长寿命、高倍率(Li4Ti5O12-AC)/( LiMn2O4-AC)电池电容的制备及性能研究

以商业微米级锰酸锂(LiMn2O4)为正极,钛酸锂(Li4Ti5O12)为负极,分别与商业活性炭(AC)复合,组装成软包装电池电容样品并进行电化学测试。测试结果表明：当样品正负极均复合AC时,其电化学性能要优于只有正极复合AC和未复合AC的样品。其中,正负极活性炭复合比例为5 wt.%,负极与正极的理论容量比(N/P)为1.01时,电池电容样品拥有良好的倍率性能,且其在0.5 C时的放电比容量为56.4 mAh/g,5 C时的容量保持率为0.5 C的72.2%。此外,与未复合AC的样品相比,单体在5 C倍率下经2000次循环后的容量保持率仍有77.5%,远高于前者的30.4%。     

长寿命高倍率(Li_4Ti_5O_(12)-AC)/(LiMn_2O_4-AC)电池电容的制备及性能

以商业微米级锰酸锂(Li Mn2O4)为正极、钛酸锂(Li4Ti5O12)为负极,分别与商业活性炭(AC)复合,组装成软包装电池电容样品并进行电化学测试。测试结果表明,当样品正负极均复合AC时,其电化学性能要优于只有正极复合AC和未复合AC的样品。其中,正负极AC复合比例为5(wt)%,负极与正极的理论容量比(N/P)为1.01时,电池电容样品拥有良好的倍率性能,且其在0.5C时的放电比容量为56.4m Ah/g,5C时的容量保持率为0.5C的72.2%。此外,与未复合AC的样品相比,单体在5C倍率下经2000次循环后的容量保持率仍有77.5%,远高于前者的30.4%。     

熔融浸渍法合成单晶锰酸锂作为锂离子电池阴极材料(英文)

以二氧化锰和氢氧化锂为原料,通过熔融浸渍法合成具有尖晶石构型的单晶锰酸锂。前驱体β-MnO2以乙酸锰和过硫酸钠为原料通过水热反应合成。基于TGA/DTA测试,确定了单晶锰酸锂的煅烧温度为470℃预烧5 h,再升温至750℃保温12h。XRD,FTIR和SEM结果表明,合成的单晶锰酸锂具有均一的棒状结构以及良好的结晶性。电化学性能测试结果表明材料在0.1C倍率下充放电时,其首次放电比容量可达126 mAh·g-1,且在一百次循环之后容量保持率为91%。     

正硅酸乙酯对高电压镍锰酸锂基全电池电化学性能的影响

为了提高镍锰酸锂全电池的电化学性能,本文采用物理混合的方法在负极浆料中加入正硅酸乙酯(TEOS),并按m(TEOS)∶m(石墨)=0∶100、5∶100、10∶100、16∶100、20∶100的比例进行搅拌混合。 以镍锰酸锂为正极,石墨为负极,组装成502030型软包装锂离子电池,并对该电池进行恒流充放电和内阻等测试。 测试结果显示,0TEOS(m(TEOS)∶m(石墨)=0∶100)样品的电池内阻为159 mΩ,循环200圈后,容量保持率为52.6%,放电比容量为46 mA·h/g;16TEOS(m(TEOS)∶m(石墨)=16∶100)样品的电池为105 mΩ,65.7%和62.9 mA·h/g。 实验结果表明:通过物理混合的方法在负极浆料中加入TEOS,有利于在负极表面形成结构稳定的人工固体电解质膜(SEI膜),提高镍锰酸锂材料的循环和倍率性能。     

基于聚苯乙烯磺酸的锂金属负极界面保护层的设计

将聚苯乙烯磺酸(PSS)进行锂化处理后, 涂覆在锂箔表面, 在锂金属表面构筑一层均匀的聚苯乙烯磺酸锂(PSSLi)界面保护层, 形成PSSLi@Li复合电极. 通过红外光谱(FTIR)、 电化学阻抗谱(EIS)、 电池性能分析和有限元多物理场仿真模拟等方法, 对该复合电极进行了结构和性能研究. 结果表明, PSSLi界面保护层能有效地避免电解液与锂金属的直接接触, 抑制了“死锂”和锂枝晶的生成. 聚苯乙烯磺酸锂具有整齐排布的磺酸基团, 为锂离子提供了稳定的传输通道, 能够均匀化锂离子的迁移速率, 调节锂离子在电极表面的浓度分布, 并实现均匀的锂金属沉积/剥离. 电化学实验数据表明, 将该PSSLi界面层涂覆在铜箔表面进行库仑效率测试, 循环 350次实验后仍然能够保持在99.5%以上; 利用PSSLi@Li复合电极组装形成的对称电池, 在1 mA/cm²的电流密度、 1 mA·h/cm²的面积容量下, 能够稳定循环1200 h以上; PSSLi@Li与磷酸铁锂正极材料组装的全电池, 在1C倍率下循环500次后, 仍具有115 mA·h/g的容量, 容量保持率可达81%以上; 在8C的高倍率下, 该电池的容量可达到105 mA·h/g.     

