嵌锂石墨充电机制的abinitio和DFT理论研究

用ab initio/HFt DFT/B3LYP方法探究了在锂离子二次电池中锂离子在石墨负 电极材料里可逆脱过程。理论计算结果表明，嵌锂石墨LIG充放电机制是锂在石黑 碳层间可闹乱子嵌脱，同时伴随着锂与碳层间发生电荷连续转移和碳层堆积方式改 变的协同过程；计算结果也明确证实，嵌锂石墨嵌入脱出锂离子的过程就是锂离子 二次电池储存与释放能量的过程，提出的嵌锂石墨充放电机制较好地丰富了固体电 解质相界面SEI机理和单电子还原机理。     

石墨/LiCoO_2电池充放电过程电极活性材料结构演变研究

利用X射线衍射分析(XRD)详细地研究了石墨/LiCoO2体系18650型锂离子电池充放电过程中正负极活性材料的晶体结构和微结构的变化.结果发现,在电池充电过程中,锂嵌入石墨层中,优先进入碳原子六方网格面间的间隙位置,导致石墨的点阵参数a和c,以及微应变ε增加和堆垛无序度P的变化,电池充电至20%后负极中形成Li-C化合物;电池充电时,正极LiCoO2中处于(000)位的Li原子优先脱离晶体点阵,随着正极材料脱锂量的增大,其晶格参数a减小,c增大,微应变ε也随之增加.LiCoO2在整个充电和放电过程中均未发生相变.最后,讨论了锂离子电池的导电机制.发现,充电时,锂离子的迁移从负极-电解液界面开始;放电时,其迁移从正极-电解液界面开始;在充放电过程中,正负极活性材料的嵌脱锂都有一个从活性材料颗粒表面到内层的过程.电池的充放电过程不完全可逆.     

超声浸渍包覆石墨的嵌脱锂性能

锂离子电池;碳阳极;包覆;电化学性能;超声浸渍包覆石墨的嵌脱锂性能     

锂离子电池电极材料固体核磁共振研究进展

对于研究材料的结构变化和考察原子所处的化学环境，固体核磁共振技术是一种有效的手段。通过⁶Li和⁷Li核磁共振谱的变化，可以清楚地了解锂离子电池电极材料中Li与邻近金属或碳原子的配位情况及在充放电过程中对应于锂离子嵌/脱过程中材料的结构变化，对于研究电极材料的电化学性能有重要的意义。本文综述了固体NMR技术在研究锂离子电池电极材料的结构及嵌锂机理方面的一些进展。     

锡基非晶态材料的化学合成及其嵌锂性能的初步研究

锂离子电池是近年来化学电源领域研究与发展的热点．为了进一步提高电池的能量密度，开发高容量嵌锂材料是锂离子电池技术发展的关健．目前，广泛应用的嵌锂负极多采用石墨结构碳素材料，其充放电容量已接近ＬｉＣ６的理论比容量３７２ｍＡ·ｈ／ｇ．与此同时，采用其它类...     

天然气焦炭的嵌锂特性研究

锂离子电池的研究与开发具有诱人的商业前景．以金属锂为负极的锂二次电池存在着充放电循环寿命短和使用安全性能差等诸多问题，解决的途径之一是采用嵌锂化合物替代金属锂作为负极材料．其中，以具有贮锂功能的碳素材料作为负极的锂离子电池，不仅具有较高的电容量和较长...     

粒度对石墨负极材料嵌锂性能的影响

研究了不同粒径（13～80 μm）石墨材料作为锂离子电池负极材料的嵌锂性能.结果表明，石墨粒度大小对嵌锂性能有明显影响，石墨的不可逆容量随着粒径的减小而逐渐增大，当粒径从80 μm减小到13 μm时，其不可逆容量增大了10％.而对可逆容量来说，随着粒径的减小，可逆容量逐渐增大;当粒径减小到20 μm时，可逆容量达到最大;再进一步减小石墨颗粒的粒径，可逆容量则随之减小.这表明石墨颗粒过大或过小都不利于锂离子的可逆脱嵌，只有合适的粒度才能最大限度地可逆脱嵌锂离子.根据不同粒度石墨的比表面的变化趋势，阐述了嵌锂性能随粒度变化的原因.     

