锂离子电池的电化学阻抗谱分析研究进展

锂离子电池的电化学阻抗谱（EIS）是研究电化学系统最有力的实验方法之一,在过去的20多年中,EIS 被广泛应用于锂离子电池研究和生产领域,包括研究电极界面反应机理和容量衰减机制,测定相关电极过程动力学参数和电池的健康状态、荷电状态以及电池的内阻。本文分析了锂离子电池中电极极化过程包含的3 个基本物理化学过程———电子输运、离子输运和电化学反应过程,探讨了每一基本物理化学过程包含的步骤及其EIS 谱特征,详细论述了与电子输运相关的基本物理化学过程———接触阻抗和感抗产生的机制;介绍了多孔电极理论及其在锂离子电池中的应用,阐述了基于多孔电极理论进行阻抗谱数值模拟的建模原理与方法。 综述了石墨、硅、二元3d 过渡金属氧化物、LiCoO₂、尖晶石LiMn2O4、LiFePO4、尖晶石Li4Ti5O12、过渡金属氟化物材料等电极的典型阻抗谱特征和各时间常数的归属问题。最后讨论了EIS现存的问题及未来的发展方向。     

锂离子电池电解液中甲醇杂质对石墨电极性能影响机制的电化学阻抗谱研究

运用电化学阻抗谱和循环伏安法研究了在1mol/LLiPF6-EC/DEC/DMC电解液中,不同甲醇杂质含量对石墨电极性能的影响及其机制.结果表明,甲醇对石墨电极性能的影响与电解液中甲醇的含量有关;其对石墨电极性能的影响机制为甲醇在2.0V左右还原生成的甲氧基锂沉积在石墨电极表面上,形成一层初始SEI膜,影响了EC的还原分解成膜过程.     

用交流阻抗法研究BCX电池的性能

研究Li/SOCl2电池和BCX电池贮存过程正极和负极的交流阻抗谱变化.结果表明,两种电池正、负电极的阻抗都随贮存时间的延长呈先增加而后大致稳定趋势,但如于电解液中添加BrCl,则可使该电极阻抗大大降低,Li电极的阻抗值比添加前降低了近一半,而玻碳电极的则从添加前的~100 kΩ降低到添加后的2kΩ左右;玻碳电极的阻抗值远大于Li电极,是电池的控制电极.     

钒液流电池用石墨毡电极电化学活化机理的交流阻抗研究

研究了不同氧化程度下的石墨毡在钒溶液中的吸附性、润湿性及其交流阻抗图谱(EIS), 结果发现随着氧化程度增加, 吸附性和润湿性增强; 交流阻抗谱包括两个半圆和一条直线, 高频半圆对应离子的吸脱附反应, 低频半圆对应电化学反应, 直线对应离子在溶液中的扩散过程. 随石墨毡氧化程度的增加, 低频半圆显著减小, 通过等效电路拟合及动力学参数计算, 发现电荷传递电阻显著减小.     

温度对石墨电极性能的影响

运用电化学阻抗谱(EIS)并结合循环伏安法(CV)研究了石墨电极25和60 ℃时在1 mol·L-1 LiPF6-EC(碳酸乙烯酯):DEC(碳酸二乙酯):DMC(碳酸二甲酯)电解液中, 以及60 ℃时在1 mol·L-1 LiPF6-EC:DEC:DMC+5%VC(碳酸亚乙烯酯)电解液中的首次阴极极化过程. 发现高温下(60 ℃)石墨电极在1 mol·L-1 LiPF6-EC:DEC:DMC电解液中可逆循环容量衰减的主要原因在于其表面无法形成稳定的固体电解质相界面(SEI)膜. 实验结果显示, VC添加剂能够增进高温下石墨电极表面SEI膜的稳定性, 进而改进石墨电极的循环性能.     

锂离子电池的电化学阻抗谱分析

电化学阻抗谱(EIS)是研究电极/电解质界面发生的电化学过程的最有力工具之一,广泛应用于研究锂离子在锂离子电池嵌合物电极活性材料中的嵌入和脱出过程。本文从分析嵌合物电极的EIS谱特征入手,探讨了电化学阻抗谱中各时间常数的归属问题,重点讨论了与锂离子嵌脱过程相关的动力学参数,如电荷传递电阻、活性材料的电子电阻、扩散以及锂离子扩散迁移通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的电阻等,对电极极化电位和温度的依赖关系。     

添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响

在1 mol·L-1 LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)+碳酸甲乙酯(EMC)(EC、DMC、EMC体积比为1:1:1)电解液中加入体积比为2%的添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC), 用循环伏安法(CV)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、电化学阻抗谱(EIS)等方法, 研究了FEC 对锂离子电池性能及石墨化中间相碳微球(MCMB)电极/电解液界面性质的影响. 结果表明, 体积比2%FEC的添加可以抑制部分电解液溶剂的分解, 在MCMB电极表面形成一层性能优良的固体电解液相界面(SEI)膜, 降低了电池的阻抗, 明显提高了电池的比容量和循环稳定性.     

