MXene-碳黑/硫复合材料在锂硫电池一体式电极的研究

锂硫电池的实际能量密度不高和多硫化物（LiPSs）的穿梭效应等问题严重影响了该电池的实际应用。本文通过将二维的Ti₃C₂T_x Mxene纳米片与碳黑/硫（CB/S）材料进行混合,制备了Ti₃C₂T_x-CB/S正极材料并将其涂覆在商业隔膜（PP）上,最终获得了Ti₃C₂T_x-CB/S-PP一体式电极并用于锂硫电池。利用Ti₃C₂T_x纳米片对CB/S进行修饰,不仅能提高活性物质硫的导电性,还能对扩散的LiPSs进行物理阻挡和化学吸附。而一体式电极的设计有利于提高电池的能量密度。恒流充放电测试结果表明,Ti₃C₂T_x-CB/S-PP电极在0.1 C电流下的初始放电容量为1028.8 mAh·g^-1,高于不含Ti₃C₂T_x的CB/S-PP电极的896.8 mAh·g^-1。Ti₃C₂T_x-CB/S-PP电极还展示出了比基于传统铝箔集流体的Ti₃C₂T_x-CB/S-Al电极更好的循环稳定性,前者在0.5 C下400圈长循环测试中的每圈衰减率为0.072%,而后者则为更高的0.10%。本文利用Ti₃C₂T_x-CB/S构建一体式电极的策略为实现高性能和高能量密度的锂硫电池提供了新的研究方向。     

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。     

"一流学科"建设中元素化学课堂教学内容的设计——以碱金属元素为例谈元素结构与性质及其在锂离子电池中的应用

以“碱金属的结构与性能及其在锂离子电池中的应用”为例说明元素化学课堂教学中的方法,旨在引导学生学习与掌握碱金属的结构与性质的基础知识,使学生对碱金属元素在锂离子电池中应用产生兴趣,领悟无机化学相关的科学前沿的新知识、新规律和新概念,培养学生的创新意识。同时,分组讨论碱金属的结构与化学性质之间关系及其在新能源领域中的应用,组织学生深入到开展相关研究的课题组,在教师指导下开展锂离子电池电极材料制备与表征以及器件组装和电化学性能测试,并根据获得的结果复习课堂中讲授的知识。进一步,鼓励和推进学生开展碱金属在新能源器件中应用的本科生科研训练,在科学研究中应用无机化学基础知识,实现课本知识与科学实践相衔接。     

锂金属电池用高浓度电解液体系研究进展

锂金属二次电池具有极高的能量密度,是下一代储能电池的研究热点。然而,金属锂负极在传统碳酸酯电解液1 mol·L^?1 LiPF6-EC/DEC(ethylene carbonate/diethyl carbonate)中充放电时,存在严重的枝晶生长和循环效率低下等问题,阻碍了其商业化应用。因此,开发与锂负极兼容的新型电解液体系是目前重要的研究任务。与传统稀溶液相比,高浓度电解液体系具有独有的物化性质和优异的界面相容性,并且能有效抑制锂枝晶生长、显著提升锂负极的循环可逆性,因而格外受到关注。本文综述了高浓度电解液及局部高浓电解液体系的最新研究进展,分析了其溶液化学结构和物化性质,对其与锂负极的界面相容性、枝晶抑制效果、效率提升能力及界面稳定性机制进行了探讨;文章着重介绍了高浓与局部高浓电解液体系在锂金属二次电池中的应用,同时从基础科学研究和应用研究两个层面对高浓电解液和局部高浓电解液存在的主要问题进行了简要分析,并对其未来发展方向进行了展望。     

蓬勃发展的金属锂负极

当今,国际格局正在产生重大变革,能源利用从传统化石能源主体逐渐转向低碳可再生能源。以电化学反应为基础的高效储能体系不受地理环境限制。发展高能量密度与高安全性的电化学储能技术,是以可再生能源、新能源汽车工业为代表的能源革命的重要环节。目前,锂离子电池技术成熟度高,在促进社会智能化、便携化进程中发挥着重要作用。基于电化学插层反应的锂离子电池经过将近三十年的发展,能量密度趋近于理论极限,但仍不能满足当代社会的储能需求。因此,发展高安全高比容量的下一代电极材料势在必行。     

