Direct Monitoring of Li2S2 Evolution and Its Influence on the Reversible Capacities of Lithium-Sulfur Batteries

The polysulfide (PS) dissolution and low conductivity of lithium sulfides (Li₂S) are generally considered the main reasons for limiting the reversible capacity of the lithium-sulfur (Li-S) system. However, as the inevitable intermediate between PSs and Li₂S, lithium disulfide (Li₂S₂) evolutions are always overlooked. Herein, Li₂S₂ evolutions are monitored from the operando measurements on the pouch cell level. Results indicate that Li₂S₂ undergoes slow electrochemical reduction and chemical disproportionation simultaneously during the discharging process, leading to further PS dissolution and Li₂S generation without capacity contribution. Compared with the fully oxidized Li₂S, Li₂S₂ still residues at the end of the charging state. Therefore, instead of the considered Li₂S and PSs, slow electrochemical conversions and side chemical reactions of Li₂S₂ are the determining factors in limiting the sulfur utilization, corresponding to the poor reversible capacity of Li-S batteries.     

三元掺杂改性锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3

以柠檬酸为螯合剂和还原剂, NH₄VO₃为钒源,通过溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃及其三元掺杂体系Li_2.85Na_0.15V_1.9Al_0.1(PO₄)_2.9F_0.1.分别采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量损失谱(EELS)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等技术对材料的微观结构、颗粒形貌和电化学性能进行分析.结果表明:在残余碳包覆的基础上, Na、Al、F三元掺杂有利于稳定Li₃V₂(PO₄)₃的晶体结构,进一步减少颗粒团聚和提升材料导电特性,促进第三个锂离子的脱出和嵌入,从而显著改善Li₃V₂(PO₄)₃的实用电化学性能.未经掺杂的Li₃V₂(PO₄)₃原粉在1/9C、1C和6C倍率下的可逆比容量分别为141、119和98 mAh·g^-1,而三元掺杂改性材料在1/9C、1C、8C和14C倍率下的比容量分别为172、139、119和115 mAh·g^-1.在1C倍率下循环300圈后,掺杂体系的比容量依然高达118 mAh·g^-1,比原粉高出32.6%.值得注意的是,这种三元掺杂还使Li₃V₂(PO₄)₃的多平台放电曲线近似转变为一条斜线,显示出可能不同的储锂机制.     

Synthesis and Electrochemical Studies of Carbon-modified LiNiPO4 as the Cathode Material of Li-ion Batteries

Well-crystallized olivine LiNiPO₄ and carbon-modified LiNiPO₄(LiNiPO₄/C) were synthesized by a combined solvothermal and solid state reaction method using water-benzyl alcohol two-phase solvent. The structure and morphology of the prepared LiNiPO₄ were systematically characterized by powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The LiNiPO₄ particles are up to around 2 μm in diameter while the particle size of LiNiPO₄/C is about 100—200 nm. At a current rate of 0.05 C(1.00 C=167 mA/g, corresponding to one Li⁺ intercalation/deintercalation), LiNiPO₄ and LiNiPO₄/C presented a high initial specific capacity of 157 and 220 mA·h/g, respectively. The capacity of LiNiPO₄/C is 72% larger than that of LiNiPO₄ at 0.1 C. The LiNiPO₄/C cathode exhibits a superior electrochemical performance in comparison with LiNiPO₄, revealing that carbon modifying is an effective method to improve the ionic diffusion and electronic conductivity of cathode material LiNiPO₄. Furthermore, lithium ion diffusion coefficients of LiNiPO₄ and LiNiPO₄/C are 1.80×10^-15 and 1.91×10^-14 cm²/s, respectively, calculated via the data from electrochemical impedance spectra.     

锂离子电池正极材料层状LiMn02的掺杂改性

层状LiMnO2具有成本低、无毒和比容量高等优点,是一种非常有发展前景的正极材料.本文介绍了近年来国内外层状LiMnO2的研究进展.主要阐述了层状LiMnO2的结构与性能的关系.结合笔者的工作,着重探讨了离子掺杂改性对层状LiMno2的电化学性能的影响.最后,简要指明了层状LiMnO2将来的可能研究方向.     

