锂电池用草酸二氟硼酸锂有机电解液的电化学性能

以草酸锂和三氟化硼乙醚溶液合成了草酸二氟硼酸锂(LiBC₂O₄F₂),并用碳酸二甲酯溶剂萃取和重结晶提纯。LiBC₂O₄F₂有机电解液能在铝箔上形成一层致密的保护膜,这能较好地抑制在高电位时电解液在铝箔上发生氧化反应,而且在很宽的温度范围内LiBC₂O₄F₂基电解液都具有较好的离子电导率。电化学测试结果表明：使用1.0 mol·L^-1 LiBC₂O₄F₂有机电解液的LiMn₂O₄/Li电池首次放电容量为110.2 mAh·g^-1,并且具有比使用LiPF₆有机电解液的LiMn₂O₄/Li电池更好的高低温循环性能和更优良的低温放电性能。     

金属锂二次电池锂负极改性

本文综述了金属锂二次电池中提高锂负极性能的研究进展。分别介绍了以下改性方法:对金属锂表面进行预处理,使其表面预先形成性能良好的固体电解质界面膜,或直接在其表面制备保护膜;在电解液中加入添加剂对锂电极进行表面改性;采用新型有机溶剂、离子液体、聚合物电解质、玻璃态固体电解质、塑晶固体电解质等电解质体系提高界面相容性;改进金属锂电极的制备工艺,如制备金属锂粉末多孔电极和电沉积锂电极、制备全固态薄膜锂电池以及利用物理方法处理锂电极。并在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。     

SiO的电化学性能及其电极过程动力学研究

本文采用恒流充放电考察SiO的电化学性能，并在0.5 MHz至0.001 Hz的频率范围内，通过交流阻抗技术研究SiO电极在首次嵌锂反应中的电极过程。对不同电压区间下测得的交流阻抗图谱，提出不同的等效电路模型并对结果进行了拟合。通过拟合结果，探讨了SiO电极过程动力学以及嵌锂过程中电极界面的变化特性。     

Combination of Organic and Inorganic Electrolytes for Composite Membranes Toward Applicable Solid Lithium Batteries

To meet the demand for long-range electric vehicles with high-energy-density batteries,the solid-state batteries(SSBs)have attracted ever-increasing attention due to their enormous potential in affording the energy density greater than 400 W·h/kg.As the key materials,the solid electrolytes can be classified as inorganic electrolyte and organic electrolyte.The former usually has high ionic conductivity,good stability and mechanical properties,whereas being heavy and brittle.The latter is usually flexible,light and easy to mass produce,nevertheless has poor ionic conductivity and stability.Thus,the combination of the organic and the inorganic electrolytes for the composite membranes has become the inevitable trend to achieve the high energy density and safety of lithium batteries.From the perspective of practical application,this paper discusses how to construct the ideal organic-inorganic composite solid electrolyte with low areal specific resistance,thin texture,wide electrochemical window and high safety for applicable SSBs.Furthermore,the critical challenges and future development directions are prospected for the composite solid electrolytes.     

锂电池用嵌段共聚物电解质的研究进展

离子导体嵌段共聚物电解质作为一种固态锂电池导离子材料引起了人们的广泛关注。嵌段共聚物的自组装行为为设计微观尺寸有序结构提供了一种可能。这种有序纳米结构既保证聚合物电解质良好的机械性能,同时又拥有与其它聚合物电解质相当的离子电导率,为进一步组装高性能、易加工的锂电池器件提供了一种可能。本文综述了聚氧化乙烯型嵌段共聚物和单离子型嵌段共聚物,并总结了近期嵌段共聚物电解质的形貌影响离子电导率的实验研究结果,最后评述了嵌段共聚物电解质面临的挑战,并对未来研究进行了展望。     

Challenges and Development of Composite Solid Electrolytes for All-solid-state Lithium Batteries

All-solid-state lithium batteries are considered to be a new battery system with great development potential and application prospects due to the advantages of high energy density and high security.As a key component of all-solid-state lithium batteries,the development of solid-state electrolytes has received extensive attention in recent years,but most solid electrolytes still exhibit problems,such as low ion conductivity and poor interface compatibility.The design of composite solid-state electrolyte materials with both excellent electrochemical and mechanical properties is an effective way to develop all-solid-state lithium batteries.This review introduces different types of pure component solid electrolytes and analyzes their respective advantages and characteristics firstly.Furthermore,the research progress of composite electrolytes in preparation method,ionic conduction,suppression of lithium dendrites,and the improvement of electrochemical performances are reviewed from the perspective of composite electrolyte structure design,which is to meet different performance requirements.And the future development direction and trend of composite electrolytes are prospected.     

