锂离子电池相关材料的Raman光谱学研究

锂离子电池是目前综合性能最好的可充电池。本文总结我们实验室用Raman光谱学研究锂离子电池相关材料的一些结果 ,包括聚合物电解质的微结构和离子输运机制 ,低温热解碳负极材料的结构表征和锂离子在其中的嵌入 /脱出机理 ,元素替代引起正极材料LiMn2 O4的结构变化以及在充放电过程中电极 /电解质界面形成的钝化层的性质及其对电池性能的影响     

富锂正极材料在全固态锂电池中的研究进展

开发高能量密度、长循环寿命、低成本和高安全性的全固态锂电池是发展下一代锂离子电池的重要方向之一.富锂层状氧化物正极材料由于阴阳离子协同参与氧化还原反应,可以提供更高的放电比容量(>250 mAh/g)和能量密度(>900 Wh/kg),将其应用于全固态锂电池中有望推动锂离子电池能量密度突破500 Wh/kg的中长期目标.然而,富锂正极材料的电子导电性差、阴离子氧的不可逆氧化还原反应以及循环中的结构相变,导致该材料在电化学循环过程中存在初始库仑效率低、循环稳定性差和电压衰退等问题.此外,富锂正极材料的工作电压较高(>4.5 V vs.Li/Li⁺),使正极/电解质之间不仅面临常规的界面化学反应,释放的氧还会加剧界面的电化学反应,对正极/电解质的界面稳定性提出了更高的要求.因此,富锂正极材料的本征特性和富锂正极/电解质间严重的界面反应极大限制了富锂正极材料在全固态锂电池中的应用.本文首先详细阐述了富锂正极材料在全固态锂电池中的失效机制,其次综述了近年来富锂正极材料在不同固态电解质体系下的研究进展,最后总结和展望了富锂全固态锂电池未来的研究重点和发展方...     

聚合物锂离子电池制备技术

目前新一代锂离子电池体系的聚合物锂离子电池不仅具有液态锂离子电池的所有技术优点，而且具有更高的比能量和更好的安全性。更适合应于用。在电极膜的制备方面，需要对活性材料、骨架基质材料、增塑剂、导电剂等正、负极各组分的配比进行优化。采用合适分子量的PVDF—HFP（聚偏氟乙烯-六氟丙烯）为骨架基质材料，DBP（邻笨二甲酸二丁酯）为增塑剂、炭黑为导电剂，能够较好地满足聚合物锂离子电池电极膜及电解质膜的技术要求。     

全固态锂离子电池内部热输运研究前沿

本文简要阐述了全固态锂离子电池的特点及其内部热输运研究的意义.介绍并总结了国内外与正极材料、负极材料、固态电解质,以及电极与电解质界面热输运性质相关的实验和理论工作.针对脱嵌锂过程对电极材料热导率的影响机理尚不明确,非晶态转变对电极材料热输运研究的挑战,界面热输运模型与方法不足等问题,系统梳理了全固态锂离子电池内部热输运的重要前沿科学问题.     

锂离子电池Sn-Ti合金负极材料的制备及性能研究

采用磁控溅射沉积技术制备了纳米级Sn-Ti合金负极材料,并用X射线衍射和扫描电子显微镜进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明先镀Sn后镀Ti（Sn/Ti复合膜）和先镀Ti后镀Sn（Ti/Sn复合膜）具有很大的性能差异,其中Sn/Ti复合膜具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量.首次放电容量和充电容量分别为9275 mAh/g和6954 mAh/g,首次库仑效率为75％,经30次循环后,该电极的放电容量保持为4152 mAh/g,这主要归因于活性物质Sn与电解液界面之间存在非活 关键词： 锂离子电池 磁控溅射 Sn-Ti合金 电化学性能     

锂离子电池Sn-Al薄膜电极的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射沉积技术制备了纳米级Sn-Al合金薄膜电极材料,并用X射线衍射和扫描电子显微镜进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明直流DC与射频RF两种不同的溅射方法制备的Sn-Al薄膜电极具有很大的性能差异,前者DC法制备的材料颗粒细小,表现出稳定的循环性能,其首次放电容量为1060 mAh/g,首次效率为71.7％,电极经过50次循环后比容量保持在700 mAh/g以上.后者RF法制备的材料颗粒较大,放电比容量开始上升,第五次循环后接着逐渐衰减,表现出较差的循环性能. 关键词： 锂离子电池 磁控溅射 Sn-Al合金 电化学性能     