熔融浸渍法合成单晶锰酸锂作为锂离子电池阴极材料

以二氧化锰和氢氧化锂为原料,通过熔融浸渍法合成具有尖晶石构型的单晶锰酸锂。前驱体β-MnO₂以乙酸锰和过硫酸钠为原料通过水热反应合成。基于TGA/DTA测试,确定了单晶锰酸锂的煅烧温度为470℃预烧5h,再升温至750℃保温12h。XRD,FTIR和SEM结果表明,合成的单晶锰酸锂具有均一的棒状结构以及良好的结晶性。电化学性能测试结果表明材料在0.1C倍率下充放电时,其首次放电比容量可达126mAh·g^-1,且在一百次循环之后容量保持率为91%。     

混合锂盐及添加剂对镍锰酸锂电池性能的影响

采用不同的锂盐体系(LiBF_4、LiPF_6、LiODFB)及添加剂(T、FEC)对镍锰酸锂锂电池进行电性能测试。考察了镍锰酸锂作为正极材料在不同的锂盐电解液体系及添加剂下电池的循环性能、循环伏安曲线、阻抗的研究。结果表明:噻吩作为添加剂时,少量添加对电池的循环性能的改变越好;FEC的添加不影响电池容量,可以较好的保持电池的循环容量率;LiODFB的加入可以使电池的循环伏安曲线都具有单一的氧化还原峰,并使电池具有较好的循环性能。     

锂离子电池Sn-SBA15负极材料的复合电镀制备及其性能

应用复合电镀法制备Sn-SBA15电极.充放电测试得其初始放电(嵌锂)容量,达到1075mAh/g.充电(脱锂)容量为630mAh/g,经过50周循环后充放电容量均保持在400 mAh/g以上.XRD分析表明,Sn-SBA15电极具有四方晶型锡结构;而SEM观察到电极表面的蜂窝状结构.交流阻抗谱结果显示,Sn-SBA15电极表面有SEI膜的生成.     

梯度包覆镍酸锂材料Li[Ni0.92Co0.04Mn0.04]O2的合成与研究

采用浓度梯度加料的方式,首先沉淀制备了核为Ni(OH)2、壳为镍钴锰氢氧化物浓度梯度包覆的复合前驱体,然后配锂高温焙烧,合成了梯度包覆的镍酸锂复合正极材料Li[Ni0.92Co0.04Mn0.04]O2。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,该材料具有良好的六方单相层状α-NaFeO2结构,呈类球型状。切面元素线扫描显示该材料的包覆壳层中主要金属元素呈梯度变化。同时该新型梯度包覆的镍酸锂复合正极材料表现出了优越的电化学性能:在25℃下,2.8~4.3 V充放电范围,0.1C首次放电比容量可达198.3 mAh.g-1,循环40次容量保持96.8%;1C和2C倍率下放电比容量可达175 mAh.g-1和165.1 mAh.g-1。55℃下,该材料首次放电比容量可达236.1 mAh.g-1,循环40次容量仍能保持77.5%。     

全氟烷基膦酸锂电解液的制备与性能研究

选取氯代二异丙基膦(C6H14PCl)为原料, 利用电化学氟化方法, 得到全氟烷基膦酸[(C3F7)2PF3], (C3F7)2PF3与氟化锂(LiF)反应得到全氟烷基膦酸锂(Li[(C3F7)2PF4]), 将其溶于碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)质量比为1∶1的混合溶剂中得到电解液, 考察电解液的电导率、抗水性及氧化分解电位. 以LiCoO2为正极, 锂片为负极组装两电极模拟电池体系, 测试得到电池的放电平台为3.7 V; 电池的首次放电比容量为107 mA•h•g－1; 当循环放电40次后, 容量衰减较快, 电池循环50周后, 效率仍保持102%. 交流阻抗图谱表明电解液放电时的阻抗约为140 Ω. 研究结果表明, 全氟烷基膦酸锂有望成为新型锂离子二次电池的电解质盐.     

