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。     

Molecular mechanics (MM3) calculations on lithium amide compounds

The MM3 force field has been extended to deal with the lithium amide molecules that are widely used as efficient catalysts for stereoselective asymmetric synthesis. The MM3 force field parameters have been determined on the basis of the ab initio MP2/6-31G* and/or DFT (B3LYP/6-31G*, B3-PW91/6-31G*) geometry optimization calculations. To evaluate the electronic interactions specific to the lithium amides derived from the diamine molecules properly, the Lewis bonding potential term for the interaction between the lithium atom and the nonbonded adjacent electronegative atom such as nitrogen was introduced into the MM3 force field. The bond dipoles were evaluated correctly from the electronic charges on the atoms calculated by fitting to the electrostatic potential at points selected. The MM3 results on the molecular structures, conformational energies, and vibrational spectra show good agreement with those from the quantum mechanical calculations.     

磷酸铁锂电池的热效应研究

以磷酸铁锂为正极材料,石墨为负极材料,制备了1865型磷酸铁锂电池,研究了该电池在绝热、隔热和自然散热条件下,不同大小电流充放电过程的热效应.研究结果表明,磷酸铁锂电池充放电过程中所放出的热量主要来源于不可逆发热,即电子、离子在传导过程中克服电池内部阻力所产生的热量.发热量与电流呈线性关系,随着电流的增大而增大.这些结...     

Preparation of Anode Material for Lithium Ion Battery by Chemical Oxidation

Sincetheoilcrisisinthe60'sand70's,ithasbeenrealizedthatthenaturalresourcesareveryimportantandtheresearchoflithiumsecondarybatterywasthenbegun.Recently,theurgentdemandofmicroelectronicsforsecondarybatterywithhighenergydensityandlightweighthasgreatlystimulatedthedevelopmentoflithiumsecondarybattery.Onlyintheearly90's,didthiskindofbatterybecomecommercialwhenitwasfoundthatgraphitecansubstitUtelithiumorlithiumalloysandsolvetheproblemsofsafetyandcyclelife.However,thesynthesisconditionforgraphiteiscr…     

天然石墨负极的改性研究

天然石墨作为锂离子二次电池负极材料得到了广泛关注. 针对天然石墨负极的体积效应和表面活性基团的不利影响, 通过溴化和高温煅烧处理制备石墨插层化合物中间体和适度膨胀的石墨样品以改善其倍率和循环寿命. 样品利用X 射线衍射(XRD)、扫描式电子显微镜(SEM)和比表面积检测(BET)分析其结构特征, 结果表明膨胀石墨样品石墨层剥离晶粒增大. 恒流充放电和循环伏安扫描测试结果表明改性后的石墨样品其倍率性能和循环稳定性均得到明显改善.     

添加剂氟代乙烯碳酸酯对锂离子电池低温性能影响的机制研究

本文通过磷酸铁锂/碳电池研究了电解液添加剂氟代乙烯碳酸酯（FEC）对电池低温性能的影响. 电池充放电实验证明,FEC添加剂能够在负极表面形成良好的固体电解质界面层（SEI）. 电解液中添加5% FEC后,电池-40 ^oC低温放电容量保持率可以从31.7%提高至43.7%,还提高了电池放电电压平台. 交流阻抗测试表明,FEC的加入能够有效降低电池的界面传荷阻抗（R_ct）. 参比电极测试表明,其主要是降低了碳负极的低温极化.     

锂金属电池用三维半互穿网络聚合物电解质的制备

锂金属电池作为下一代高比能量电池技术受到人们越来越广泛的关注。然而由锂枝晶生长引发的安全问题是锂金属电池商业化面临的最大挑战之一。具有高锂离子迁移数和离子电导率的聚合物电解质是抑制锂枝晶生长的重要策略之一。本文将季戊四醇四丙烯酸酯和自由基引发剂AIBN添加至商业化电解液中,采用具有单离子传导功能的多孔聚合物电解质为锂金属电池的电解质隔膜,通过在电池内部发生热诱导原位聚合制备三维半互穿网络单离子传导聚合物电解质,达到提高电解质隔膜离子电导率和机械拉伸性能,以及有效抑制锂枝晶生长的目的。通过该策略的实施,成功获得了室温离子电导率0.53 mS·cm^-1和锂离子迁移数0.65的良好结果。应用于锂金属电池,证明该电解质能够有效抑制锂枝晶的生长和倍率性能的提高,为锂金属电池的开发提供了良好的解决路径。     