锂离子电池LiMn1-xFexPO4(0<x<1)正极材料的制备及性能研究

本文采用固相法制备了纯相LiMn_1-xFe_xPO₄/C (x=0.2,0.4,0.6)正极材料,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明不同Mn和Fe原子比的电极材料具有很大的性能差异,其中当x=0.4时,材料具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量.首次充电容量和放电容量分别达到141.5 mAh/g和125.7 mAh 关键词： 锂离子电池 固相法 1-xFe_xPO₄')" href="#">LiMn_1-xFe_xPO₄ 正极材料     

采用阴/阳极通流的热再生氨电池性能

构建采用阴/阳极通流的穿透电极型热再生氨电池(Thermally Regenerative Ammonia-based Battery,TRAB),并研究了电解液/氨流量比、氨浓度、电极孔隙和支持电解质浓度对电池性能的影响.结果 表明,电解液/氨流量比过低会导致氨渗透,恶化阴极性能,进而降低电池性能;通过增大流量比,可加强传质提升电池功率.一定流量比下,随氨浓度增加,电池性能逐渐提升,但过高浓度会引起氨渗透,恶化电池性能.电极孔隙密度越大,电极反应表面积越大,电池性能提升.随硫酸铵浓度增大,电解质电导率不断增大,电池性能逐渐提升,在高浓度(＞2 mol.L-1)下,浓度增大对电池性能提升不明显.     

室温钠离子电池材料及器件研究进展

在众多电化学储能技术中,室温钠离子电池除具有能量密度高、循环寿命长的特点外,还具有其他电池体系所不具有的资源丰富和成本低廉的优势,是一种较理想的规模储能电池体系.中国科学院物理研究所自2011年以来致力于低成本、安全环保的钠离子电池技术的研发,在正、负极材料和电解质材料开发中取得了多项原创性的研究成果,并研制出Ah级钠离子软包电池.例如,首次发现Cu~(2+)/Cu~(3+)氧化还原电对高度可逆并设计了Na-Cu-Fe-Mn-O基低成本层状氧化物正极材料;首次通过简单的一步碳化法制备出性价比高的无烟煤基负极材料;首次将一种新型的钠盐NaFSI应用于碳酸酯非水电解质以大幅度提升电极材料的性能等.本文综述了物理所在钠离子电池材料及器件研究中所取得的重要进展和突破,期待经过进一步不懈地努力为实现钠离子电池的产业化做出重要贡献.     

连续梯度的功能层对燃料电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响

连续梯度的电极由于其相对于多层梯度电极能更加有效地缓解电极和电解质的热失配及改善界面黏接而受到特别的关注. 本文通过建立含连续梯度的阳极功能层的阳极支撑固体氧化物燃料电池的力学模型, 研究了连续梯度的阳极功能层对阳极支撑固体氧化物燃料电池半电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响. 结果表明电池的曲率在初始还原过程中随还原程度的增大而逐渐增大. 连续梯度的阳极功能层的引入不能同时改善电池的曲率和残余应力, 即连续梯度的阳极功能层在缓解应力的同时会导致曲率的增大, 反之亦然. 含有连续梯度的阳极功能层的电池在部分还原状态下, 梯度层/阳极支撑界面处具有最大的拉应力容易导致电池受损, 实际中应保证电池被完全还原.     

电化学阴极沉积制备氧化镍/碳纳米管复合电极的准电容特性

采用催化裂解的方法制备了碳纳米管,其比容量为12F/g.采用碳纳米管作为电极基体,采用阴极电化学还原Ni(NO3)2的方法在碳纳米管基体表面均匀的沉积了纳米氧化镍颗粒并由此制备了氧化镍碳纳米管复合电极材料.采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗及扫描电镜等方法考察了复合电极材料的容量特性、阻抗特性、自放电特性以及电极表观特征.实验表明复合电极具有良好的电化学特性,碳纳米管基体在明显降低氧化镍材料的阻抗的同时还提高了电极材料的电化学容量并拓宽了电极材料的有效工作电位窗,复合电极在6mol/LKOH电解液中比容量达到25F/g且表现了良好的电化学可逆性.与碳纳米管基电容器相比,采用氧化镍复合电极材料组装的电容器具有较低的自放电率.     