担载纳米硅的锂-碳复合微球作为锂二次电池负极

金属锂由于其极高的理论比容量(3860mAh·g~(-1),2061mAh·cm~(-3))和低的还原电势(相对于标准氢电极(SHE)为-3.04 V)等特点,成为了高能量密度锂电池负极材料的极佳选择之一。从上个世纪七十年代开始,科研工作者便开始了金属锂负极的研究,然而,由于金属锂与电解液反应严重,镀锂过程体积膨胀大,且在循环中易生成枝晶,以金属锂为负极的电池循环稳定性差,而且容易短路从而带来安全隐患。因此金属锂做为锂电池负极的商业化推广最终没有成功。在本工作中,我们在前期设计的锂-碳纳米管复合微球(Li-CNT)中引入了纳米硅颗粒制备了硅颗粒担载的锂-碳复合球(LiCNT-Si)。实验发现,纳米硅颗粒的加入不仅提高了锂-碳复合微球的载锂量(10%(质量百分含量)的硅添加量使得比容量从2000 mAh·g~(-1)提高到2600 mAh·g~(-1)),降低了锂的沉积/溶解过电势,有利于引导锂离子回到复合微球内部沉积,大大提高了材料的循环稳定性。同时,担载了纳米硅颗粒的锂-碳复合球也继承了锂-碳复合微球循环过程中体积膨胀小,不长枝晶的优点。而且添加的纳米硅颗粒还填充了Li-CNT微球中的孔隙,减少了电解液渗入复合微球内部腐蚀里面的金属锂,进一步提高了材料的库仑效率。以添加10%硅的锂碳复合材料作为负极,与商用磷酸铁锂正极组成全电池,在常规酯类电解液中1C (0.7 mA·cm~(-2))条件下能稳定循环900圈以上,库仑效率为96.7%,大大高于同样条件下测得的Li-CNT复合材料(90.1%)和金属锂片(79.3%)的库仑效率。因此,这种通过简单的熔融浸渍法即可制备的,具有高的比容量和长的循环稳定性的锂硅-碳复合材料具有较大的潜能成为高能量密度电池的负极材料,尤其适用于锂硫、锂氧这种正极不含锂源的电池体系。     

Cu2SnSe3/CNTs Composite as a Promising Anode Material for Sodium-ion Batteries

Metal selenides as anode materials for sodium-ion batteries have attracted considerable attention owing to their high theoretical specific capacities and variable composition and structures.However,the achievement of long cycle life and superior rate performance is challenging for these selenide materials due to the volume variation upon cycling.Herein,a composite composed of a new binary-metal selenide[Cu2SnSe3(CSS)]and carbon nanotubes(CNTs)was constructed via a hydrothermal process followed by calcination at 600℃.Benefited from the unique structure of binary-metal selenide and the conductive network of CNTs,the Cu2SnSe3/carbon nanotubes(CSS/CNT)composite exhibits excellent electrochemical performance when used as an anode material for sodium-ion batteries.A reversible specific capacity of 399 mA·h/g can be maintained at a current density of 100 mA/g even after 100 cycles.This work provides a promising strategy for rational design of binary-metal selenides upon delicate crystal phase control as electrode materials.     

原位聚合表面修饰的金属锂负极

金属锂负极由于比容量高(3860 mAh·g^-1)及氧化还原电位极低(-3.04 V vs.标准氢气电极(SHE)),被认为是实现高能量密度锂电池的理想负极。然而,金属锂电极与电解液反应剧烈,且锂离子在电极表面沉积不均匀容易产生枝晶,导致其循环稳定性和安全性都较差,限制了其应用推广。我们前期通过构建金属锂-碳纳米管(Li-CNT)复合结构,极大的提高了金属锂的比表面积,降低了电极电流密度,从而有效地抑制了锂枝晶的生长,提高了金属锂电极的循环稳定性和安全性能。本工作在前期工作基础上,采用简单的液相反应,利用4-氟苯乙烯(FPS)对Li-CNT进行表面修饰并进行原位聚合,得到了表面富含氟化锂(Li F)保护层的Li-CNT(FPS-Li-CNT)。该表面修饰层能够有效抑制电解液和空气对Li-CNT的侵蚀,显著的提高了LiCNT电极的界面稳定性。FPS-Li-CNT与磷酸铁锂正极(LFP)组成的LFP||FPS-Li-CNT全电池,在正负极容量配比为1:6条件下,能够稳定循环280圈,库伦效率达到97.7%。     

Directly conversion the biomass-waste to Si/C composite anode materials for advanced lithium ion batteries

