LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料的制备与电化学性能

LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料作为最有商业化前途的锂离子电池正极材料，近年来成为研究者关注的焦点。但目前针对该材料合成工艺的研究还较少。对LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂开展了不同的烧结工艺研究，并对制备出的正极材料进行了表征和性能测试。研究发现在0.1C (电池容量额定值)倍率下充放电比容量为200 mA·h·g-1左右，在1C倍率循环100次下，480 ℃@3 h + 780 ℃@5 h和500 ℃@5 h + 780 ℃@10 h两种烧结工艺下容量保持率分别为94%和86%，说明用这两种工艺制备的正极材料的综合性能最优。     

低成本WS_2染料敏化电池对电极的低温制备

采用简单的方法,在低温条件下制作了高效的WS2对电极,并用X射线衍射仪(XRD)、显微共焦拉曼光谱仪(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的物理特性进行了表征.WS_2对电极的电化学催化活性用循环伏安(CV)和光电流密度-电压特性(I-V)来评价.利用所制备WS_2对电极组装的染料敏化太阳能电池的光电转换效率为5.48%略低于Pt对电极(6.6%).研究表明WS_2是一种很有前景的染料敏化太阳能电池Pt对电极替代材料.     

大学化学本科教学中综合化学实验的设计——锂离子电池制作

将CR2032型锂离子电池的制作及电化学性能测试实验设计为大学化学本科生的综合实验并将其应用于本科教学中，建立起基于锂离子电池用正极材料的合成、表征、电极制备及电池组装和性能测试的综合性开放实验。实验以无机材料制备为实验基础，以电化学原理为理论基础，通过文献查阅、确立合成路线、材料制备及表征、锂离子电池制作与测试等多项综合实验内容，使学生了解目前常见的正极材料种类、合成方法、电池的基本结构以及电池性能的测试方法。在教学过程中以学生主动探索为主体，培养学生的科学探究素养，锻炼学生查阅文献、自主设计实验和合作开发的能力。     

燃烧的热力波电池

麻省理工学院的一个美、韩科学家小组在2010年3月7日出版的Nature上发表题为< Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower waves >(用化学方法驱动碳纳米管传导热力波)的论文.该小组在论文中称发现了一种前所未见的现象,在化学反应中强大的能量波可以在微小的多层纳米碳管中"暴走",并引发高能量密度的电效应.他们将这个现象冠名为"热力波"(Thermopower Wave).     

以Fe2P2O7为前驱体制备LiFePO4及其电化学性能

以磷铁废渣（Fe_1.5P）和温室效应气体CO₂为原料,以磷酸为补充磷源合成磷酸铁锂（LiFePO₄）的前驱体Fe₂P₂O₇,并研究了其合成过程对LiFePO₄正极材料储能性能的影响。采用SEM观察了LiFePO₄的表面形貌,采用XRD分析了LiFePO₄和Fe₂P₂O₇的晶体结构。进一步对该方法进行优化,发现Fe_1.5P与磷酸混合物（n_Fe1.5P：n_H3PO4=1：1）在800℃热处理6 h合成的Fe₂P₂O₇对应的LiFePO₄/C电化学性能最好,在0.1C,0.2C,0.5C和1C倍率下的容量分别可达130,126,117和108 mAh·g^-1。该方法具有成本低廉,减少碳排放和环境友好等特点,为LiFePO₄正极材料的生产提出了一种新的工艺。     

富锂层状正极材料Li2Mn1-xTixO3的合成及电化学性能

应用简单的高温固相烧结法合成了Ti掺杂改性的Li₂MnO₃材料。电子扫描显微镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱分析表明Ti元素取代Mn离子掺入到Li₂MnO₃晶格中,且掺杂能有效地抑制一次颗粒的团聚。电化学阻抗和恒流充放电测试结果表明,在2.0~4.6 V的电压窗口下,掺杂改性的样品Li₂Mn_0.9Ti_0.03O₃的首圈放电比容量达到209 mAh·g^-1,库仑效率为99.5%,循环40圈后容量保持率为94%;当电流密度增大到400 mA·g^-1时,掺杂改性的样品仍然可以放出120 mAh·g^-1比容量,远高于同等电流密度下未掺杂的Li₂MnO₃原粉的比容量（52 mAh·g^-1）。Ti掺杂可有效地改善Li₂MnO₃的循环稳定性和倍率性能,有利于促进该材料的商业化应用。     

