天然气焦炭的嵌锂特性研究

锂离子电池的研究与开发具有诱人的商业前景．以金属锂为负极的锂二次电池存在着充放电循环寿命短和使用安全性能差等诸多问题，解决的途径之一是采用嵌锂化合物替代金属锂作为负极材料．其中，以具有贮锂功能的碳素材料作为负极的锂离子电池，不仅具有较高的电容量和较长...     

锂嵌入型化合物-氢气电池

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能. 锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极. 本文开发了 2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池. 通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂 水系电解液中进行匹配, 得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池. 钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V 的放电电位, 约97 mA·h·g^-1的比容量及10C的高倍率; 磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位, 约125 mA·h·g^-1的比容量以及10C的高倍率. 虽然, 钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、 不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减, 但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力. 本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

锂嵌入型化合物-氢气电池（英文）

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能.锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极.本文开发了2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池.通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂水系电解液中进行匹配,得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池.钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V的放电电位,约97 mA·h·g~(-1)的比容量及10C的高倍率;磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位,约125 mA·h·g~(-1)的比容量以及10C的高倍率.虽然,钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减,但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力.本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

增大层间距对天然石墨可逆储锂性能的影响研究

利用石墨嵌入化合物(GIC)制备技术处理天然石墨, 然后在其表面包覆一层软炭前驱体, 并在惰性气氛下热处理. 所得样品不但层间距保持了拉大的状态, 而且还在天然石墨内部预留了膨胀空间. 成功地找到了在保持天然石墨粒度和碳六角平面直径不显著改变情况下, 提高石墨层间距, 预留膨胀空间的石墨改性方法. 分析表明, 石墨嵌入化合物表面含有的大量含氧官能团, 在软炭前驱体包覆石墨嵌入化合物的过程中, 含氧官能团与沥青之间的反应和石墨嵌入化合物分解产生气体的溢出阻碍了层间距和预留空间的恢复. 将这种材料用于锂离子电池负极材料, 石墨的可逆储锂容量变化不大, 但是倍率放电性能和循环性能得到明显改善. 这主要是因为加大层间距和预留膨胀空间, 拓宽了锂离子扩散通道, 降低了石墨嵌锂膨胀引起的包覆层破裂.     

Sn基复合物类锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池能够成功应用的关键在于锂离子可以可逆嵌入与脱出的负极材料的制备。本文按嵌锂方式分类介绍了锂离子电池的最新研究进展,并对锡基负极材料的研究情况进行了综述,同时,也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景。     

锂离子电池锡基负极材料的研究进展

锂离子电池能够成功应用的关键在于锂离子可以可逆嵌入与脱出的负极材料的制备。本文按嵌锂方式分类介绍了锂离子电池的最新研究进展,并对锡基负极材料的研究情况进行了综述,同时,也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景。     

锂离子电池Sn基合金负极材料

发展高安全性、高能量、低成本、长寿命锂离子电池是当前动力电池应用面临的巨大挑战。电池的性能主要取决于正负极电极材料的性能。Sn基合金负极具有高能量和安全特性,是一种很有产业化前景的锂离子电池负极材料。本文综述了Sn基合金电极作为锂离子电池负极的最新研究进展,对Sn基合金负极的不同制备方法进行了总结,重点介绍了锡基合金负极材料在电化学性能方面所存在的问题及其原因,包括锡基活性物质的损失、SEI膜和氧化膜的形成、纳米粒子的团聚和锂离子嵌入过程中死锂的产生等影响合金充放电性能的因素,最后展望了以提高Sn基合金负极电化学性能为目的的研究趋势。     

钠离子电池硬炭负极材料的研究进展

钠离子电池凭借着丰富的钠资源、低廉的物料成本以及良好的低温性能等优势,在储能领域与锂离子电池兼容互补.因此,加速推进钠离子电池商业化可以降低锂资源供应风险,确保新能源行业的长期健康发展.由于钠离子的半径较大,而负极材料作为其插层的宿主材料,对相关的设计和发展要求则更高.目前,硬炭材料是公认的钠离子电池负极材料的理想选择之一,也是最有可能实现大规模商业化生产的负极材料.本文以钠离子电池商业化的瓶颈作为切入点,对硬炭的材料特点、储钠机理及功能化设计策略进行了综合评述.最后,对这一技术领域的未来发展和挑战进行了展望.     