锂离子电池电极材料研究进展

本文综述了锂离子电池中正、负电极材料的制备、结构与电化学性能之间的关系。正极材料包括嵌锂的层状L ixMO 2 和尖晶石型L ixM 2O 4 结构的过渡金属氧化物(M =Co、N i、M n、V ) , 负极材料包括石墨、含氢碳、硬碳和金属氧化物。侧重于阐述控制锂离子电池循环过程中可逆嵌锂容量和稳定性的嵌锂电极材料的结构性质。给出118 篇参考文献。     

石墨负极充放电过程的DFT研究

用量子化学DFT-B3LYP/6-31G(d)方法计算了锂沿石墨层堆积的Zig-zag和Arm-chair方向嵌脱及在石墨表面附着和脱附的过程.结果表明,锂嵌入过程是体系能量升高的储能过程,势垒最高点是锂在碳原子正投影位置,即在C-C键投影位置,而在苯环中心投影位置最低,为嵌锂的最佳位置,锂嵌脱的最佳途径应为arm-chair方向;锂在石墨表面附着也是储能过程,苯环中心上方是石墨表面近距离附着机率最高的位置.     

锂离子电池铌基氧化物负极材料

锂离子电池负极材料钛酸锂由于其高功率和优异的循环性能得到了广泛的研究,但是较低的比容量(175 m Ah/g)限制了其应用前景。与钛酸锂相比,铌基氧化物具有相似的嵌脱锂电位和更高的比容量,也展现出良好的倍率性能和循环性能,有望成为新型功率型负极材料。本文综述了多种铌基复合金属氧化物(Nb2O5,Ti Nb2O7,Li Nb3O8等)的晶体结构、电化学性能和嵌脱锂机理,讨论了材料的组成、形貌和制备工艺等对其嵌脱锂性能的影响,并概述其作用机制。此外,本文还归纳总结了铌基材料嵌脱锂行为的共性,并比较了它们与钛酸锂的异同,对其作为高功率锂离子电池负极材料的研究趋势和发展前景进行了展望。     

锂离子电池用硅/碳复合负极材料

以聚氯乙烯（PVC）、纳米硅粉和小粒径的人造石墨为前驱物,利用高温热解 反应,使纳米的硅和石墨微粒高度均匀地分散在PVC热解产生的碳中,形成一种新 型硅碳复合嵌锂材料,电化学测试表明：该复合材料首次充放电效率约为84%。可 逆比窝容量500mAh·g~（-1）左右,30次循环后容量维持在90%以上。另外,该复 合材料充放电平台经目前锂离子电池广泛采用的中间相碳微球（CMS）高0.15V左右 ,这有助于提高电池的充电倍率性能和操作安全性。     

炭材料作为贮锂负极的研究

近两年来,有报道采用炭负极与正极嵌入化合物组成的锂离子电池。这类电源的特点是正负极均采用嵌入化合物,电池充放电过程分别为锂离子在两极间嵌入脱出,以贮存释放电量。由于锂离子电池没有金属锂,电池的循环性能和安全性能大为改善。 适合于作锂离子电池负极的炭材料应具有贮锂容量大,可逆性好及自放电低等特点。由于炭的结构和性质随原料来源及制备方法不同,表现在嵌锂行为上差别显著。在比较多种国产     

锂离子电池负极硅基材料

硅基材料由于其高电化学容量是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料,但其在充放电过程中体积变化大、循环寿命差、首次库仑效率低等是阻碍其商业化的主要问题.本文综述了硅在脱嵌锂时晶体结构及表/界面的变化,以及改善其电化学性能方面的研究进展,并阐述其作为锂离子电池负极材料的研究前景.     