Quantum Chemical Study of the Lithium Cation Coordination by Dimethylsulfoxide Molecules

A quantum chemical study of the lithium ion coordination by dimethylsulfoxide molecules has been performed by HF/6-31G (d), HF/6-311+(d,p), and B3LYP/6-311+(d,p) methods with full geometry optimization. The coordination number of Li⁺ in the dimethylsulfoxide was found to be equal to 4. Heats of the complex formation at each stage of the process were calculated (in kJ/mol); these are 267.2, 203.0, 122.8, and 90.5 in HF/6-31G(d); 270.6, 200.5, 108.8, and 82.9 in HF/6-311+(d,p); 256.3, 186.8, 100.8, and 80.1 in B3LYP/6-311+(d,p) for 1-4 DMSO molecules, respectively. The paper reports on the structure parameters of the complexes formed, and the corresponding charge distributions. The solvation of the lithium cation with dimethylsulfoxide molecules was shown to be more preferable than that with water molecules in the gas phase. A possibility for an Li⁺·(4DMSO)·OH^- associate to form in the DMSO medium was examined using the HF/6-311+(d,p) method.     

柱状金属锂沉积物:电解液添加剂的影响

二次电池的能量密度已成为推动电动汽车和便携式电子产品技术向前发展的重要指标。使用石墨负极的锂离子电池正接近其理论能量密度的天花板,但仍难以满足高端储能设备的需求。金属锂负极因其极高的理论比容量和极低的电极电位,受到了广泛关注。然而,锂沉积过程中枝晶的生长会导致电池安全性差等问题。电解液对金属锂的沉积有着至关重要的影响。本文设计了一种独特的电解槽体系来进行柱状锂的沉积,研究了不同电解液体系(1mol·L^-1LiPF6-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(EC/DEC,体积比为1:1)、1 mol·L^-1 LiPF6-氟代碳酸乙烯酯(FEC,体积分数5%)-EC/DEC (体积比为1:1))对金属锂沉积的影响。对两种电解液中金属锂沉积物长径比的研究表明,电解液的组分可以显著地影响金属锂的沉积形貌,在加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂之后,柱状锂的直径从0.3–0.6μm增加到0.7–1.3μm,长径比从12.5下降到5.6。长径比的降低有助于减小金属锂和电解液的反应面积,提高金属锂负极的利用率和循环寿命。通过考察循环后锂片的表面化学性质,发现FEC的分解增加了锂表面固态电解质界面层中氟化锂(LiF)组分的比例,提高了界面层中锂离子的扩散速率,减少了锂的成核位点,从而给予锂核更大的生长空间,降低了沉积出的柱状锂的长径比。     

聚二巯化合物正极材料的合成及性质的初步研究

固态电池发展至今，许多比能量高、贮存性能好的新型电池产品不断涌向市场，而目前广泛用于正极材料的大多数物质是层状化合物［１］，如聚乙炔，聚苯胺等化合物，它们贮存能量的方式主要是通过插入化学反应来实现，本工作将合成一种高分子材料——２．５－二巯基－１，３...     

NCA三元锂离子电池分荷电状态循环的热特性和容量衰退研究

层状三元材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂（NCA）具有高能量密度和高比容量,在电动汽车领域占据重要地位.但是较差的容量保持率和热安全问题限制了其应用. 本文研究了18650型NCA/graphite（2.4 Ah）锂电池分区间循环容量衰退机理和热行为. 所考虑的荷电状态（state of charge,SOC）区间有0% ~ 20%（低）、20% ~ 70%（中）、70% ~ 100%（高）及0% ~ 100%（全）四个区间. 为了获得电池在不同SOC区间循环后衰减状况,以100个循环为一个周期,每个循环周期结束后,在25 ^oC下测试四个电池的基础特性,包括容量、容量增量（incremental capacity,IC）、电阻及电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS),同时监测电池放电时的温度来讨论电池不同区间循环后的热行为. 测试结果表明,电池在全区间循环会降低电池寿命,而在非全区间循环的电池都能一定程度上减缓电池衰老的速度. 另外,全区间循环热特性最差而中端循环则表现出较好的热性能,对容量增量曲线分析发现,在高中低区间的性能衰退的主要原因是活性锂离子的损失,而在全区间还包括活性材料的损失和反应内阻的增大.