The necessity to explore high-efficiency and high-value utilization strategy for biomass-waste is desirable.Herein,the strategy for direct conversion biomass-waste(rice husks) to Si/C composite structure anode was built.The Si/C composite materials were successfully obtained via the typical thermal reduction with magnesium,and the Si nanopa rticle was uniformly embedded in carbon frame,as revealed by Raman,X-ray diffraction(XRD) and transmission electron microscope(TEM) measurement.The carbon structure among rice husks was effectively used as a protective layer to accommodate the volume variation of Si anode during the repeated lithiation/delithiation process.Benefitting from the structure design,the batteries show a superior electrochemical stability with the capacity retention rate above 90% after 150 cycles at the charge/discha rge rate of 0.5 C(1 C=600 mAh/g),and hold a high charge capacity of 420.7 mAh/g at the rate of 3 C.Therefore,our finding not only provides a promising design strategy for directly conversion biomass-waste to electrochemical storage materials but broadens the high-efficiency utilization method for other biomass by-products.     

石墨烯包覆天然球形石墨作为锂离子电池的负极材料，是否需要乙炔黑导电剂？

我们通过包覆炭化的方法制备得到了石墨烯包覆的天然球形石墨(G/SG)材料,并使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及多种电化学测试手段考察了不同石墨烯含量的复合材料的形貌结构及电化学性能。我们发现,在不添加乙炔黑(AB)的情况下,G/SG复合材料表现出较高的首次库伦效率,很好的循环稳定性和高倍率性能。当石墨烯包覆量为1%时,材料50次循环后的可逆容量可与添加10%AB的天然石墨电极(SG)等同;当石墨烯包覆量为2.5%时,材料的比容量完全高于添加10%AB的石墨电极。材料电化学性能的改善归因于石墨烯的包覆。一方面,石墨烯的柔软可变性可以保证天然石墨颗粒在充放电过程中的结构完整性,从而有效改善材料的循环稳定性;另一方面,石墨烯的存在提高了电极的导电性,促进更好导电网络的形成。因此,石墨烯包覆天然球形石墨材料中,石墨烯不仅是活性物质,也发挥导电剂的作用。当添加5%的乙炔黑时,在50 mA·g^-1电流循环50次后,5%G/SG电极的可逆容量从381.1 mAh·g^-1提高到404.5 mAh·g^-1,在1 A·g^-1电流时可逆容量从82.5 mAh·g^-1提高到101.9 mAh·g^-1,这表明G/SG电极仍然需要乙炔黑导电剂。乙炔黑颗粒填充在复合材料的空隙中,通过点接触的形式连接到G/SG颗粒,与石墨烯协同作用形成了更加有效的导电网络。尽管石墨烯包覆和乙炔黑添加对天然石墨电极具有积极的影响,例如增加了天然石墨电极的导电性和储锂性能(包括可逆容量,倍率性能和循环性能),但随着石墨烯或乙炔黑的增加,电极密度通常会降低。因此,在实际应用中应考虑石墨负极材料的质量和体积容量的平衡。这些结果对天然石墨的进一步商业应用具有重要意义。我们的工作为天然石墨电极在锂电池中的电化学行为提供了一种新的认识,并且有助于制备更高性能的负极材料。     

基于一体化正极与电解质膜的高性能固态电池

Lithium ion batteries (LIBs) are becoming the most popular energy storage systems in our society. However, frequently occurring accidents of electrical cars powered by LIBs have caused increased safety concern regarding LIBs. Solid-state lithium batteries (SSLBs) are believed to be the most promising next generation energy storage system due to their better in-built safety mechanisms than LIBs using flammable organic liquid electrolyte. However, constructing the ionic conducting path in SSLBs is challenging due to the slow ionic diffusion of Li ion in solid-state electrolyte, particularly in the case of solid-solid contact between the solid materials. In this paper, we demonstrate the construction of an integrated electrolyte and cathode for use in SSLBs. An integrated electrolyte and cathode membrane is obtained via simultaneous electrospinning and electrospraying of a polyacrylonitrile (PAN) electrolyte and a LiFePO₄ (LFP) cathode material respectively, for the cathode layer, followed by the electrospinning of PAN to prepare the electrolyte layer. The resultant integrated PAN-LFP membrane is flexible. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy measurement results show that the electrode and electrolyte are in close contact with each other. After the integrated PAN-LFP membrane is filled with a succinonitrile-bistrifluoromethanesulfonimide (SN-LiTFSI) salt mixture, it is paired with a lithium foil metal anode electrode, and the resultant solid-state Li|PAN-LFP cell exhibits limited polarization and outstanding interfacial stability during long term cycling. That is, the Li|PAN-LFP cell presents a specific capacity of 160.8 mAh∙g⁻¹ at 0.1C, and 81% of the initial capacity is maintained after 500 cycles at 0.2C. The solid-state Li|PAN-LFP cell also exhibits excellent resilience in destructive tests such as cell bending and cutting.     

