基于虚拟仿真实验的锂离子电池正极材料制备及性能探究

With the rapid development of new energy industry, many universities have launched comprehensive experiments about preparation, characterization, battery assembly and performance testing of lithium-ion battery materials, and have achieved good teaching results. However, due to the limitations of equipment cost and experimental time, it is impossible to meet all experimental needs. We use virtual simulation technology to make students familiar with the basic operation skills of electrochemical experiments and the use of related instruments. Through the virtual experiment about the complete process of lithium-ion batteries including preparation of positive electrode materials, assembly of and performance testing during, we established a new teaching model of online and offline integration and improved the experiment efficiency and success rate in actual operation. At the same time, this model broaden students' vision and cultivate students' practical ability and innovative awareness.     

硅材料在锂离子电池负极中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点，是高容量锂离子负极材料的研究热点之一。论文综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展。分别对硅和含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结，并对其存在的问题进行了分析。探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性。指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向。     

人工智能在锂离子电池研发中的应用

锂离子电池已成为解决现代社会储能问题的最佳解决方案之一。然而,电池材料和器件开发都是复杂的多变量问题,传统的依赖研究人员进行实验的试错法在电池性能提升方面遇到了瓶颈。人工智能（AI）具有强大的高速、海量数据处理能力,是上述突破研究瓶颈的最具潜力的技术。其中,机器学习 (ML) 算法在评估多维数据变量和集合之间的组合关联方面的独特优势有望帮助研究人员发现不同因素之间的相互作用规律并阐明材料合成和设备制造的机制。本综述总结了锂离子电池传统研究方法遇到的各种挑战,并详细介绍了人工智能在电池材料研究、电池器件设计与制造、材料与器件表征、电池循环寿命与安全性评估等方面的应用。最重要的是,我们介绍了AI和ML在电池研究中面临的挑战,并讨论了它们应用的缺点和前景。我们相信,未来实验科学家、数学建模专家和AI专家之间更紧密的合作将极大地促进AI和ML方法用以解决传统方法难以克服的电池和材料问题。     

锂离子电池中的热效应

锂离子电池中的热效应;锂离子电池;电池材料;热分解;C80微量量热仪     

离子液体在锂离子电池中的应用研究进展

离子液体具有蒸汽压低、热稳定性好、不易挥发、溶解能力强、环境友好、电化学稳定窗口和液程范围宽等优点,在锂离子电池领域应用前景广泛。本文按照离子液体作为电解质溶剂、与传统电解质复配或与聚合物电解质结合的应用方式,总结其对电池的安全性和热稳定性的影响,并综述了近年来离子液体在锂离子电池电解质中的应用研究进展。     

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。同时它也是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。电极材料的微观结构对其性能有很大影响,利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能。本文综述了石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用研究进展。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构,例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构,可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中,石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外,相比于传统导电添加剂,石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量,达到更加优异的电化学性能。最后对石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。     

硅材料在锂离子电池负极中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.论文综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅和含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.     

量子化学方法在锂离子电池电解液研究中的应用

总结了近年来量子化学方法在锂离子电池电解液研究中的应用进展,阐述了量子化学方法在新型锂盐设计、功能添加剂作用机理分析和电极/电解液界面膜的形成过程研究中发挥的作用,对其用来设计锂离子电池电解液功能分子作出展望。     

低温等离子体在锂离子电池材料中的应用

综合评述了低温等离子体技术的基本原理、 常用方法及其在锂离子电池材料领域中的研究进展, 重点评述了等离子体技术在锂离子电池正极、 负极、 隔膜及固态电解质等重要组分中的材料制备与表面改性方面的主要研究结果和应用优势, 并对其所面临的挑战和未来的应用方向进行了展望.     