溶剂及电解质盐对氧在有机电解液体系中电化学还原的影响

应用线性循环伏安(CV)法研究了氧在几种有机电解液体系中的电化学还原过程.实验表明,氧在四丁基六氟磷酸铵(TBAPF6)/乙腈(MeCN)或TBAPF6/丙烯碳酸酯(PC)电解液中,均首先发生1电子还原生成O2-的过程,但电位回扫还原过程的可逆性却表现出很大差异:在乙腈溶液中反应可逆性较好,CV曲线表现出一对可逆的氧化还原峰,而在丙烯碳酸酯为溶剂的电解液中,氧还原过程可逆性差,不仅初始氧还原电流显著减小,而且表征O2-氧化的电流峰几乎消失.此外,电解质盐对氧还原过程也具有很大影响,在六氟磷酸锂(LiPF6)/乙腈电解液中,氧的还原可逆性较差.     

固态锂电池电极过程的原位研究进展

固态锂电池(SSLBs)由于其安全性和潜在的高能量密度优势,被认为是下一代动力电池的重要发展方向.然而,目前仍存在固态电解质离子电导率低,电极/电解质界面兼容性和稳定性差等瓶颈问题.为了提高SSLBs的性能,阐明循环过程中电极、固态电解质及其界面间的动态演化是至关重要的.在过去的几十年里,各种先进原位表征技术的出现,促进了对高性能锂电池内部工作机制的理解,推动了SSLBs进一步发展.本综述系统地介绍了近几年原子力显微镜、电子显微镜、X射线显微镜等成像表征技术和拉曼光谱、X-ray基技术、中子深度分析等成分分析技术的原位研究进展.重点分析了各类表征技术在SSLBs循环过程中形貌和组分的演化,包括正极材料的相变、形变,金属锂的沉积/溶解、锂枝晶生长,固态电解质结构演化和固体电解质中间相的形成,进一步加深了对固态锂电池的理解.     

锂/聚合物电解质电化学固/固界面的研究

综述了聚合物锂电池中锂/聚合物电解质电化学固/固界面的研究进展。通过与锂/液体电解质体系进行比较,简要介绍了在锂/聚合物电解质界面上发生的电化学反应、锂钝化层形成及其对界面反应的影响,并侧重讨论了传统电化学方法和谱学方法,特别是现场分析技术在电化学固/固界面研究中的应用。总结了锂/聚合物电解质界面的几种不同改善途径。     

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。     

聚合物固态锂电池电解质/负极界面

动力电池领域对锂二次电池的能量密度和安全性提出了更高要求,研究高能量密度固态锂电池对发展新能源产业具有重要意义。相比传统的有机电解液锂离子电池,采用聚合物固体电解质的聚合物固态锂电池不但具有明显提升的安全性,而且能够匹配高容量电极材料,实现能量密度的有效提升。聚合物固态锂电池是最有前景的锂二次电池之一,然而聚合物固体电解质与锂负极间仍存在严重的界面副反应、锂负极表面易生长枝晶等问题。近年来,通过电解质成分调控、电解质力学性能提升、电解质/锂负极界面调控和匹配三维锂负极等手段,聚合物基固态锂电池性能明显提升。基于此,本文介绍了常见的聚合物固体电解质及其与锂负极间的界面挑战,从添加无机填料、使用高强度基底膜、分级层状结构设计、构筑界面缓冲层、交联网络设计以及固态锂负极保护等几个方面综述了提升聚合物基电解质/锂负极界面稳定性的最新研究成果,最后对解决聚合物固体电解质/锂负极界面兼容性的研发方向和发展趋势进行了展望。     

Dynamics of lithium electrode passivation in aprotic organic electrolytes,studied by electrochemical noise method

Lithium electrode passivation is studied in different organic electrolytes, namely, 1 M LiClO₄ in 1,3-dioxolane, 1 M LiN(CF₃SO₂)₂ in 1,3-dioxolane, 1 M LiPF₆ in an ethylene carbonate-diethyl carbonate mixture, 1 M LiPF₆ in an ethylene carbonate-dimethyl carbonate mixture, using the electrochemical noise method. The dynamics of passive film formation on the lithium surface in the mentioned electrolytes that differ in their corrosivity towards lithium is followed.     