类化学气相沉积法制备缺陷可控的三维石墨烯泡沫及其复合电极电化学性能

三维石墨烯为开发高能量密度的电极提供了有效的途径.与二维石墨烯相比,三维石墨烯具有三维导电网络,极大地改善锂离子和电子传输的能力,同时能够承受电极循环期间的结构和体积变化.本文发展了低压封闭化学气相沉积法(CVD),以泡沫镍为模板,采用聚甲基丙烯酸甲酯为固态碳源来制备缺陷可控的三维石墨烯泡沫.分别研究了碳源添加量、反应时间及氢气含量对三维石墨烯泡沫形貌及结构的影响,发展了一种新型的三维石墨烯泡沫制备工艺,所制备的三维石墨烯泡沫具有缺陷密度可控,质量轻及化学性能稳定的特点.以三维石墨烯泡沫为导电框架和活性物载体来制备ZnO/石墨烯泡沫(ZnO/GF)复合电极并作为锂离子电池负极,循环200圈后仍能保持851.5 mA·h·g~(-1)的高比容量, ZnO/三维石墨烯电极表现出较高的可逆容量以及优异的循环性能.     

基于非铂无膜阴极直接甲酸燃料电池性能特性

本文通过采用天然管状材料制备了一种非铂无膜的空气自呼吸一体式阴极。该电极实现了传统电极中的支撑层、气体扩散层和催化层的功能,因而省去了质子交换膜并简化了燃料电池阴极的制备工艺。基于上述阴极和镀Pd石墨棒阳极,本文构建了无膜管状自呼吸式直接甲酸燃料电池。文中还对阳极液酸碱性、支持电解质浓度、甲酸根浓度和阳极液流速对电池性能的影响特性进行了研究,结果表明,当阳极液采用0.5 mol/L HCOONa+4.0 mol/L KOH,流速为756μL/min时,电池可获得最大功率密度0.73 mW/cm~3。     

用于全固态锂电池的有机-无机复合电解质

固态电解质被认为是解决传统液态锂金属电池安全隐患和循环性能的关键材料,但仍然存在离子电导率低,界面兼容性差等问题.设计兼顾力学性能、离子电导率和电化学窗口的有机-无机复合型固态电解质材料是发展全固态锂电池的明智选择.近年来,基于无机填料与聚合物电解质的有机-无机复合电解质备受关注.设计与优化复合电解质结构对提高复合电解质综合性能具有重要意义.本文详细梳理了有机-无机复合固态电解质在全固态锂电池中展现的多方面优势,从满足不同性能需求的复合电解质结构设计角度出发,综述了有机-无机复合电解质在锂离子传导、锂枝晶的抑制、界面稳定性和相容性等方面的研究进展,并对有机-无机复合电解质的未来发展趋势和方向进行了展望.     

铜铟镓硒薄膜太阳能电池新型图形化透明前电极研究

为了优化铜铟镓硒薄膜太阳能电池的前电极,提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率,提出了一种可应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池的AZO/图案化Ag薄膜/AZO结构的前电极,中间层的Ag薄膜与电池顶层的金属栅线具有完全相同的图案和尺寸,并且位于金属栅线的正下方,这种新型结构可以提高电池前电极的电学性能,但对电池来说不会带来额外的光学损失。对比了新型前电极结构与几种传统前电极的电学和光学性能,并且制备了相应的电池进行了性能对比。实验结果表明,新型的前电极结构可以提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的短路电流,相对传统AZO电极,电池效率从13. 83%提高到14. 53%。本结构可以明显提高电池效率。     