焙烧温度对锂离子电池正极材料Li2MnSiOJC电化学性能的影响

采用液相法合成了Li2MnSiO4/C复合正极材料,并研究了不同焙烧温度对材料的结构、形貌和电化学性能的影响.利用热重(TG)分析了材料前驱体的热行为,确定了合成Li2MnSiO4/C复合正极材料的焙烧温度范围为600-800℃.X射线衍射(XRD)测试结果表明,不同温度下合成的样品材料均具有正交结构,且空间群为Pmn21,同时利用扫描电子显微镜(SEM)对所得样品材料的微观形貌及颗粒大小进行了表征.将所得Li2MnSiO4/C复合正极材料组装成扣式电池,并在不同的电流密度下进行充放电测试,结果表明:700℃合成的样品材料电化学性能最佳,具有较高的库仑效率及很好的循环稳定性.     

锂电池用正极材料多硫代苯的电化学性能

采用多硫化钠与六氯代苯为原料,制备了一系列具有网状交联结构的不同硫含量的多硫代苯作为锂电池正极材料,并对其电化学性能进行了研究.结果表明,提高硫含量有利于提高材料的放电容量,但易加剧充放电循环中的容量衰减.硫含量为91.99％的样品,首放容量达到756 mAh·g－1,20次循环容量保持367 mAh·g－1.讨论了多硫代苯的放电机理,循环容量衰减和充放电效率较低的原因.     

锂离子电池正极材料LiMnPO4的合成与性能

对反应物与中间产物进行球磨,采用固相反应法分别在600 ℃和800 ℃合成了掺碳的橄榄石型LiMnPO4.通过XRD表征样品的晶体结构,采用SEM观察样品的微观形貌,利用电化学手段测试样品的充放电性能.结果表明,在对反应物球磨24 h、中间产物球磨12 h的条件下,在600 ℃烧结的样品含有杂相和烧结密实的大块状物.而在800 ℃下烧结可形成纯橄榄石结构的LiMnPO4,但颗粒较大.上述两种样品的电化学测试表明,它们难以充放电.而在反应物球磨36 h、中间产物球磨24 h的条件下,600 ℃烧结得到物相较纯,样品的粒径小且均匀,约100～200 nm,首次放电容量接近100 mAh•g－1.本研究表明,反应物或中间产物的混合程度以及烧结温度的选择是获得具有可逆充放电性能的纯橄榄石结构LiMnPO4的重要因素.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的冻干干燥法制备及电化学性质

通过冻干干燥法辅助制备了分布均匀的纳米Li₂FeSiO₄材料.通过X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）、N₂吸附-脱附、循环伏安（CV）和充放电测试等手段对材料的结构及电化学性能进行了表征.结果表明,冻干法处理后得到的Li₂FeSiO₄材料颗粒尺寸更小,能够缩短锂离子的扩散距离;同时较大的比表面积可以使材料与电解液接触更加充分.在1.5~4.8 V电压范围内,与采用传统烘干干燥法制备的材料相比,采用冻干法制备的材料表现出更高的可逆比容量,并具有良好的倍率性能和循环稳定性.     

氮掺杂硅酸亚铁锂正极材料的制备及电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂的硅酸亚铁锂正极材料.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、充放电测试和交流阻抗测试（EIS）等对材料的结构及电化学性能进行了表征.结果表明,N元素已掺杂到Li₂FeSiO₄材料晶格中,样品具有较小的颗粒尺寸和优异的动力学性能,表现出较好的充放电比容量和倍率特性,首次放电比容量为130 mA·h/g,循环50次后比容量仍可达到124 mA·h/g,容量保持率高达95%.     

微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4

研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法.采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料.通过XRD、SEM和恒流充放电测试,对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析.与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较.结果表明,微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料;在650 ℃时处理12 min,获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物,该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能.在60℃下以C/20倍率(电流密度,1C=160mA·g-1)进行充放电,首次放电容量为119.5 mAh·g-1,10次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1.与传统高温固相法相比,微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.     