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     

二次锂电池用离子液体电解质研究

合成了哌啶类离子液体N-甲基-N-丙(丁)基哌啶三氟甲基磺酰亚胺[PP13(4)-TFSI], 并与现在常用的两种离子液体1-丁基-3-甲基-咪唑六氟磷酸(BMIPF₆)及1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸(BMIBF₄)进行了各种电化学性能的对比. PP13(4)-TFSI的电化学稳定窗口可以达到5.8 V, 明显大于BMIBF₄ (4.7 V) 以及BMIPF₆ (4.6 V). 而且PP13(4)-TFSI负极极限电位(－0.3 V vs. Li/Li^＋)明显低于BMIPF₆ (0.5 V) 和BMIBF₄ (0.7 V), 有望被使用在以锂金属作为负极的二次锂电池中. 以LiTFSI /PP14-TFSI为电解质溶液测试了Li/LiCoO₂纽扣电池的电化学性能, 在0.05 mA•cm^－2的恒定电流充放电条件下, 电池的比容量可以达到150 mAh•g^－1, 初始循环以后库仑效率接近100%. 交流阻抗测试表明, 电池的阻抗特性稳定, 不存在明显的界面钝化现象.     

基于离子液体电解液的有机电化学反应

室温离子液体(RTILs) 作为一类在室温时呈液态且具有良好导电性的新型绿色溶剂, 在有机电化学反应体系中的应用前景广阔。本文介绍了近年报道过的新型离子液体及离子液体电解液的特性,阐述了基于离子液体电解液的电化学实验方法,重点综述了离子液体中的各种有机电化学反应,包括电化学还原反应、CO₂在离子液体中的电化学固定、电化学氧化反应、烯烃的环氧化、选择性氟化反应、偶联反应、功能化有机硅氧烷的合成、电化学氟化脱硫反应、电化学聚合反应等,并展望了发展趋势。     

Polyanthraquinone as a Reliable Organic Electrode for Stable and Fast Lithium Storage

In spite of recent progress, there is still a lack of reliable organic electrodes for Li storage with high comprehensive performance, especially in terms of long‐term cycling stability. Herein, we report an ideal polymer electrode based on anthraquinone, namely, polyanthraquinone (PAQ), or specifically, poly(1,4‐anthraquinone) (P14AQ) and poly(1,5‐anthraquinone) (P15AQ). As a lithium‐storage cathode, P14AQ showed exceptional performance, including reversible capacity almost equal to the theoretical value (260 mA h g^?1; >257 mA h g^?1 for AQ), a very small voltage gap between the charge and discharge curves (2.18–2.14=0.04 V), stable cycling performance (99.4 % capacity retention after 1000 cycles), and fast‐discharge/charge ability (release of 69 % of the low‐rate capacity or 64 % of the energy in just 2 min). Exploration of the structure–performance relationship between P14AQ and related materials also provided us with deeper understanding for the design of organic electrodes.     

Li1+xMn2O4的溶胶-凝胶法合成及其电化学性能

锂离子电池;锂锰氧化物;尖晶石结构;Li1+xMn2O4的溶胶-凝胶法合成及其电化学性能     

锂离子电池有机正极材料

随着储能电源和电动汽车的迅猛发展,开发高能量密度的锂离子电池成为研究的重点之一。锂离子电池性能的提高很大程度上取决于正极材料的特性。目前,广泛使用的无机正极材料普遍存在容量提升有限、生产过程消耗能源大、存在安全隐患和成本高等缺陷。因此,需要开发比容量更高、安全性更好和在自然界中储量更为丰富的绿色能源材料。与无机正极材料相比,有机物正极材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强和体系安全的优点,是一类具有广泛应用前景的储能物质。本文综述了目前国内外已经开展的研究工作,介绍了作为锂离子正极材料的几类主要的有机化合物,包括导电高分子聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和含氧共轭化合物等;对比分析了这些化合物的电化学性能、电化学反应机理及其具备的优势和存在的不足;指出了有机化合物作为锂离子正极材料需要解决的问题及今后研究和改进方向。     

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。     

金属锂在含(亚)硫酰基添加剂电解液中电化学可逆性研究

分别以亚硫酰氯(SOCl2)、硫酰氯(SO2Cl2)、二甲亚砜(DMSO)、苯磺酰氯(BSC)和苯基乙烯基亚砜(PVSO)作为添加剂, 加入至1 mol•L－1 LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)＋碳酸二甲酯(DMC)(体积比为1∶1)电解液中, 采用恒电流沉积-溶出法、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、X射线光电子能谱(XPS)测试技术, 研究了添加剂对电化学金属锂沉积-溶出可逆性以及金属锂负极/电解液界面性质的影响. 电化学测试结果表明, 添加SO2Cl2和BSC能显著改善金属锂电极的循环性能, 100% DOD(锂全溶出)条件下, 循环效率稳定在90%左右. 电化学测试、添加剂分子电子亲和能计算并结合XPS测试结果表明, 较早反应成膜的SO2Cl2和BSC添加剂可以在一定程度上抑制电解液溶剂的分解, 使锂电极循环效率和寿命得以提高. 洞察和比较添加剂的结构揭示, 含磺酰基的化合物明显优于含亚磺酰基的化合物.