新型锂电池用复合隔膜的制备及其电化学性能表征

利用浸渍法在聚丙烯微孔膜(Celgard2400)表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯(PEO),制备了新型锂电池用复合隔膜.采用交流阻抗法、扣式电池充放电等实验技术测试了复合隔膜的电化学性能.     

锂离子电池隔膜改性研究进展

锂离子电池作为便携式电子产品、新能源汽车、蓄电设备等产品电源备受关注。锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。隔膜虽然不直接参与锂离子电池中的电化学反应,但是隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其性质在很大程度上影响锂离子电池的性能。目前聚烯烃仍是使用最为广泛和商业化最为成功的锂离子电池隔膜材料,但因其不良的电解液浸润性和热稳定性,降低了锂离子电池的电性能和安全性,因此改性成为改善聚烯烃隔膜材料性能和推广应用的重要途径。本文从聚烯烃材料多层膜结构改性、表面涂覆改性和层层自组装改性三方面总结了近五年聚烯烃隔膜改性研究的最新进展。最后,提出增强聚烯烃隔膜的热稳定性和电化学性能仍是未来研究重点,并对新型隔膜材料进行展望。     

聚烯烃锂离子电池隔膜的研究进展

随着信息技术时代的发展,锂离子电池被广泛应用,电池隔膜作为锂离子电池的重要组成部分越发引起大家的重视。聚烯烃锂离子电池隔膜由于其优异的机械性能和化学稳定性,以及相对廉价的特点,在锂离子电池发展初期就被研发应用,已成为锂离子电池隔膜的主流。本文综述了聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法,主要介绍了干法和湿法,及相关的产品。重点阐述了聚烯烃锂离子电池隔膜的性能需求和改性方法,主要包括隔膜的孔隙率、隔膜对电解液的亲和性以及热稳定性等方面。     

聚丙烯电池隔膜改性研究进展

信息时代的发展对二次电池的性能提出了更高要求。隔膜作为电池的关键组成部件之一,其性能优劣直接影响到电池的整体性能。目前市场上普遍使用的聚丙烯隔膜由于其电解质润湿性低、热稳定性差等缺点,严重限制了电池性能的发挥。因此,对聚丙烯电池隔膜进行改性是获得高性能电池的重要途径。近年来,研究人员通过构建多层结构、表面涂覆和表面接枝等方法对聚丙烯电池隔膜进行改性。本文综述了聚丙烯电池隔膜改性的最新研究进展。     

锂离子电池隔膜的功能化改性及表征技术

随着锂离子电池在动力和规模化储能等新能源领域应用的不断拓展,具有特殊功能且满足特定使用需求隔膜的设计准则、制备/改性方法及表征技术亟需系统深入研究。针对锂离子电池高性能和高安全性的要求,研究人员已通过结构设计和表面化学改性等策略优化了隔膜的本征特性,并通过系列表征技术探讨了隔膜的功能化改性对锂离子电池电化学性能的影响。基于以上背景,本文从离子传输、枝晶形核与生长、及安全性能三个方面详细探讨了隔膜对电池性能影响的关键因素及其改性方法,并系统总结了隔膜结构、物化特性、力学性能、热学性能以及电化学性能的表征技术,以期为功能隔膜的合理设计,从而优化锂离子电池性能提供理论和实践指导。同时,本文对隔膜未来的进一步研究和发展提出了展望。     

锂硫电池用碳化钛涂层隔膜性能探究

为提高锂硫电池的比容量和循环性能,本文使用纳米碳化钛（TiC）作为涂层制备得到TiC/Celgard涂层隔膜,并探究其对锂硫电池性能的影响. 电化学性能测试结果表明,涂层隔膜能有效提高电池在不同倍率下的比容量以及电池的循环性能,在2C倍率下仍表现出650 mAh·g-1的比容量,0.5C循环100周容量仍能保持在843.1 mAh·g-1.     

相转化法制备陶瓷涂层改性锂离子电池隔膜

以聚乙烯（PE）隔膜为基底,涂覆聚偏氟乙烯（PVDF）和纳米氧化铝（nanoAl2O2）,通过相转化的方法形成多孔陶瓷涂层,以改善聚乙烯隔膜对电解液的润湿能力、吸液能力及其热稳定性和电化学稳定性。结果表明：当涂层溶液中ω（PVDF）-0．15,72）（nano—Al2O2）-0．3时,改性隔膜的吸液率比纯PE隔膜提高了211．5％,水接触角降低了41．3°,热分解温度和电化学稳定窗口分别提高了73．4℃和0．2V。电池的容量保持率达到96．17％,而纯PE隔膜的只有85．78％。改性后隔膜的润湿能力、稳定性、安全性以及循环性能都有较大程度的提高。     

先进隔膜材料在锂离子电池中的研究进展

随着锂离子电池作为能量存储装置在电动汽车行业中的广泛应用,高性能锂离子电池的需求愈加旺盛。作为锂离子电池的重要组成部分,高性能电池隔膜也越来越受到关注。过去几年中,研究者们通过各种方法设计制备了具有高孔隙率、对电解液有较强亲和力、高倍率容量、高热稳定性、高电化学稳定性以及其它优异性能的先进隔膜材料,从而显著提高了锂离子电池的能量密度、安全性以及长期使用性能。本文总结了先进隔膜材料在锂离子电池中的最新研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。     

锂离子二次电池用隔膜的制备及其性质

本文采用倒相法制备了锂离子二次电池用的PVDF HFP共聚物型多孔聚合物隔膜 ,该聚合物膜具有良好的机械性能 ,其孔隙率可达 75% ,吸附电解液后增重 4 50 % ,电导率为 10 - 3S/cm ,组装成电池后表现出良好的循环性能和较低的极化率     