水洗和回烧工艺对高镍三元材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2微观结构及电化学性能的影响

以镍钴氢氧化物、异丙醇铝为原料,采用水解法合成三元前驱体Ni_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2,再与锂盐混合烧结得到正极材料(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线谱(EDS)和恒电流充放电测试等对样品的晶体结构、微观形貌、元素价态以及电化学性能进行表征。研究表明,料液比1∶25、水洗3次、600℃回烧2 h合成的LiNi_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2具有较优的综合电化学性能,其在0.2C的放电比容量达207.6 mAh·g~(-1),首次充放电效率为84.8%,1C放电比容量为192.0 mAh·g~(-1),循环100周后,材料的放电比容量仍有148.0 mAh·g~(-1),容量保持率达到77.1%。     

用于锂硫电池高效硫载体的Co-N-C@KB复合材料的规模化制备策略

硫正极较差的性能严重阻碍了锂硫电池的商业化进程,这些因素包括较低的导电能力以及在促进多硫化物转化方面较差的催化活性。我们开发了一种基于配体调控合成和低温热解的规模化策略来制备高效的正极复合材料（Co-N-C@KB）,这种材料由富含Co-N-C活性位点的科琴黑（KB）组成。原子级分散的Co-N-C活性位点被证明有利于多硫化物在正极的转化,因而可以提高锂硫电池的容量和循环寿命。基于此,Co-N-C@KB作为正极可以使锂硫电池获得高达1 442 mAh·g^-1的初始放电容量,并且该电池在长时间的稳定性测试中具有出色的容量保持能力。     

一步硫/磷热处理制备空心Co9S8/CoP/C纳米复合材料及其储钠性能研究

低成本、高性能的钠离子电池有望成为代替锂离子电池的下一代核心器件.但是开发出高比容量、高倍率的钠离子电池负极材料依然是瓶颈.本文通过水热/溶剂热法制备了Co基前驱体,然后将其一步硫/磷热处理制得具有空心多孔结构的h-Co₉S₈/CoP/C纳米复合材料.通过X-射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等表征以确定纳米复合物的物相以及形貌特征.当h-Co₉S₈/CoP/C作为钠离子电池负极材料时,该电极材料展示了高的比容量(561 mAh g^-1@0.1 Ag^-1)、较好的循环性能(可逆比容量200 mAh g^-1@2 Ag^-1)和倍率性能.h-Co₉S₈/CoP/C之所以显示出良好的储钠性能,主要得益于其空心多孔结构不仅提供更多的空间缓解钠在反复嵌入和脱出过程造成的体积膨胀效应,而且可以缩短离子/电荷扩散途径以加快反应动力学,此外,Co₉S₈、CoP和C独特的电子结构优势得以共同发挥.     

全自动电位滴定法测定锂电池原料碳酸锂中主成分的含量

采用全自动电位滴定法测定锂电池原料碳酸锂中主成分的含量,用盐酸标准溶液进行滴定,考虑自动电位滴定仪的灵敏性和准确度,通过多次对比实验,确定了仪器的最佳工作参数、滴定剂浓度和样品称样量等滴定条件;对两个不同品位试样分别进行了11次平行测定,相对标准偏差(RSD)均小于1%。在碳酸锂试样中加入基准物质无水碳酸钠进行碳酸根的加标回收实验,碳酸根的加标回收率在99.4%~100%。与传统的酸碱滴定法相比,全自动电位滴定法方便、快捷,同时方法测定结果准确、可靠、精密度高,适合大批量样品快速分析。     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn1.9Mg0.05Ti0.05O4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料, 以柠檬酸为螯合剂, 采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄. 采用热重分析(TGA), X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)测试)对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征. 结果表明: 780℃下煅烧12 h 得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄材料, 该材料具有良好的电化学性能, 在室温下以0.5C倍率充放电, 在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 mAh·g^-1, 循环50 次后放电比容量仍为118.5mAh·g^-1, 容量保持率为93.5%. 在55℃高温下循环30次后的放电比容量为111.9 mAh·g^-1, 容量保持率达到91.9%, 远远高于未掺杂的LiMn₂O₄的容量保存率. 二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂LiMn₂O₄, 改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能, 使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.