MH－Ni电池低温性能的研究

从合金组成及电解液组份研究了ＭＨ－Ｎｉ电池的低温性能，确定了适宜的合金组成和电解液组成。     

镍氢电池的循环性能与活性物质微结构的研究

与循环试验大致同步, 用静态(初态和终态)或准动态(增加若干个中间态)的模式对MH/H电池循环性能、电极(包括负极和正极)材料的微结构进行了X射线衍射(XRD)研究, 发现循环性能衰减与正极材料β-Ni(OH)₂的点阵参数、平均晶粒尺度、微应变和总的层错几率均随循环周期增加而减小以及负极材料中腐蚀产物A(OH)₃和B相出现和增加有一定的对应关系, 发现MH/Ni 电池循环性能的衰减是正极材料和负极材料的结构和微结构随着循环次数的增加发生明显变化, 恶化了正负极材料的电化学性能, 同时消耗和恶化了电解液的综合结果. 为了提高电池的循环性能, 采用不同正极材料的添加剂. 结果表明, CaF₂和Lu₂O₃有明显的效果, 其中CaF₂效果最好, 并有广泛的实用性.     

钛酸锂基锂离子电池的析气特性

目前商用锂离子电池主要使用碳负极材料。零应变的钛酸锂被认为是比碳更安全、寿命更长的负极材料,在混合电动汽车和风/光/电并网、智能电网等领域有独特的应用前景。但是,采用钛酸锂负极的锂离子电池在充放电及储存过程中极易发生气胀,从而导致外壳变形、电池向外析气、电池性能急剧下降等问题,这是制约钛酸锂实际应用的最大障碍。本文首先介绍了钛酸锂基锂离子电池的产业发展状况,其采用的正极材料分别为Li(NixCoyMn1-x-y)O2、LiMn2O4、LiFePO4与LiCoO2等四种。针对其气胀问题,从钛酸锂电极材料的界面特性、水分、电解液还原分解、负极电位、杂质等方面综述了相关的最新研究进展。同时结合本课题组的研究工作,从材料、工艺、使用等角度指出了气胀的改进措施,最后,提出钛酸锂基锂离子电池气胀方面亟待解决的问题及今后的研究重点。     

MH/Ni电池储存性能的改善及其机理研究

应用恒电流充放电法和循环伏安法研究了MH／Ni电池的储存性能．结果表明,储存期间当电池开路电压下降至1．0V以下后,组成正极导电网络的CoOOH将被还原并在随后的充电过程中不能完全复原,导致电池储存性能下降．如于正极中加入镍粉作导电剂,便能在一定程度上减缓这种影响,改善电池的储存性能．     

电极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能关系研究的一些进展

为了更深入地研究正负极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能之间的关系,本文在介绍了简单而较适用的处理X射线衍射数据的方法之后,系统综述了电池活化前后、循环过程中正负极活性物质结构和微结构与电池性能之间关系研究的一些进展.主要包括:(1)具有适当晶粒大小和较大层错几率的βNi(OH)2物质,能获得较大的充放电容量;(2)没有观测到MH/Ni电池在充放电过程中有β-Ni(OH)2 β-NiOOH的相变,只有满充和过充电时才发生部份β-Ni(OH)2 γNiOOH的相变;MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性物质中嵌入和脱嵌的氢离子形成固相质子在电极间定向运动.(3)循环性能的衰减、内阻、容量的变化与正负极活性物质的微结构变化有良好对应关系.微结构变化消耗电解液,并改变电解液的性能.正极、负极和电解液三者的共同作用是循环性能衰减的主导原因.(4)正极添加剂与电池性能之间的关系.由于正极添加剂Lu2O3和CaF2能抑制正极活性物质的微晶细化、减缓总的层错几率降低,对于储氢合金能抑制品粒增大,特别能抑制A(0H)3和B的析出,故能提高了电池的循环性能和寿命.(5)电池储存前后的容量衰减和内阻增加是其在储存过程中CoOOH析出和晶粒细化双重作用的结果.     