锂离子电池凝胶聚合物隔膜的研究进展

作为锂离子电池重要组分,隔膜由多孔聚烯烃高分子材料组成;电解质体系由有机碳酸酯和六氟磷酸锂混合组成,虽具有高离子电导率,但因液态碳酸酯的易燃特性给锂离子电池带来了安全隐患。利用能够将液态电解质体系凝胶化的聚合物制备得到的凝胶聚合物隔膜,结合了液态电解质体系高电导率和固态电解质高安全性的优点。凝胶聚合物隔膜的研究从简单微孔凝胶聚合物隔膜开始,经历了引入少量纳米无机颗粒的掺杂凝胶聚合物隔膜,到引入大量纳米颗粒的凝胶陶瓷隔膜的发展历程。本文详细介绍这三种类型凝胶聚合物隔膜的物理化学特性,最后展望凝胶聚合物隔膜的发展趋势。     

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.     

分级多孔N,P共掺杂rGO改性隔膜增强锂硫电池的循环稳定性

多硫化物(LiPSs)的穿梭效应和低硫利用率会导致电池容量的快速衰减,这严重阻碍了锂硫电池的商业化进程.为了抑制LiPSs的穿梭效应和提高硫的利用率,本工作采用一步高温还原法合成了具有分级多孔结构的N,P共掺杂还原氧化石墨烯(NPG),并将其用于锂硫电池的隔膜改性.高导电性NPG具有丰富的分级多孔结构,提供了大量的Li...     

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。     

锂负极失效的全固态薄膜锂电池的直接回收再利用

作为微电子器件的理想电源,全固态薄膜锂电池(TFB)已经被广泛地研究了几十年,并开始进入商业化应用。然而,目前关于失效TFB的回收与再利用的研究几乎没有,这将会阻碍TFB的可持续发展。本工作针对因金属锂负极失效而造成电池失效的TFB,提出了一种简单的基于最常见LiCoO₂ (LCO)/LiPON/Li TFB (F-TFB)的直接回收再利用的方法。研究发现,F-TFB中的金属锂负极薄膜在循环过程会被部分氧化从而造成电池失效。我们提出利用无水乙醇溶液有效地溶解并去除F-TFB上失效的金属锂负极部分,从而快速地回收底层的LCO/LiPON薄膜。结构分析和表面分析结果表明,回收的LCO/LiPON薄膜中的LCO正极的晶体结构、LCO/LiPON的界面结构以及LiPON电解质的表面保持完好,使其再利用成为了可能。进一步地,我们在回收的LCO/LiPON薄膜上依次沉积了LiPON和Li薄膜,构建得到了电化学性能恢复的LCO/LiPON/Li TFB,并获得了与新制备的TFB相一致的比容量(0.223 mAh∙cm⁻²)、良好的倍率性能和循环寿命(500次循环后容量保持率为77.3%)。这种简单而有效的回收再利用方法有望延长固态电池的使用寿命,减少能源和资源消耗,促进固态电池的可持续发展。     

原子力显微镜在锂离子电池界面研究中的应用

近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求. 然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解. 存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相（solid electrolyte interphase,SEI）已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道. 原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要. 本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.     

多孔金属有机框架材料作为锂金属负极保护层助力长寿命锂氧气电池

在众多能源储存系统中,锂氧气电池以其高达3500 Wh·kg^-1的理论能量密度有望在性能上超越商用锂离子电池.然而,在电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题极大地阻碍了锂氧气电池的发展.为了解决以上问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料（MOF-801）,并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中.在本工作中,成功合成了具有高达762.9 m²·g^-1比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料.并且这种材料表现出对于有机电解液体系（四乙二醇二甲醚1 mol·L^-1三氟甲基磺酸锂）和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性.得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故.此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质（水、氧气、强氧化性物质等）的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况.因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V（未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V）,且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面.将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g^-1,限电流500 mA·g^-1条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环（是未经保护的电池寿命的2.88倍）.使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g^-1的高比容量.因此,本工作所报道的保护层策略为未来的碱金属空气电池负极保护领域提供了新颖的视角.     

锂离子电池高电压电解液

开发高电压正极材料是发展高能量密度锂离子电池的重要途径之一。常规电解液在高电压下容易与正极材料表面发生副反应,影响高电压正极材料性能的发挥,因此,高电压电解液引起了人们广泛的关注。本文主要从新型溶剂体系和常规碳酸酯溶剂体系两方面对锂离子电池高电压电解液进行综述与评价,提出了现有电解液的不足及面临的问题。从电解液溶剂分子设计理论入手,分析了砜类溶剂、腈基溶剂和离子液体等新型溶剂作为高压电解液溶剂的优缺点,同时探讨了不同种类添加剂在常规碳酸酯溶剂体系中的作用机理。此外,本文还介绍了理论计算方法在锂离子电池高电压电解液研究中的应用,并对其在设计新型高电压电解液中的应用前景进行了展望。     

锂硒电池研究进展

锂硒电池因其高能量密度、高体积比容量和适中的输出电压等优点而成为备受关注的二次电池。然而,由于穿梭效应、较差的导电性、低活性物质利用率以及较快的容量衰减等问题,锂硒电池的实际应用受到了极大的阻碍。近些年,研究人员深入研究了锂硒电池的充放电机理,同时也探索了各种碳材料、金属化合物等新材料作为正极载体、中间层和电解液添加剂对于电化学性能的影响。本文系统地总结了锂硒电池的电极材料、中间层和添加剂等的研究进展,并且重点介绍了在充放电机理和系统优化方面的进步,以期为锂硒电池的进一步发展提供新的思路。