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。     

新型锂离子电池三维结构泡沫NiO电极的制备及电化学性能

通过固相氧化方法,以三维结构泡沫镍为基体和金属镍源,制备了三维结构泡沫氧化镍负极。XRD和SEM结果表明,经500℃氧化处理,泡沫镍基体上形成了NiO微米级的致密活性氧化层。通过充放电测试和循环伏安测试研究了电极的电化学性能,结果表明,三维结构泡沫氧化镍在放电电位区间0.05～3.2VvsLi/Li+,0.2C倍率下充放电,初始容量损失为20%,且经40次循环后,质量比容量为950mAh·g-1,三维泡沫氧化镍电极具有优异的循环容量保持性能。三维泡沫氧化镍具有的大的活性表面积,降低了界面反应的极化,从而提高了NiO电极的倍率放电性能。     

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。     

二次锂离子电池正极活性材料—LiCoO2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。     

电动汽车与动力电池

通过回顾电动汽车一百多年的发展历史,讨论了化学电源技术对电动汽车发展的影响。在简要介绍电动汽车种类和电动汽车对动力电池的技术要求之后,围绕动力锂离子电池应用的主要问题进行了讨论,包括电池安全性、环境适应性和成本。最后,简单分析了未来动力电池技术的发展之路。     

Overview of the Structure–Dynamics–Function Relationships in Borohydrides for Use as Solid-State Electrolytes in Battery Applications

The goal of this article is to highlight crucial breakthroughs in solid-state ionic conduction in borohydrides for battery applications. Borohydrides, M^z+B_xH_y, form in various molecular structures, for example, nido-M⁺BH₄; closo-M²⁺B₁₀H₁₀; closo-M²⁺B₁₂H₁₂; and planar-M⁶⁺B₆H₆ with M = cations such as Li⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, and Mg²⁺, which can participate in ionic conduction. This overview article will fully explore the phase space of boron–hydrogen chemistry in order to discuss parameters that optimize these materials as solid electrolytes for battery applications. Key properties for effective solid-state electrolytes, including ionic conduction, electrochemical window, high energy density, and resistance to dendrite formation, are also discussed. Because of their open structures (for closo-boranes) leading to rapid ionic conduction, and their ability to undergo phase transition between low conductivity and high conductivity phases, borohydrides deserve a focused discussion and further experimental efforts. One challenge that remains is the low electrochemical stability of borohydrides. This overview article highlights current knowledge and additionally recommends a path towards further computational and experimental research efforts.     

Electrochemically fabricated polypyrrole-cobalt-oxygen coordination complex as high-performance lithium-storage materials

Current lithium-ion battery (LIB) technologies are all based on inorganic electrode materials, though organic materials have been used as electrodes for years. Disadvantages such as limited thermal stability and low specific capacity hinder their applications. On the other hand, the transition metal oxides that provide high lithium-storage capacity by way of electrochemical conversion reaction suffer from poor cycling stability. Here we report a novel high-performance, organic, lithium-storage material, a polypyrrole-cobalt-oxygen (PPy-Co-O) coordination complex, with high lithium-storage capacity and excellent cycling stability. Extended X-ray absorption fine structure and Raman spectroscopy and other physical and electrochemical characterizations demonstrate that this coordination complex can be electrochemically fabricated by cycling PPy-coated Co(3)O(4) between 0.0 V and 3.0 V versus Li(+)/Li. Density functional theory (DFT) calculations indicate that each cobalt atom coordinates with two nitrogen atoms within the PPy-Co coordination layer and the layers are connected with oxygen atoms between them. Coordination weakens the C-H bonds on PPy and makes the complex a novel lithium-storage material with high capacity and high cycling stability.     

Synthesis and properties of nanosized tin-zinc composite oxides as lithium storage materials

After preparing the precursor by a liquid precipitation method, a series of tin-zinc composite oxides with different components and structures were synthesized as the anode materials for lithium ion batteries when the precursor was pyrolyzed at different temperatures. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and electrochemical measurements. The reversible capacity of amorphous ZnSnO₃ is 844 mA · h/g in the first cycle and the charge capacity is 695 mA · h/g in the tenth cycle. The reversible capacity of ZnO · SnO₂ is 845 mA · h/g in the first cycle and the charge capacity is 508 mA · h/g in the tenth cycle. The reversible capacity of SnO₂ · Zn₂SnO₄ is 758 mA · h/g in the first cycle and the charge capacity is 455 mA · h/g in the tenth cycle. Results show that amorphous ZnSnO₃ exhibits the best electrochemical property among all of the tin-zinc composite oxides. With the formation of crystallites in the samples, the electrochemical property of the tin-zinc composite oxides decreases. Translated from Chem J Chin Univ, 2006, 27(12): 2252–2255 [译自: 高等学校化学学报]