Zr掺杂对正极材料Li(Ni0.9Co0.05Al0.05)O2的电化学性能影响

通过控制结晶法制备类球形Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合后,在750℃下于氧气中进行高温焙烧,最终合成正极材料Li（Ni_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02）O₂。扫描电子显微镜（SEM）结果显示前驱体及正极材料具有良好的形貌;X射线衍射（XRD）表明材料具有规整的六方单相层状α-NaFeO₂结构;能谱仪（EDXS）分析表明Zr元素在材料颗粒内部呈均匀分布。合成的LiNi_0.9Co_0.05Al_0.03Zr_0.02O₂正极材料具有良好的电化学性能,在25℃,2.8~4.3 V充放电条件下,0.2C首次放电比容量为221.5 mAh·g^-1,充放电效率90.3%,2C倍率充放电条件下容量仍达到192.7 mAh·g^-1,100周循环后的容量保持率为92.2%。在55℃,2.8~4.3 V的高温充放电条件下,该材料的0.2C首次放电比容量可达236.2 mAh·g^-1,2C充放电倍率下循环100周容量保持率为85.1%。     

AlF3包覆天然石墨负极材料的制备及其电化学性能

以天然石墨为原料,通过机械高速分散设备将天然石墨和AlF₃在液相介质中充分混合,混合液喷雾干燥后获得颗粒形态均匀分散的AlF₃包覆天然石墨（NG）复合负极材料（AF/NG）。一方面AlF₃包覆层有助于在天然石墨表面形成稳定的SEI膜,提升材料的循环稳定性;另一方面AlF₃的引入改善了锂离子在天然石墨内外的迁移与扩散,提升复合材料的倍率性能,0.5C倍率下放电比容量达到278 mAh·g^-1,同等倍率下比未包覆AlF₃样品提高了78 mAh·g^-1。合成工艺简单易管控,适合规模化商业生产。     

非原位拉曼光谱区分富锂层状氧化物的集成结构:一种预测Li2MnO3活化程度的有效方法

采用5种方法,即溶胶-凝胶法、高温固相法、共沉淀法、水热法和溶剂热法合成了富锂材料Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂。拉曼光谱研究发现共沉淀法制备的样品是固溶体结构,而其他4个样品是以不同尺度共生形成的复合物结构。电化学性能测试结果表明这5个富锂材料性能存在明显差异,尤其是在首次充电过程中5个样品位于4.5 V以上由Li₂MnO₃组分活化所贡献的容量明显不同,共沉淀法制备的具有固溶体结构的样品中由Li₂MnO₃组分活化贡献的容量最多。因此我们建立起电化学性能与两相集成方式的联系,不同的集成方式使得Li₂MnO₃组分活化所贡献的容量不同,进而影响了最终的电化学性能。     

双金属(Sn/Ni)掺杂多孔硅微球的液相合成与电化学储锂性能

使用廉价的硅铝合金前驱体,通过简单的化学沉积方法制备了新型双金属(Sn/Ni)掺杂多孔硅微球(pSi@SnNi)。pSi@SnNi复合材料的三维多孔结构可以缓冲硅在锂化过程中的巨大体积膨胀,增加储锂活性位点。双金属(Sn/Ni)的掺杂可以提高硅的电子导电性,改进pSi的结构稳定性。由于其独特的组成和微观结构,具有适当Sn/Ni含量的pSi@SnNi复合材料显示了较大的可逆储锂容量(0.1 A·g^-1下为2 651.7 mAh·g^-1)、较高的电化学循环稳定性(1 A·g^-1下400次循环后为1 139 mAh·g^-1)和优异的倍率性能(2.5 A·g^-1下为1 235.8 mAh·g^-1)。