一维棒状ZnO的制备及电化学嵌锂性能研究

目前,商业化锂离子电池一般采用石墨作为负极材料,因其电位与金属锂电极的电位很接近,所以当电池反复循环和过充时,石墨表面易析出金属锂,会因形成枝晶而短路。在温度过高时还容易引起热失控。同时,锂离子电池的容量在很大程度上取决于负极的锂嵌入量,而且石墨材料容量相对较低     

结构可控的炭基材料在锂离子电池中的应用

为了满足人们对高性能锂离子电池的需求,对电极材料进行结构设计和表面改性非常重要。基于炭材料独特的优势,通过使用炭材料或是制备炭基复合物能够极大地提高锂离子电池的电化学性能。基于本实验室的研究基础,本文总结了炭基材料在锂离子电池应用领域所发挥的重要作用,综述了炭材料和炭基复合材料作为锂离子电极材料的研究进展,着重阐述了通过引入炭材料和控制材料结构来提高电池电化学性能。在炭负极材料方面,主要概述了新型炭负极材料(碳纳米管、石墨烯和无定形炭)的各种形貌结构对电 化学性能的影响及各自的优缺点。在含炭复合电极材料方面,详细介绍了正负极复合材料的制备方法、结构设计、形貌控制及复合物中炭对于提高正负极活性材料的导电性和结构稳定性所发挥的积极作用。最后,对于炭基材料在锂离子电池领域需要解决的问题进行了探讨,以期提高锂离子电池的应用性能。     

The Diffusion Coefficient of Lithium Ions into Highly Oriented Pyrolytic Graphite

The diffusion coefficient of lithium in graphite is an important parameter for the use of graphite because it relates to the ability of charge and discharge rate of lithium battery. It remains a problem that there are often obvious differences among the diffusion coefficients obtained using different methods, even in one paper^[1,2]. This difference may attribute to the complicate properties of intercalation process, as well as some uncertain parameters of the porous structure electrode. In order to measure the diffusion coefficient of lithium in carbon more precisely, a well crystallized material Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG) was used as the material of working electrode in this study.     

An aqueous rechargeable lithium battery based on doping and intercalation mechanisms

An aqueous rechargeable lithium battery (ARLB) using an electroactive polymer, polypyrrole (PPy), as a negative electrode; a lithium ion intercalation compound LiCoO₂ as a positive electrode; and Li₂SO₄ aqueous solution as an electrolyte and its working mechanism are described. The charge/discharge process is associated with the doping/un-doping of anions at the negative electrode and intercalation/deintercalation of lithium ions at the positive electrode. The average output voltage of the PPy//LiCoO₂ battery is about 0.85 V. This battery exhibits excellent cycling performance. This new technology solves the major problem of poor cycling life of ARLBs and will provide a new strategy to explore advanced energy storage and conversion systems.     

锂离子电池碳包覆锡负极性能研究

应用水热法分解葡萄糖制作锂离子电池碳包覆锡负极. 充放电测试表明,添加5%（by mass）乙炔黑导电剂的该电极初始放电比容量达967 mAh.g^-1,经50周循环其放电比容量仍保持362 mAh.g^-1,远高于锡电极的比容量（50周循环166 mAh.g^-1）. 碳包覆可防止锡粉团聚,降低锡的不可逆容量损失. 而添加乙炔黑可降低碳包覆电极与电解液间的交流阻抗,改善电极内部锂离子及电子的传导通道,从而也提高了该电极的初始放电比容量.     

Preparation of mesocellular carbon foam and its application for lithium/oxygen battery

A mesocellular carbon foam (MCF-C) was prepared by nanocasting technology using mesocellular foam (MCF) silica hard template. The obtained carbon sample exhibits bimodal mesopores with narrow pore size distribution, centered at 4.3 and 30.4 nm. The MCF-C was evaluated as positive electrode in lithium/oxygen battery. It showed a higher discharge capacity, about 40% increased capacity compared to several commercial carbon black. The enhanced performance is probably ascribed to their large pore volumes and ultra-large mesoporous structures, which allow more lithium oxide deposit during discharge process.     

Characterization of bi-material electrodes for electrochemical hybrid energy storage devices

The hybridization of an electrochemical double layer capacitor and a lithium-ion battery at the electrode level can be realized by combining lithium insertion materials and capacitive materials in bi-material electrodes. A bi-material electrode based on activated carbon and LiMn₂O₄ has been prepared and characterized in the present work. An experimental setup was developed in order to measure the current sharing between the two different active materials in a single segmented bi-material electrode. This setup allows distinguishing the contribution of each material to the overall electrode performance. The characterization consisted of cyclic voltammetry and galvanostatic charge discharge cycling. The behavior of the bi-material electrode is essentially a linear combination of the behaviors of the two materials.     