锂离子电池正极材料LiMnO_2的电化学阻抗谱研究

通过球形扩散模型给出了一种测定锂离子在电极材料中固相表观扩散系数的计算方法(修正Warburg阻抗法),研究了LiMnO_2电极的交流阻抗和锂离子的扩散行为.研究表明,材料合成温度影响电极反应表面电荷传递和材料中的锂离子扩散特性.用熔盐浸渍法在500℃保温12h合成的LiMnO_2正极材料的锂离子表观扩散系数为1.49×10~(-10)cm~2/s.     

直接甲醇燃料电池的交流阻抗谱分析*

由于能够提供比直流测试方法更为丰富的信息,交流阻抗图谱近些年被广泛的用于直接甲醇燃料电池的研究中。同PEMFC相比,直接甲醇燃料电池具有更为复杂的电极体系。本文通过对交流阻抗技术在直接甲醇燃料电池领域应用的几个关键技术问题的分析,并按照阻抗分析过程的具体的实施步骤加以组织,结合具体的应用实例以阐述交流阻抗谱在直接甲醇燃料电池的各个应用方面,包括电池的原位极化分析,反应机理的剖析,材料性能评估等。     

锂离子电池电解液的研究进展(英文)

综述现今锂离子电池电解液的研究进展 .评估了电解液中锂盐、溶剂、填加剂以及杂质等对电解液的电导、固体电解质相界面 (SEI)的形成、电池循环寿命等的影响     

“Water-in-salt”聚合物电解质制备及其电化学性能研究

为提高柔性锂离子电池安全性和循环稳定性能,本实验以自由基聚合结合冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜为电解质载体,引入21 mol·kg^-1 LiTFSI 高浓度电解液,得到“water-in-salt”聚合物电解质。通过聚合物膜的形貌和孔道结构表征,红外光谱分析,离子电导率及电化学稳定窗口测试等对其基本物化特性进行了研究。冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜内部具有大量微孔结构,有利于电解液的载入。将该吸附了电解液的聚合物电解质膜与锰酸锂(LiMn₂O₄)正极和磷酸钛锂(LiTi₂(PO₄)₃)负极组装全电池进行充放电性能测试。结果表明,制得的柔性聚合物电解质具有良好的拉伸性能,高离子电导率(20°C,4.34 mS·cm^-1)和宽电化学稳定窗口(3.12 V)。以“water-in-salt”聚合物电解质为隔膜组装的LiMn₂O₄||LiTi₂(PO₄)₃ 全电池表现出优异的倍率性能和长循环稳定性。     

锂离子电池负极硅-热解碳-石墨复合材料的制备及性能

以沥青为碳前驱物,通过加热分解法制备了具有不同热解碳含量的硅-热解碳-石墨复合材料,并测试及分析了材料的形貌、结构及电化学性能。结果表明,沥青质量在320～560℃的温度区间内迅速减小,沥青质量的减小是由于氢元素的去除。经过高温分解制得的热解碳与沥青的质量比率为65%。在硅-热解碳-石墨复合材料中,硅颗粒分散在石墨表面,热解碳覆盖在硅颗粒表面,热解碳增强了硅颗粒与石墨间的界面结合力。适当含量的热解碳增大了复合材料的放电比容量且改善了循环稳定性;过量的热解碳不能进一步提升复合材料的放电容量。     

当前和下一代锂离子电池电解液的原子尺度微观认识和研究进展

电解液及构筑电极电解液界面对于开发和应用高比容量储能系统至关重要。具体来说,电解液的机械（抗压性、粘度）、热（热导率和热容）、化学（溶解性、活度、反应性）、输运和电化学（界面及界面层）等性质,与其所组成的储能器件的性能直接相关。目前,大量的实验研究通过调控电解液的物理和/或化学组成来改善电解液性能,以满足新型电极材料的工作运行。与此同时,理论模拟方法近年来得到了迅速发展,使人们可以从原子尺度来理解电解液在控制离子输运和构筑功能化界面的作用。站在理论模拟研究的前沿上,人们可以利用其所揭示的机理性认识对新型电解液开展理性设计。本文首先总结了传统电解液的组成、溶剂化结构和输运性质以及电极电解液界面层的形成机理,进一步讨论了利用新型电解液设计稳定电极电解液界面层的方法,包括使用电解液添加剂、高浓电解液和固态电解质,并着重讨论了对这些新型电解液体系进行原子尺度模拟的最新进展,为了解和认识电解液提供更为基本的理解,并为未来电解液的设计提供系统的指导。最后,作者对新型电解液的理论筛选进行了展望。     

锂离子电池Sn-SBA15负极材料的复合电镀制备及其性能

应用复合电镀法制备Sn-SBA15电极.充放电测试得其初始放电(嵌锂)容量,达到1075mAh/g.充电(脱锂)容量为630mAh/g,经过50周循环后充放电容量均保持在400 mAh/g以上.XRD分析表明,Sn-SBA15电极具有四方晶型锡结构;而SEM观察到电极表面的蜂窝状结构.交流阻抗谱结果显示,Sn-SBA15电极表面有SEI膜的生成.     