巴基管嵌锂电极性能的研究

用化学气相沉积法制备的巴基管作为锂离子电池的负极活性物质可以达到７００ｍＡｈ／ｇ的容量，远超过了石墨嵌锂化合物理论容量。ＣＶＤ巴基管电极经２０次充放电循环后，放电容量保持率为６５．３％，尽管ＣＶＤ巴基管电极初次充放电效率低，但经表面镀铜修饰后，初次充放电效率可提高到５５．９％。     

原子尺度锂离子电池电极材料的近平衡结构

锂离子电池充放电过程中电极材料的结构变化与材料的电化学反应机理和性能密切相关.通过在原子尺度上直接观察脱/嵌锂前后电极材料的近平衡微观结构,有助于从更深层次认识电极反应机理和性能演化规律,对于全面理解材料的电化学行为以及改善锂离子电池性能具有重要的指导意义.本文详述了球差校正扫描透射成像技术在研究电极材料表界面结构及反应机理方面的进展,探讨了未来建立电极材料原子尺度结构与性能相关联可能的研究方向.     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

煤沥青基中间相炭微球的电化学性能与微观结构

将煤焦油沥青基中间相炭微球(MCMB)在一定的工艺条件和不同最高热处理温度(HTT_max)下进行高温热处理,利用XRD和Raman光谱分析了不同HTT_max下MCMB试样的微观结构.借助恒电流充放电和粉末微电极循环伏安法考察了试样的宏观电化学性能,探讨了中间相炭微球宏观电化学性能与其微观结构间的联系.研究表明,随着HTT_max的升高,中间相炭微球从低温热解炭的结构特征向石墨晶体结构转变,材料的电化学贮锂机制相应地也从微孔贮锂向石墨层间嵌锂机制转变.MCMB特殊的弧状碳层走向使得石墨微晶的L_a值未能随HTT_max的升高而大幅度增长,这是高温热处理MCMB的宏观电化学性能随HTT_max的升高而不断提高的内在原因.     

锂-硫二次电池界面反应的特殊性与对策分析

锂-硫电池是在现有锂离子电池基础上最可能实现储能密度大幅提升的实用二次电池体系. 然而,这一电池体系的电化学利用率与循环稳定性仍然难以满足应用要求. 造成锂-硫电池性能不稳定的原因在于硫正极和锂负极的材料结构和反应环境始终处于变化之中,如在充放电过程中,硫-碳反应界面的电化学阻塞、中间产物的溶解流失、正负极之间的穿梭效应等副反应导致正极与负极均难形成稳定的电化学反应界面。针对这些特殊问题,本文简要分析了影响能量利用率和循环稳定性的化学与电化学机制,并提出了构建稳定锂负极与高效硫正极的若干可行性技术.     

用于锂离子电池的中空无机非金属纳米材料的研究进展

锂离子电池电极材料在充放电过程中由于锂离子嵌入和脱嵌,电极材料在膨胀和收缩过程中极易粉化而导致电池失效.无机中空纳米材料具有较高的比表面积,可调的空腔体积以及壳层厚度,并且每一个中空颗粒都可以作为一个微反应室,从而增加了反应界面,作为锂电池电极材料,无机中空纳米材料能够适应充放电过程中颗粒的膨胀和收缩,表现出优异的性能.面对传统模板法的局限性,基于Kirkendall效应等新的机理或方法以其操作步骤简单、无模板等优点,有望实现低成本的规模化生产.本文综述了利用Kirkendall效应,Oswald熟化和溶剂热3种机理或方法制备中空无机纳米材料作为锂离子电池电极材料的最新研究进展,并对其应用前景进行了展望.     

石墨烯嵌锂的拉曼成像

锂离子电池由于具有高能量密度,高循环寿命,低自放电率的优势,成为当前使用最为广泛的储能器件。层状材料是极为常用的负极材料,其微观嵌锂行为的研究对提高电池的能量密度和循环寿命有重要意义。本工作发展了一种新的平板微电池结构,可用于研究锂离子在各类二维层状纳米材料中的嵌锂行为。我们用机械剥离的单片少层石墨烯为正极,热蒸镀的锂金属为负极,构成石墨烯电池,用恒电压放电的方法进行嵌锂测试。采用拉曼成像技术收集石墨烯G峰信号的空间分布,实现对锂的嵌入过程的显微观测。发现了锂在石墨烯中沿层间扩散迁移,以及石墨烯断层对锂扩散的阻碍作用。这些结果有助于理解放电时锂在石墨烯电极中扩散过程,并且这项研究开发的平板微电池结构可用于多种材料的电化学过程中的微观过程表征,同时可实现与光学、电学、电子显微学等多种表征手段的兼容,具有较好的应用前景。