非晶硅界面缓冲层对非晶硅锗电池性能的影响

针对非晶硅锗电池本征层高锗含量时界面带隙失配以及高界面缺陷密度造成电池开路电压和填充因子下降的问题,通过在PI界面插入具有合适带隙的非晶硅缓冲层,不仅有效缓和了带隙失配,降低界面复合,同时也通过降低界面缺陷密度改善内建电场分布,从而提高了电池的收集效率. 进一步引入IN界面缓冲层以及对非晶硅锗本征层进行能带梯度设计,在仅采用Al背电极时,单结非晶硅锗电池转换效率达8.72%. 关键词： 非晶硅缓冲层 非晶硅锗薄膜太阳电池 带隙 界面     

Li电池原材料的穆斯堡尔谱及分析

穆斯堡尔效应的发现与X射线衍射和电子显微技术的发现具有同样重要的意义。它的能量分辨率极高,能够清晰地观察到原子核能级的跃迁。锂离子电池因其高工作电压和高能量密度广泛应用于便携式电子产品、电动工具和电动汽车等领域。电极材料是决定锂离子电池性能的重要因素之一。相对于负极材料,正极材料研究遇到更多的挑战,如高电压窗口、高比容量、良好的倍率性能、循环寿命、价廉和安全性等。但是,随着锂离子电池应用领域的不断拓宽,迫切需要研制新型的电极材料来满足日益增长的应用需求。以FeSO_4·H_2O和LiF为原料,用离子液体EMI-TFSI作反应媒介,300℃反应5 h得到产品。并通过穆斯堡尔谱仪测量并分析样品的成分。     

电化学阴极沉积制备氧化钴/CNTs复合电极的准电容特性

采用电化学阴极沉积还原Co(NO3)2的方法制备了具有准电容特性的氧化钴电极材料,其比容量达到280 F／g,采用CNTs作为电极基体,在其表面均匀的沉积了纳米钴化镍颗粒并由此制备了氧化钴碳纳米管复合电极材料.采用循环伏安,恒流充放电,交流阻抗及扫描电镜等方法考察了复合电极材料的容量特性、阻抗特性、自放电特性以及电极表观特征．实验表明复合电极具有良好的电化学特性,CNTs基体在明显降低氧化镍材料的阻抗的同时还提高了电极材料的电化学容量并拓宽了电极材料的有效工作电位窗,复合电极在1 mol／L KOH电解液中比容量达到322 F／g且表现了良好的电化学可逆性．并分别采用氧化钴／CNTs复合电极作为正极,活性炭纤维作为负极制备了复合型电化学电容器,其工作电压达到1．4 V,电容器质量比容量达到47 F／g．在0．1 A／cm2放电时,复合型电容器的能量密度达到10 Wh／kg,兼具高能量特性和优良的大电流放电特性．     

锂离子电池用具有分级三维离子电子混合导电网络结构的纳微复合电极材料

文章评述了分级三维离子电子混合导电网络结构和具有该结构的纳微复合电极材料在锂离子电池中的应用等方面的最新研究工作进展.首先介绍了纳微复合电极结构相关概念及其优缺点,然后列举了一些运用此概念设计并构筑出的电极材料实例.研究证明,此新型电极结构能够大幅提高锂离子电池电极材料的储锂性能,并且该结构设计还可推广到其他电化学储能...     

离子液体凝胶聚合物电解质PP13TFSI-LiTFSI-P(VdF-HFP)的电化学性能 (cited: 1)

采用溶液浇铸法将N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺)亚胺(PP13TFSI)、二(三氟甲基磺)亚胺锂与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VdF-HFP))混合制备离子液体凝胶聚合物电解质(ILGPEs). 通过扫描电子显微镜观察发现,这种离子液体凝胶聚合物电解质由于液体相的均匀分布而具有疏松的结构. 采用电化学阻抗、计时电流法、线性扫描伏安法测试了电解质的离子电导率、锂离子迁移数和电化学窗口. 室温下离子液体凝胶聚合物电解质的离子电导率和锂离子迁移数分别是0.79 mS/cm和0.71,电化学窗口为0～5.1 Vvs. Li⁺/Li. 电池性能测试表明,这种离子液体凝胶聚合物电解质在Li/LiFePO₄电池中是稳定的,放电容量在30、75和150mA/g倍率下分别为135、117和100 mAh/g,电池经100个循环后容量保持在100%而几乎没有衰减.