可逆高储锂的锂离子电池炭负极材料的研究进展

对近几年所研究的高能可储锂炭材料进行了综述。主要为以下几个方面：石墨的改性、有机裂解炭、低温聚合物裂解炭和其它炭材料。     

基于生物质的高度有序的管状碳材料及其在锂硫电池中的应用

将棕榈纤维经过炭化和氢氧化钾活化制备高度有序的管状碳材料(OCT),并且将其应用于锂硫电池。所制备的OCT具备高的比表面积和大的孔体积,可以有效地储存硫,合成方法简单且成本较低。同时,所制备的S@OCT复合物呈现出优异的电化学性能。载硫量为65%(w/w)的S@OCT复合材料在0.2C(1C=1 672 mA·g-1)的倍率下库伦效率接近于100%,其首圈容量高达1 255.2 mAh·g-1(1.8 mAh·cm-2),并且100圈后容量保持在756.9 mAh·g-1(1.09 mAh·cm-2)。使用5C的大电流测试时,其首圈容量达到了649.1 mAh·g-1(0.93 mAh·cm-2),且在100圈后容量保持在504.2 mAh·g-1(0.72 mAh·cm-2)。     

基于碳材料的超级电容器电极材料的研究

超级电容器作为一种新型的能源存储装置,因为其比容量大、充放电速度快、循环寿命长等优点,在储能领域引起了极为广泛的关注。电极材料是决定超级电容器性能的核心因素,其中,常用的超级电容器电极材料主要有如下三类:碳基材料、金属氧化物及氢氧化物材料和导电聚合物材料。本文综述了超级电容器的工作原理并详细介绍了基于碳材料及其二元、三元复合体系的电极材料的研究进展。     

碳材料用碳源化合物热解机理的理论研究

运用Ｇａｕｓｓｉａｎ９８程序包中的ＡＭ１方法,对间二甲苯系列化合物的热反应活性及热裂解机理进行了研究。通过不同温度下标准热力学量的计算和自在间的轨道能级差的量子化学理论计算,结果表明：（１）当温度低于８００℃时,对各反应物来说热力学支持的主反应路径均是苯环上甲基Ｃ－Ｈ键首先断裂。当温度达到８００℃时,热裂解路径由首先选择Ｃ－Ｈ键的断裂变成首先选择苯环与甲基间Ｃ－Ｃ键的断裂。该结论与实验结果一致;（２）各反应物之间的热反应活性由大到小的顺序为：２,４－二甲基苯酚〉２,４－二甲基－１－巯基苯〉间二甲苯〉２,４－二甲基－１－氰基苯。同时亦说明,自由基之间的前线轨道能级差和热力学量的变化等理论参数一样亦可用于判断间二甲苯系列反应物的热解机理和热反应活性。     

巯基苯胺聚合物电极材料在锂电池中的应用

正极材料;巯基苯胺聚合物电极材料在锂电池中的应用     

第一性原理计算在锂离子电池负极材料中的应用

本文综述了第一性原理计算在锂离子电池负极材料中的应用,包括锂离子在负极材料上的吸附和相互作用、结构稳定性、锂离子的扩散、电池反应过程的模拟和实验现象的解释. 第一性原理计算在研究和设计锂离子电池负极材料,特别是其容量、电压、反应过程、扩散、倍率充放电、结够与性能对应关系等方面,已发挥了重要的作用. 随着计算机技术的发展,第一性原理计算将可更深刻地反映负极材料的电化学可逆嵌/脱锂本质.     

