包覆后的复合材料表现出更加优异的电化学性能. 尤其是石墨烯卷绕可以改善富锂材料的导电性,提高材料的放电倍率性能,在2.0至4.8 V电压范围内,0.1C（20 mA·g^-1）电流充放电下,容量达270 mAh·g^-1,1C倍率下复合物的放电容量接近200 mAh·g^-1,比原始LLO材料170 mAh·g^-1提高了15%.     

磷钼酸修饰炭载Pd电极的H2O2电催化还原

采用化学还原法制备了炭载钯（Pd/C）催化剂,浸渍修饰磷钼酸（PMA）制备成复合催化剂. 通过XRD和红外谱图（IR）表征催化剂的组分和结构,采用线性扫描曲线及计时电流曲线考察了该电极的电催化性能. 研究表明,室温（20 ^oC）PMA-Pd/C电极的H₂O₂还原电催化活性更优.     

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.     

LiV3O8在Li2SO4水溶液中的电化学性能

采用低温固相法合成了具有纳米结构的LiV₃O₈材料.扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）测试显示该材料具有纳米结构.X射线衍射（XRD）表明该材料属于单斜晶系,P2₁Im空间群.并采用循环伏安法（CV）及电化学阻抗谱图测试对该材料在1、2 mol·L^-1Li₂SO₄水溶液及饱和Li₂SO₄水溶液中的电化学行为进行了研究.结果表明,LiV₃O₈在饱和Li₂SO₄水溶液中具有最好的电化学性能.以LiV₃O₈作为负极材料,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂作为正极材料,饱和Li₂SO₄水溶液作为电解液组成了水性锂离子电池,进行恒流充放电测试,结果表明,在0.5C(1C=300 mA·g^-1)的充放电倍率下,该水性锂离子电池的首次放电比容量为95.2 mAh·g^-1,循环100次后仍具有37.0 mAh·g^-1的放电比容量.     

PP14TFSI离子液体在可充镁电池电解液的应用

制备了可充镁电池电解质苯酚基镁盐,以四氢呋喃（THF）与N-甲基-N-丁基-哌啶-双三氟甲基磺酰胺（PP14TFSI）离子液体混合物代替四氢呋喃作为该电解质的溶剂. 当THF与PP₁₄TFSI体积配比为1:1时,该苯酚基镁盐电解液镁可逆溶出性能最佳,电化学窗口宽（2.7 V vs. Mg）,离子电导率高（7.77 mS·cm^-1）. 此外,热重测试表明离子液体的加入大大降低了THF溶剂的挥发性,提高了可充镁电池的安全性能. 四氢呋喃 + N-甲基-N-丁基-哌啶-双三氟甲基磺酰胺混合溶剂有望作为可充镁电池电解液的首选溶剂.     

ZnCo2O4电极材料的形貌调控制备与超级电容特性的研究

本文采用水热反应和高温将ZnCo₂O₄纳米活性材料原位生长在泡沫镍上,并通过控制前驱体溶液中NH₄F的添加量,获得了ZnCo₂O₄四种不同的形貌. 以ZnCo₂O₄-2/NF为正极,AC/NF为负极,组装得到纽扣式非对称超级电容器ZnCo₂O₄-2/NF//AC/NF. 通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）等方法对四种形貌ZnCo₂O₄的组成和结构进行了分析. 在三电极体系下对不同形貌的ZnCo₂O₄电极进行循环伏安、恒流充放电以及电化学阻抗测试. 结果表明,当NH₄F的添加量为5 mmol时,所获得的薄纳米线团簇具有最高的面积比容量. 在电流密度为5 mA·cm^-2下,比容量为2.77 F·cm^-2. 基于正负两个电极的总面积,纽扣式非对称超级电容器的最大能量密度达到114.49μWh·cm^-2,相应的功率密度达到4001.59μW·cm^-2. 同时,功率密度达到24000μW·cm^-2时,对应的能量密度为80μWh·cm^-2.     