1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液对锂硫电池正极材料单质硫的电化学性能影响

测试了二元和多元溶剂组分的1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液的粘度、离子电导率和单质硫的溶解度. 研究结果表明, 由较强的给电子能力溶剂组成的低粘度电解液较容易提高单质硫的氧化还原反应活性和可逆性能, 有利于提高单质硫在2.10 V附近的低放电平台电位和放电比容量. DOL-DME LiCF3SO3电解液能够较好地改善单质硫电极的表面钝化层结构, 促进电活性物质离子扩散和降低界面电荷传递阻抗, 从而表现出很好的放电倍率特性. 在室温下充放电流密度分别为0.1和0.2 mA/cm2时, 单质硫的首次放电比容量为792 mA·h/g, 第29次放电比容量达到412 mA·h/g.     

石墨烯负载Ni2P纳米片作为锂硫电池的硫基复合正极材料

将磷化镍纳米片均匀负载到石墨烯(G)上制备出Ni₂P/G复合材料,并将其作为硫载体构筑了硫基复合材料(S/Ni₂P/G)。研究表明,磷化镍纳米片对可溶性多硫化物具有强的化学作用和较高的电催化活性,使S/Ni₂P/G硫基复合材料表现出良好的电化学性能。特别是,在高硫含量(80.3%)和低电解液用量(15μL·mg^-1)条件下,S/Ni₂P/G硫基复合材料展现出1 164.7 m Ah·g^-1的质量比容量和良好的循环稳定性。此外,S/Ni₂P/G复合材料具有高的振实密度(1.02 g·cm^-3),其体积比容量高达954.0 m Ah·cm^-3,约为S/G复合材料体积比容量的1.6倍。     

锂离子电池正极材料LiV3-xMnxO8的水热合成与性能

采用水热法制备了Mn掺杂改性的锂二次电池钒基层状正极材料LiV3-xMnxO8(x=0.00, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10). 用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的晶体结构和形貌进行表征, 并以50 mA·g-1的电流对材料进行恒流充放电测试. 研究了Mn掺杂对材料晶体结构和电化学性能的影响. 结果表明, Mn掺杂能够明显改善材料的电化学性能. 在掺杂改性的LiV3-xMnxO8材料中, LiV2.94Mn0.06O8的初始容量最高, 达到295 mAh·g-1. 当掺杂量控制在0.01≤x≤0.08范围内时, LiV3-xMnxO8材料均具有较好的循环性能和充放电可逆性, 经20次循环后放电比容量都保持在120 mAh·g-1以上, 40次循环后都保持在100 mAh·g-1以上, 且材料的充放电效率始终维持在93%以上.     

锂离子电池正极材料LiMn2-xCrxO4电化学性能的研究

针对尖晶石型LiMn2O4锂离子电池正极材料的容量衰减,提出了相应的抑制方法,所合成的LiMn2-xCrxO4(0相似文献   

Electrospun Li3V2(PO4)3 Nanobelts: Synthesis and Electrochemical Properties as Cathode Materials of Lithium‐Ion Batteries

Novel Li₃V₂ (PO₄)₃ nanobelts, which was confirmed by the peaks of X‐ray diffraction, were prepared by a facile and environmentally friendly electrospinning method. A distinct nanobelt structure, with an average width of 2.5 µm and a thickness of 200 nm, is observed by scanning electron microscopy (SEM), while the specific surface area of 140.8 m²/g is estimated by a specific surface area analyzer. Moreover, the unique Li₃V₂(PO₄)₃ nanobelts exhibited a specific discharge capacity of 155.6 mAh/g at 0.2 C rate when they were used as cathode material in lithium‐ion batteries, on testing from 3.0 to 4.8 V. Remarkably, the batteries containing Li₃V₂(PO₄)₃ nanobelts displayed excellent cycling performance, with only a 0.02% fading rate per cycle after 50 cycles in the range 30–4.3 V. These outstanding electrochemical performances could be ascribed to the particular morphology, large surface area, homogeneous particle size distribution, and the one‐dimensional microstructure of Li₃V₂(PO₄)₃ nanobelts.     