机器学习在设计高性能锂电池正极材料与电解质中的应用

随着大数据和人工智能的发展以及机器学习(ML)与化学学科领域的交叉,ML技术与电池领域的结合激发了更有前途的电池开发方法,尤其在电池材料设计、性能预测、结构优化等方面的应用愈加广泛。应用ML可以有效地加速电池材料的筛选进程并预测锂电池(LBs)的性能,从而推动LBs的发展。本文简要介绍了ML的基本思想及其在LBs领域中几种重要的ML算法,之后讨论了传统模拟计算方法与ML方法各自的误差表现及分析,借此来提高LBs专家对ML方法的理解。其次,重点介绍了ML在电池材料实际开发中的应用,包括正极材料、电解质、材料多尺度模拟及高通量实验(HTE)等方面,借此介绍ML方法在电池领域应用的思想和手段。最后,总结了ML方法在锂电池领域中的研究现状并展望了其应用前景。本综述旨在阐明ML在LBs开发中的应用,并为先进LBs的研究提供借鉴。     

锂在碳素材料中的扩散过程研究

本文利用间歇电量滴定法(GITT)研究了锂在苯碳黑和树脂裂解碳等碳素材料中嵌入时的扩散过程, 结果表明, 锂在不同碳素材料的石墨微晶区中的扩散过程基本相似, 扩散系数在10^-^9cm^2/s数量级, 而在碳素材料的非石墨化区中的扩散则与碳素材料的结构有很大关系。     

富锂正极材料的衰减机理及循环稳定性提升的研究进展

富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn等,0＜x＜1)具有容量高(可达300 mA·h/g以上)、成本低的巨大优势,被誉为是可能的最为重要的下一代锂离子电池正极材料,受到了各国的高度重视和广泛研究.目前,这种材料尚存在初始(首圈)库仑效率低、循环性能差、电压衰减严重等问题,严重阻碍了材...     

生物高分子材料在药物传递系统中的降解Ⅰ.机理与表征方法

生物高分子材料在现代药物传递系统中不仅起着载体的作用,而且还影响和控制药物的缓释机理。文章为第一部分,主要介绍生物高分子材料在药物传递系统中的降解机理与表征方法。     

Oxygen Reaction at Carbonaceous Materials with Different Structure in Electrolytes Based on Lithium Perchlorate and Aprotic Solvents

Russian Journal of Electrochemistry - The necessity of the studying of carbonaceous materials differing in their surface area and structure is called for by the fact that these materials are used...     

元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的应用

可移动电子设备、电动汽车及站式储能的蓬勃发展对具有高能量密度和长循环寿命的储能体系的开发提出了迫切需求。锂硫电池由于活性物质硫成本低廉并具有高理论能量密度(2600 Wh·kg^-1),成为最具希望的下一代可充电电池。但是,硫及其放电产物导电性差以及多硫化物溶解穿梭导致的一系列严重问题制约了锂硫电池的实际应用。碳基材料通常被用作硫载体以改善正极的导电性,然而,非极性碳材料与极性多硫化物的相互作用较弱,对于多硫化物仅起到有限的物理吸附和阻挡作用,穿梭效应所导致的电池容量严重衰减问题难以得到有效改善。通过杂原子如N、S、Co、B等的掺杂可在碳材料上引入极性或化学吸附位点,大大增强了碳材料对于多硫化物的吸附能力,有效改善了电池的循环稳定性,并且由于掺杂改变了碳材料的电子结构,甚至可以提升碳材料的电子导电性,从而提高了活性物质的利用率。本文对锂硫电池中多孔碳、碳纳米管以及石墨烯等碳基材料常用的元素掺杂进行了介绍,其中包括单元素掺杂、双元素掺杂和多元素掺杂,分析了不同掺杂元素对碳基材料性能的影响,并对元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的发展前景进行了展望。     

Catalytic Properties of High Nitrogen Content Carbonaceous Materials

The influence of structural modifications on the catalytic activity of carbon materials is poorly understood. A collection of carbonaceous materials with different pore networks and high nitrogen content was characterized and used to catalyze four reactions to deduce structure–activity relationships. The CO₂ cycloaddition and Knoevenagel reaction depend on Lewis basic sites (electron-rich nitrogen species). The absence of large conjugated carbon domains resulting from the introduction of large amounts of nitrogen in the carbon network is responsible for poor redox activity, as observed through the catalytic reduction of nitrobenzene with hydrazine and the catalytic oxidation of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine using hydroperoxide. The material with the highest activity towards Lewis acid catalysis (in the hydrolysis of (dimethoxymethyl)benzene to benzaldehyde) is the most effective for small molecule activation and presents the highest concentration of electron-poor nitrogen species.     