分离X射线衍射线多重宽化效应的新方法和计算程序

在近似函数的基础上，提出并建立分离微晶与微应力、微晶与堆垛层错、微应力与堆垛层错二重宽化效应的最小二乘法和微晶-微应力-堆垛层错三重宽化效应的最小二乘法，同时编制了相关的计算机求解系列程序.这些方法适用于密堆六方(cph)、面心立方(fcc)和体心立方(bcc)结构.还给出和讨论了几个应用实例. 关键词： 最小二乘法 微结构 X射线衍射 计算程序     

XANES研究Al2O3包覆LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料的稳定性

采用溶胶凝胶水解法在LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2(NCM)表面包覆了0.5 wt%Al2O3.透射电镜(TEM)表明在NCM表面形成了均匀的Al2O3包覆层;分别采用恒电位极化及热重分析(TG)研究了包覆前后NCM的析氧特性;采用X射线吸收近边结构谱(XANES)研究了包覆前后O的电子结构.结果表明,包覆后的NCM析氧量更少;Al2O3包覆使得NCM表面层中与金属3d轨道杂化的O比例减少,而更稳定的、与金属4sp轨道杂化的O比例增加.这些因素导致Al2O3包覆后的NCM更加稳定、安全性更高.     

MH/Ni电池充放电过程导电物理机制的研究

借助X射线衍射等方法, 研究了MH/Ni电池在充放电过程中电极活性材料β-Ni(OH)2和AB5合金的结构和微结构变化, 进而讨论了两种电极活性材料在充放电过程中的物理行为和导电的物理机制. 研究发现, 在充电过程中确实未观测到β-Ni(OH)2→β-NiOOH的相变, 只有在满充和过充时, 才发生部分β-Ni(OH)2转变成γ-NiOOH, 且一直是β-Ni(OH)2和γ-NiOOH两相共存; 在充电过程不是由β-Ni(OH)2→β-NiOOH相变来提供氢离子, 而是由氢原子离开β-Ni(OH)2的点阵位置提供氢离子; 在负极这一边, 开始时氢原子是以间隙式嵌入AB5点阵形成固溶体, 只有当AB5因氢原子的嵌入使其体积变化达一定百分数后才析出AB5Hx氢化物. 这些过程使电极活性材料的微结构也发生变化, 而且这种变化不是完全可逆的. 简言之, MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性材料中嵌入和脱嵌的氢离子在电极间的定向迁移运动.     

电极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能关系研究的一些进展

为了更深入地研究正负极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能之间的关系,本文在介绍了简单而较适用的处理X射线衍射数据的方法之后,系统综述了电池活化前后、循环过程中正负极活性物质结构和微结构与电池性能之间关系研究的一些进展。主要包括:(1)具有适当晶粒大小和较大层错几率的β-Ni(OH)2物质,能获得较大的充放电容量;(2)没有观测到MH/Ni电池在充放电过程中有β-Ni(OH)2β-NiOOH的相变,只有满充和过充电时才发生部份β-Ni(OH)2γ-NiOOH的相变;MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性物质中嵌入和脱嵌的氢离子形成固相质子在电极间定向运动。(3)循环性能的衰减、内阻、容量的变化与正负极活性物质的微结构变化有良好对应关系。微结构变化消耗电解液,并改变电解液的性能。正极、负极和电解液三者的共同作用是循环性能衰减的主导原因。(4)正极添加剂与电池性能之间的关系。由于正极添加剂Lu2O3和CaF2能抑制正极活性物质的微晶细化、减缓总的层错几率降低,对于储氢合金能抑制晶粒增大,特别能抑制A(OH)3和B的析出,故能提高了电池的循环性能和寿命。(5)电池储存前后的容量衰减和内阻增加是其在储存过程中CoOOH析出和晶粒细化双重作用的结果。