焙烧温度对锂离子电池正极材料Li2MnSiO4/C 电化学性能的影响

采用液相法合成了Li₂MnSiO₄/C复合正极材料,并研究了不同焙烧温度对材料的结构、形貌和电化学性能的影响.利用热重（TG）分析了材料前驱体的热行为,确定了合成Li₂MnSiO₄/C复合正极材料的焙烧温度范围为600-800℃.X射线衍射（XRD）测试结果表明,不同温度下合成的样品材料均具有正交结构,且空间群为Pmn2₁,同时利用扫描电子显微镜（SEM）对所得样品材料的微观形貌及颗粒大小进行了表征.将所得Li₂MnSiO₄/C复合正极材料组装成扣式电池,并在不同的电流密度下进行充放电测试,结果表明:700℃合成的样品材料电化学性能最佳,具有较高的库仑效率及很好的循环稳定性.     

纯相Li_2MnO_3薄膜的制备及作为锂离子电池正极材料的电化学行为

采用固相烧结法制备了纯相Li2MnO3正极材料及靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)法在氧气气氛、不同温度下沉积了Li2MnO3薄膜.通过X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱表征了薄膜的晶体结构,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜形貌及厚度,利用电化学手段测试了Li2MnO3薄膜作为锂离子电池正极材料性能.结果表明,PLD方法制备的纯相Li2MnO3薄膜随着沉积温度升高薄膜结晶性变好.25℃沉积的薄膜难以可逆充放电,400℃沉积的薄膜具有较高的电化学活性和循环稳定性.相对于粉末材料,400与600℃制备的Li2MnO3薄膜电极平均放电电位随着循环次数的衰减速率明显低于相应的粉体材料.     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备及其电化学性能的研究

锂离子电池具有比能量高、质量轻、体积小、电压高、安全性好和无记忆效应等特点,而正极材料是其研究的重点.采用溶胶-凝胶法合成了锂离子电池的正极材料,结果表明,其初始容量高,循环性能理想,并且整个合成过程也较为简单,合成的温度相对较低,样品的颗粒比较均匀.     

The Origin of Solvent Deprotonation in LiI-added Aprotic Electrolytes for Li-O2 Batteries

LiI and LiBr have been employed as soluble redox mediators (RMs) in electrolytes to address the sluggish oxygen evolution reaction kinetics during charging in aprotic Li-O₂ batteries. Compared to LiBr, LiI exhibits a redox potential closer to the theoretical one of discharge products, indicating a higher energy efficiency. However, the reason for the occurrence of solvent deprotonation in LiI-added electrolytes remains unclear. Here, by combining ab initio calculations and experimental validation, we find that it is the nucleophile that triggers the solvent deprotonation and LiOH formation via nucleophilic attack, rather than the increased solvent acidity or the elongated C−H bond as previously suggested. As a comparison, the formation of in LiBr-added electrolytes is found to be thermodynamically unfavorable, explaining the absence of LiOH formation. These findings provide important insight into the solvent deprotonation and pave the way for the practical application of LiI RM in aprotic Li-O₂ batteries.     

富锂正极材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13NaxO2表面结构的电子显微分析

采用离子交换加固相烧结法制备出富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13Na_xO₂,利用球差校正扫描透射电子显微镜（STEM）、X射线能谱（EDS）、电子能量损失谱（EELS）等分析手段对材料表面结构与成分展开表征。结果表明：镍（Ni）在样品表面存在选择性富集（垂直于锂扩散通道的表面,如（200）面）,倾向扩散进入锂离子层,并导致表面出现层状结构到岩盐相（rocksalt, Fm3m）结构转变;而钴（Co）在所观察的（001）、（200）表面均存在不同程度的富集,且集中在过渡金属层。进一步研究发现,表面钴（Co）富集不利于层状结构的稳定,时效后样品的（001）面观察到明显的表面重构,存在数量较多的过渡金属（TM）-锂（Li）反位缺陷与岩盐相结构区域。