亚微米去顶角八面体LiNi0.08Mn1.92O4正极材料制备及高温电化学性能

采用低温固相燃烧法快速制备了一种具有{111}、{110}和{100}晶面的去顶角八面体LiNi_0.08Mn_1.92O₄ (LNMO)正极材料, 其高暴露{111}晶面可以减少充放电过程中Mn的溶解, 面积相对较小的{110}和{100}晶面可增加Li⁺快速扩散的通道. 测试结果表明, 所合成的LNMO具有LiMn₂O₄特有的立方晶系结构, 其颗粒尺寸为亚微米级. LNMO的高温电化学性能优异, 在55 ℃, 1和5 C的首次放电比容量分别为109.9和98.0 mAh/g, 分别循环300次后容量保持率为75.8%和80.5%; 即使在55 ℃, 10和15 C下分别循环1000次后仍具有48.4%和49.4%的容量保持率, 而未掺杂的LiMn₂O₄于15 C循环1000次后容量损失高达98%. LNMO在55 ℃有较高的Li⁺扩散系数(D=3.86×10^-15 cm²/s)和较小的电荷转移阻抗(循环前、后R_ct=158.0和279.8 Ω)以及较低的表观活化能(E_a=17.63 kJ/mol), 说明Ni掺杂能够提高Li⁺在尖晶石型LiMn₂O₄内的扩散速率及减小锂离子在脱嵌过程中的能垒, 从而提高锂离子的扩散速率和倍率性能. 对LNMO于55 ℃循环1000次后的极片进行X射线衍射(XRD)分析, 发现LNMO电极材料的晶体结构基本保持不变, 表明Ni掺杂提高了锰酸锂材料在55 ℃长循环过程中的晶体结构稳定性, 有效抑制了Jahn-Teller效应及Mn的溶解, 显著提升了其高温电化学性能. 本工作为尖晶石LiMn₂O₄电极材料在高温方面的应用提供了借鉴.     

基于Nafion固定磷钼酸和石墨烯共修饰PEDOT膜电极的电化学过氧化氢传感器

以玻碳电极（GCE）为基底电化学聚合制得聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）膜修饰电极,再通过Nafion共固定磷钼酸和石墨烯构建了一种新型的无酶电化学H₂O₂传感器. 利用扫描电子显微镜（SEM）表征制得的修饰电极,并通过循环伏安法和计时电流法研究了传感器对H₂O₂的响应性能. 结果表明,在优化条件下,该传感器对H₂O₂还原具有良好的电催化性能,检测H₂O₂的线性范围为2.91×10^-6 ~ 1.83×10^-2 mol•L^-1,检出限和灵敏度分别为9.90×10^-7 mol•L^-1（S/N = 3）和112.5 μA•（mmol•L^-1）^-1. 此外,该传感器还具有良好的重现性和选择性.     

磺酸基卟啉的电化学发光研究及应用

以四(4-磺酸基苯基)卟啉（TSPP）为发光体,过硫酸钾（K₂S₂O₈）为共反应剂,构建了一个新的电化学发光（ECL）体系. 在扫描范围为0~-1.5V时,该体系出现两个阴极ECL峰,分别为TSPP的还原峰（-0.8V）和K₂S₂O₈ 的还原峰 (-1.2V). 亚甲基蓝能有效猝灭四(4-磺酸基苯基)卟啉的电化学发光,根据猝灭效率与亚甲基蓝浓度的线性关系,建立了一种测定亚甲基蓝含量的新方法.     

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.     

Pt/H-TiO2催化剂制备及其甲醇电催化氧化性能

以四氯化钛为前驱体,采用水热法合成二氧化钛纳米棒（TiO₂,白色）,在纯H₂气氛,将其550 ^oC热处理2 h,即得有氧缺陷和Ti³⁺填隙原子的二氧化钛纳米棒（H-TiO₂,灰黑色）. 将Pt纳米粒子（~ 1.9 nm）负载于此两种二氧化钛纳米棒上,制得Pt/TiO₂和Pt/H-TiO₂催化剂. XRD和XPS测试表明,氢处理TiO₂晶型没有变化,仍属金红石型,但增加了Ti-OH表面物种. 电化学测试表明,H-TiO₂载体能够增强氧在Pt表面的吸脱附能力,从而提高其甲醇电催化氧化活性,Pt/H-TiO₂电极甲醇氧化峰电流密度为Pt/TiO₂电极的1.6倍、Pt/C电极的2.1倍.