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。     

虚拟实验技术在化学实验教学中的应用与实践

虚拟实验技术是在虚拟现实技术基础上发展起来的一种新型实验教学模式,它利用仿真、网络、传感、多维动画等技术弥补了真实实验危险、耗时长、现象不明显等不足,特别是在微观展示、反应机理模拟以及易燃易爆等实验教学上有着不可替代的作用。采取抽样调查、问卷、访谈等方式调查了我国虚拟实验在化学实验教学中的应用现状,并通过案例实践验证了虚拟实验在化学实验教学中的作用与成效。     

二次锂离子电池正极活性材料—LiCoO_2制备研究进展

本文简单对比了高温相 LiCoO2和低温相 LiCoO2的结构和电化学性能的差别，详细介绍了 LiCoO2的各种合成方法并评述了不同合成方法、反应条件对 LiCoO2结构、形貌及电化学性能的影响，并提出了今后研究的方向。     

生物质废弃物碳作为锂离子电池负极材料研究的综合性实验设计

为了拓展能源化工和材料专业高年级本科生的知识领域,设计了综合性实验--生物质废弃物碳作为锂离子电池负极材料研究。实验内容包括生物质废弃物碳的制备、结构表征、电极的制备、模拟电池组装及电化学性能测试等。通过实验操作、电化学工作站和充放电测试仪的使用及数据处理等环节,不仅可以巩固学生所学知识,还能培养他们的创新思维能力和团队意识,进一步提高综合素养水平。     

基于虚拟仿真技术的热分析实验教学探索与实践*

针对热分析实验教学,设计和开发了热分析仪虚拟仿真实训系统,提出了一种新的基于虚拟仿真技术的仪器分析测试类实验课教学模式,并将其应用于实际的实验教学中。对随堂实验教学质量进行了调查,结果表明此种实验教学模式很大程度上提升了学生自主学习的兴趣,提高了学生的综合实践能力。     

锂电池极片微结构优化及可控制备技术进展

锂离子电池是应用最广泛的电化学储能器件,目前,经济的快速发展对其提出了更高的要求。 电极微观结构对电池性能影响显著,电极微结构精细设计及可控制备成为锂离子电池领域的研究热点之一。 本文结合锂离子电池最新发展趋势,总结了锂离子电池电极反应基本过程及电极微结构的表征技术,然后概述了近几年电极微观结构的设计与优化,并分析了电极微结构的关键特征。 基于理想的电极结构,综述了电极可控制备技术的最新进展。     

三元锂离子动力电池衰减机理

失效分析是通过剖析电池循环过程中复杂的物理和化学变化引起的失效现象,优化材料制备和电池制作工艺,提升电池性能的有效途径。 通过对3.0～4.2 V电压范围1C循环1000周镍钴锰酸锂(NCM,LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂)三元锂离子动力电池拆解分析后发现,正极容量损失约为2.73%,负极容量损失约为2.4%。 对比正负极片循环前后X射线衍射和场发射扫描电子显微镜分析发现,正极容量损失主要由正极颗粒破碎和结构转变引起的,负极衰减主要由循环过程中Li⁺持续脱嵌导致石墨层状结构损伤引起的。 正极过渡金属阳离子溶解并沉积在负极,催化电解液/电极界面副反应,导致负极过度成膜,活性锂损失,影响电极过程动力学也是电池失效的原因之一。     

虚拟仿真技术在大学分析化学实验教学中的应用*

针对传统分析化学实验教学中的不足,介绍了大学分析化学实验虚拟仿真线上教学项目的建设内容及其应用实效,并对虚拟仿真实验技术下一步的发展方向进行了设想。通过近2个学年的教学实践,发现以虚拟仿真实验辅助现场教学,可有效弥补传统分析化学实验教学中学生预习效果差、试剂废液产生量大、安全隐患频发等方面的缺陷;同时,虚拟仿真实验系统的考核评价、分析统计功能为教师在开展现场实验教学过程中,针对学生知识点掌握的薄弱环节开展针对性强化指导训练提供了有效手段。本虚拟仿真实验系统为虚拟仿真技术在大学分析化学实验教学领域的推广应用提供了有益借鉴。     

二氧化锡/石墨烯柔性电极的制备及其在锂离子电池中的应用

采用简便的抽滤装置制备了三明治结构的不同粒径大小的二氧化锡(SnO_2)/石墨烯柔性薄膜电极,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、比表面积(BET)和电化学等测试技术手段对样品结构、形貌和电化学性能进行表征,研究了二氧化锡颗粒大小对复合电极电化学性能的影响。结果表明,当SnO_2纳米颗粒的粒径为6 nm时柔性复合电极表现出最优的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下经过100次循环后,可逆比容量保持在555 m A·h/g,远高于纯SnO_2和粒径过大或过小的SnO_2/石墨烯复合电极。