胺基功能化的炭材料上二氧化碳吸附的密度泛函理论研究

本文利用色散作用校正的密度泛函理论研究了炭材料上含氮官能团对CO₂吸附的作用。通过计算比较了不同含氮官能团炭材料结构片段吸附二氧化碳后的结构参数和能量,由于较强的静电作用和形成弱氢键,含单个苯环的酰胺和吡啶类的吸附剂吸附二氧化碳的作用强于单个苯胺和吡咯类吸附剂。但当增加苯环数时,色散作用主导的吡咯型吸附剂的吸附能力显著增强。以上结果预示着酰胺和吡咯类将是大π体系中具有良好CO₂吸附性能的吸附剂。因而,色散作用在CO₂吸附过程中也占据着重要地位。计算得到的结果与我们之前的实验结果一致,并且将有利于筛选更有效的二氧化碳吸附剂。     

锂离子电池电极材料磷酸氧钒锂的研究进展

介绍了磷酸氧钒锂(α-LiVOPO4、β-LiVOPO4和αⅠ-LiVOPO4)电极材料的结构和电化学性能;综述了现有的LiVOPO4电极材料的合成方法(包括高温固相法,化学还原法,溶胶-凝胶法,溶剂热法,离子交换法等)及其改性研究现状。最后对其未来的发展趋势进行了展望。     

Hydrogen‐Release Mechanisms in Lithium Amidoboranes

Hydrogen storage : In lithium amidoboranes an initial molecule of H₂ is released by the formation of LiH, followed by a redox reaction of the dihydrogen bond formed between LiH^δ? and NH^δ+. In this dehydrogenation process, an intermolecular N? B bond forms through the catalytic effect of a Li cation. After releasing the first molecule of H₂, a Li cation binds to a nitrogen atom, lowering the energy barrier for the second H₂ loss per lithium amidoborane dimer (see figure).

     

金属锂枝晶生长机制及抑制方法

金属锂负极以极高的容量（3860 mAh ·g^-1）和最负的电势（-3.040 V vs标准氢电极）而被称为二次锂电池"圣杯"电极。以金属锂为负极的金属锂电池是极具前景的下一代高比能电池（比如锂硫和锂氧电池等）。然而,在锂离子反复沉积和析出过程中,金属锂负极表面容易生长出锂枝晶,并发生粉化,大大降低了电池的利用率,造成安全隐患,缩短电池使用寿命。本综述针对金属锂的枝晶问题开展评述。首先介绍金属锂负极的工作原理和存在的挑战;其次,评述金属锂负极的枝晶生长模型;再次,总结近年来针对抑制金属锂负极枝晶生长的研究进展。最后,总结全文并对金属锂负极的研究进行了展望。该综述尝试总结金属锂负极近些年在理论和技术上的进步,并为金属锂电池的实用化研究提供借鉴。     

Study of the Porosity of Carbonaceous Materials and Organic Polymers by Thermal Analysis

The thermal desorption of benzene from rigid and swelling materials was investigated by means of a thermogravimetric technique. Pore volumes and pore size distributions were calculated from the isobars of desorption.The results are compared with those derived from nitrogen adsorption data and mercury intrusion.     

锂硫电池正极材料研究进展

电动汽车行业的迅速发展,逐步提高了对二次电池容量的要求,因此急需发展新型高容量锂电池。锂硫电池具有高理论比容量(1675mAh/g)和高理论比能量(2600Wh/kg),使其能够实现锂离子电池3~5倍的能量密度。但是,正极长链多硫化物溶解引起的容量衰减快、循环寿命短等因素限制了锂硫电池的实用化进程。本文针对正极聚硫锂溶解问题,从正极材料表面包覆、表面吸附、表面催化的角度对近年来提高锂硫电池循环性能的正极材料研究思路和研究进展进行综述,最后对提高锂硫电池性能的发展趋势提出展望。     

聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展

综述了各种聚阴离子型锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构和性能的关系,尤其是聚阴离子在正极材料中的作用,以及改善材料电导率的各种方法及其机理进行了总结和探讨.