锂离子电池负极材料Li3V2(BO3)3/C 复合材料的合成及电化学性能研究

本文以草酸锂、五氧化二钒、硼酸为原料,二水合草酸为碳原和还原剂,无水乙醇为分散剂,采用球磨法合成了Li₃V₂(BO₃)₃/C（LVB/C）复合材料前驱体,后经高温热处理得到LVB/C复合材料. 采用TG-DTA技术对前驱体进行了热分析,通过XRD、SEM、EDS等技术研究了烧结条件对 LVB/C 材料的晶体结构、微观形貌、含碳量的影响. 通过恒流充放电测试、循环性能测试、循环伏安测试和电化学阻抗测试等技术研究了烧结条件对 LVB/C 材料电化学性能的影响. 电化学测试结果表明,800 ℃下烧结10 h得到的样品电化学性能最佳,在50mA•g^-1电流密度下,首次充放电比容量分别为427.6mAh•g^-1和669.1 mAh•g^-1,循环10次后,容量保持率分别为55.4 %和35.2 %.     

交流阻抗谱在聚乙烯/碳黑导电复合材料导电机理研究中的应用

用交流阻抗谱论证了聚乙烯/碳黑(PE/CB)导电复合材料的网络导电机理,分析了热处理过程对复合材料电性能的影响。通过在不同频率和低电压下测定热处理前后及不同长度的导电复合材料样品的导电能力(A)、导电方式(B)和电阻值(Ra Rc),证明了材料内部存在着直通碳链、小间隙的碳链和大间隙的碳链,呈现三维网络导电结构。     

电沉积铁前对称交流电对阴极表面的影响

研究了低碳钢在镀铁溶液内经对称交流电处理后在表面形成活化膜的组成及厚度,观察了镀铁层与基体界面的形貌,结果发现,活化膜的厚度随活化电流密度而变化,当电流密度为７Ａｄｍ￣（－２）时,在表面形成了一个厚度为２０～２５ｎｍ的洁净活化膜,镀铁层与基体结合牢固。探讨了对称交流电对阴极表面的作用机理。     

电化学阻抗谱法测定固态聚合物电解质的本体电阻

采用电化学阻抗谱法,对阻抗谱中的聚合物电解质本体电阻（Rb）与膜厚（L）的关系和固体聚合物电解质/惰性电极间的界面阻抗随直流电压的变化趋势进行了研究.结果表明,阻抗谱中聚合物电解质本体电阻（Rb）含有一定的阻塞电极/聚合物电解质间的界面阻抗;由于界面双电层电容的变化,在直流电压0.15～3 V范围内,界面阻抗随电压的增大而减小.     

Synergistic Effect of Covalent Bonding and Physical Encapsulation of Sulfur in the Pores of a Microporous COF to Improve Cycling Performance in Li-S Batteries

Lithium-sulfur batteries stands out as a promising technology for energy storage owing to a combination of favorable characteristics including a high theoretical gravimetric capacity, energy density, inexpensive character, and environmental benignity. Covalent organic frameworks (COFs) are a rapidly developing family of functional nanostructures which combine porosity and crystallinity, and which have been already used in these kinds of batteries to build sulfur electrodes, by embedding sulfur into porous COFs in order to enhance cycle lifetimes. In this contribution, this is taken one step forward and a COF endowed with vinyl groups is used, in order to graft sulfur to the COF skeleton through inverse vulcanization. The main aim of the article is to show the synergistic effect of covalent bonding and physical encapsulation of sulfur in the pores of the COF in order to alleviate the fatal redox shuttling process, to improve the cycling performance, and to provide faster ion diffusion pathways. In addition, it is shown how the material with covalently-bound S provides better electrochemical performance under demanding and/or changeable charge conditions than a parent analogue material with sulfur physically confined, but without covalent linkage.     

钨掺杂对锂离子电池LiNiO2正极材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了钨掺杂镍酸锂正极材料(LiNi_(1-x)W_xO_2,x=1%、3%),研究了钨掺杂对LiNiO_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,钨掺杂明显地改善了LiNiO_2的充放电循环性能,在100 mA·g~(-1)的电流密度和2.5～4.5 V电压范围的测试条件下,LiNi_(0.99)W_(0.01)O_2材料循环400次后的容量保持率为62.51%,而LiNiO_2在相同循环条件下的保持率仅为47.06%。同时,钨掺杂也提升了LiNiO_2的充放电倍率性能,掺杂材料在每一个倍率下放电比容量均高于未掺杂材料。