利用原位氟化保护层改善三维锡锂合金/碳纸负极贫电解液下性能

金属锂具有最高的理论比容量(3860 mAh·g^?1)和最低的还原电势(?3.04 V),是新型高能量密度电池负极材料的最佳选择之一。然而由于金属锂负极表面自发生成的固态电解质界面(SEI)十分不稳定,导致锂枝晶的产生和电池容量快速衰减,严重限制了锂金属电池的商业化应用。因此,本工作利用碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(DTFEC)添加剂在三维锡锂合金/碳纸负极(SnLi/Cp)表面原位构筑了高机械强度和离子穿透性的含氟化物(LiF和SnF2)保护层,有效地改善了锂负极的倍率性能和循环稳定性。结果显示,SnLi/Cp对称电池在8 mA·cm^?2的电流密度下经过100次循环后过电位仅为90 mV。当将电解液降低到12μL(1.5μL·(mAh)?1)时,在5 mA·cm^?2的电流密度下对称电池仍具有优异的稳定性;SnLi/Cp||NMC811电池在1C(1.5 mA·cm^?2)条件下能稳定循环300圈以上,库伦效率高达98.1%。这种方法能够显著改善锂金属负极的循环稳定性,有助于实现高能量密度锂金属电池的实际应用。     

不同形貌氧化镍纳米材料的合成及其电化学性能

以水-乙二醇为溶剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用溶剂热法合成了NiO纳米片,NiO纳米薄片通过自组装形成花状结构。 改变反应温度和溶剂,制备了NiO纳米立方体颗粒和NiO纳米球形颗粒。 用合成的NiO纳米材料制备工作电极,在6 mol/L的KOH溶液中利用三电极体系进行了电化学性能测试。 在电化学性能测试中进行了循环伏安测试、恒电流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)测试。 结果表明,NiO纳米片的比电容最高(在电流密度为0.5 A/g时比电容值为402 F/g),倍率性能最佳(0.5 A/g增加至4 A/g时有80.1%的电容保持率)。 在电流密度为4 A/g时对NiO纳米片进行1000次恒流充放电循环测试,比电容损失了9.7%。     

亲锂的三维二硫化锡@碳纤维布用于稳定的锂金属负极

金属锂由于其高的比容量,低的电极电势和轻质等特点被认为是下一代高能量密度锂金属二次电池负极材料的最佳选择。然而,充放电循环中不均匀的锂沉积会导致严重的体积变化和大量的锂枝晶形成,从而影响了电池的库伦效率甚至会带来严重的安全隐患。为此,本文设计了一种亲锂的三维二硫化锡@碳纤维布复合基底材料,并作为集流体将其应用于金属锂电池上。一者,高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并且有效地降低局部电流密度,从而确保锂的均匀沉积。二者,表面修饰的SnS2层在锂沉积过程中可以形成Li-Sn合金界面层,诱导锂的沉积并降低过电势。最终,实验结果表明:使用所制备的复合集流体与金属锂搭配组成的半电池可以在5 mA·cm^-2的高电流密度下以>98%的库伦效率稳定循环100周以上。此外,在承载10 mAh·cm^-2的金属锂后,复合的锂负极无论是在对称电池还是与磷酸铁锂组装成的实际电池中,均可以在高的电流密度下实现稳定的循环。我们相信这一复合的集流体构建策略对于设计安全稳定的锂金属电池或器件具有重要意义。     

The fabrication of a colloidal gold-carbon nanotubes composite film on a gold electrode and its application for the determination of cytochrome c

Colloid Au (Au_nano) with a diameter of about 20 nm was prepared and used in combination with the multi-wall carbon nanotubes (MWNTs) to modify a gold electrode. Dihexadecylphosphate (DHP) dispersed in Au_nano aqueous solution was used to solubilize MWNTs. Deposition of Au_nano on MWNTs was realized as illustrated by TEM micrographs. The DHP formed a network that connected Au_nano and MWNTs to the gold electrode surface. The Au_nano–MWNTs–DHP composite film on the gold electrode surface was characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammmetry (CV). The composite film modified gold electrode was used to detect cytochrome c and a pair of well-defined redox waves was obtained. It was found that the composite film promoted the redox of horse heart cytochrome c and its effect was developed for the determination of cytochrome c.