双向脉冲充电法对锂枝晶生成的抑制

采用双向脉冲电流充电方法取代传统的直流电充电方法, 研究了金属锂电极在有机电解液1 mol•L−1 LiPF6/碳酸乙烯酯(EC):二甲基碳酸脂(DMC)(1:1, V/V)中的充电过程. 锂电极的表面变化通过原位显微镜观测和交流阻抗谱进行检测. 原位显微镜观测结果显示, 在直流充电时锂电极上明显地出现了枝晶, 而在双向脉冲充电时, 枝晶的产生和生长受到了抑制. 交流阻抗谱结果显示在双向脉冲充电下, 锂电极的表面积增长较直流充电时缓慢. 这种抑制枝晶生长, 稳定锂沉积的新充电方法有望用于锂阳极二次电池.     

二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能

本文采用市售纳米硅为硅源,以软化点低、得碳率高、价格便宜的煤沥青作为碳源,通过两步包覆法制备了煤沥青基硅/碳(Si/C/C)复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的粒径在300~350 nm间,Si纳米粒子被C包覆并相互连结成C-Si-C网络结构,其中Si含量为27%的硅/碳复合物(Si/C/C-27%)作为锂电池电极材料表现了良好的储锂性能。 在0.1 A/g的小电流密度下,Si/C/C-27%的放电比容量为1281 mA·h/g;在3 A/g的大电流密度下,其放电比容量仍能保持在582 mA·h/g,表现了良好的倍率性能。Si/C/C-27%在2 A/g的电流密度下经过100次的循环后其比容量保持率为76.61%,表现了良好的循环稳定性。 相比于煤沥青基碳的一次包覆所得的硅/碳复合材料(Si/C),Si/C/C有效提高了Si纳米粒子的导电性并抑制了其在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀。 本文提出的二次包覆的新方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料提供了新的研究思路。     

The electrochemical properties of Li/TEGDME/MoS2 cells using multi-wall carbon nanotubes as a conducting agent

We investigated the first charge–discharge behavior and cycling property of Li batteries using MoS₂ electrodes with multi-wall carbon nanotubes (MWNT) as a conducting agent. The MoS₂ electrode was prepared using MWNT as the conducting agent. The battery gave a high first discharge capacity of 440 mAhg^?1 with a plateau potential region at 1.1 V. The Li/MoS₂ battery using MWNT showed a higher discharge capacity compared to acetylene black. After ten cycles of the battery using MWNT, the discharge capacity decreased to 120 mAhg^?1, which corresponded to 30% of the first discharge capacity. Adding a carbon nanotube into the MoS₂ electrode improved the first discharge behavior, but did not affect the cycling property of the Li/MoS₂ cell.     

添加剂氟代乙烯碳酸酯对锂离子电池低温性能影响的机制研究

本文通过磷酸铁锂/碳电池研究了电解液添加剂氟代乙烯碳酸酯（FEC）对电池低温性能的影响. 电池充放电实验证明,FEC添加剂能够在负极表面形成良好的固体电解质界面层（SEI）. 电解液中添加5% FEC后,电池-40 ^oC低温放电容量保持率可以从31.7%提高至43.7%,还提高了电池放电电压平台. 交流阻抗测试表明,FEC的加入能够有效降低电池的界面传荷阻抗（R_ct）. 参比电极测试表明,其主要是降低了碳负极的低温极化.     

Fabrication of polyacrylonitrile/lignin-based carbon nanofibers for high-power lithium ion battery anodes

Low-cost carbon nanofibers are fabricated from lignin, the second most abundant raw material in wood after cellulose and polyacrylonitrile mixture as a carbon precursor by electrospinning, followed by suitable heat treatments. As the lignin content in the precursor increases, the carbon nanofibers become thinner, as seen from scanning electron microscopy images. However, their carbon structure and electrochemical performance are found to be very similar, even though surface functional groups on carbon nanofibers are slightly different from each other. For example, in the initial charge (lithium insertion) and discharge (lithium deinsertion) process, the reversible specific capacities of the various carbon nanofibers come from different precursor ratios of lignin and polyacrylonitrile are similar. Even at a fast (7 min) charge and discharge condition, the carbon nanofibers prepared from the lignin-containing precursors show a discharge capacity of 150 mAh g^?1. The lignin-based carbon nanofibers thus show promise for use in high-power lithium ion battery anodes with low price.