单分散SiO2纳米颗粒复合凝胶电解质的应用

以单分散程度较高的SiO₂纳米颗粒(约130 nm)作为填料,聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)作为聚合物基质,采用简便的物理共混法制备出了一种单分散SiO₂纳米颗粒复合凝胶聚合物电解质(MCGPEs)并将其应用于锂电池中。扫描电镜结果表明,SiO₂纳米颗粒在聚合物基体中分散均匀。与传统凝胶聚合物电解质(GPEs)和商业SiO₂颗粒复合凝胶电解质(CGPEs)相比,MCGPEs有着更高的电解液吸液能力和离子电导率,并且具备更强的锂离子迁移能力。此外,使用MCGPEs作为电解质的锂电池,在1.0C下历经300次循环后仍然保持了121.1 mAh·g^-1的较高比容量,表现出了优异的循环性能。同时,其倍率性能也十分优异,在10C倍率下获得了135 mAh·g^-1的比容量,远高于GPEs锂电池(76.2 mAh·g^-1)。     

高压静电纺丝法制备P(VDF-HFP)聚合物电解质

以高压静电纺丝法制备了具有微孔结构的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]无纺布膜, 吸附离子液体3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐(EMIBF₄)后成为凝胶聚合物电解质, 其室温离子电导率达到8.43 mS•cm^－1, 初始热失重温度超过300 ℃. 以其为聚合物电解质的活性碳电极双电层电容器具有较好的电化学性能, 1.0 mA•cm^－2恒流充放电500次循环后仍保持 90.67 F•g^－1的比容量, 容量保持率为96.86%.     

纳米纤维素/MnO2自支撑锌离子电池正极的制备及其电化学性能研究

以羟基纳米纤维素为原料,利用其表面丰富的羟基还原KMnO 4,在纳米纤维表面原位生成MnO₂纳米颗粒,并与Super P混合,通过简单抽滤的方式获得CNF@MnO₂/Super P自支撑正极。结果表明:无粘结剂的CNF@MnO₂/Super P自支撑正极具有较高的循环稳定性,在0.5 A·g^-1的电流密度下,循环800圈后,容量仍能达到247 mAh·g^-1;均匀分布的纳米MnO₂与Super P能够有效缩短离子和电子扩散路径,大大降低材料的电阻,使正极具有良好的倍率性能,在2 A·g^-1的电流密度下,循环300圈之后,电池容量仍保持在175 mAh·g^-1,库仑效率~99%;利用该正极良好的延展性,制备了软包电池,并表现出了较高的循环稳定性和容量保持率,该工作为柔性无粘结剂的水系Zn-MnO₂二次电池的设计开发提供了新的研究思路。     

壳聚糖单体溶胶凝胶煅烧合成LiFePO4/C正极

本文以壳聚糖单体为碳源兼凝胶剂,利用溶胶-凝胶煅烧合成了锂离子电池LiFePO₄/C正极材料,使用XRD和SEM对合成的材料进行表征. 用恒电流充放电测试了LiFePO₄/C电极的电化学性能,当壳聚糖单体与LiFePO4摩尔比为1:1.2时,600 ^oC煅烧的LiFePO4/C电极性能最佳,其粒径分布均匀（200 ～ 400 nm）,该电极0.2C倍率放电比容量为155 mAh.g^-1,30周期循环放电比容量仍保持152 mAh.g^-1,库仑效率为97.9 %.     

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、高安全场合应用。为此,本文系统研究了LiNbO₃薄膜的电化学性能,结果表明:LiNbO₃薄膜呈现高比容量(410.2 mAh·g^-1)、高倍率(30C时比容量80.9 mAh·g^-1)和长循环性能(2000圈循环后的容量保持率为100%),以及高的室温离子电导率(4.5×10^-8 S·cm^-1)。在此基础上,基于LiNbO3薄膜构建出全固态薄膜锂离子电池Pt|NCM523|LiPON|LiNbO₃|Pt,其展现出较高的面容量(16.3μAh·cm^-2)、良好的倍率(30μA·cm^-2下比容量1.9μAh·cm^-2)及长循环稳定性(300圈循环后的容量保持率...     

聚阴离子单离子导体凝胶电解质的制备及其在锂离子电池中的应用

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与Li₂CO₃反应制得AMPSLi单体,以(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)为基膜条件进行原位聚合,加入乙二醇二甲醚(DME),1,3-二氧戊烷(DOL)作为增塑剂,制备了一种聚阴离子单离子导体凝胶电解质。采用电化学工作站进行电化学稳定窗口与迁移数表征。结果表明：单离子导体凝胶电解质具有2~4.5 V的宽电化学稳定窗口以及高达0.74的锂离子迁移数。采用磷酸铁锂（LFP）作正极,金属锂作负极,PVDF-HFP-PAMPSLi单离子导体作为电解质组装电池。在不加入锂盐时,电池在2C电流密度下具有125 mAh·g^-1的高比容量和超过500次的循环次数;在5 C的高电流密度下具有100 mAh·g^-1的比容量与超过300次的稳定循环能力,并保持接近100%的稳定库伦效率。      

“Water-in-salt”聚合物电解质制备及其电化学性能研究

为提高柔性锂离子电池安全性和循环稳定性能,本实验以自由基聚合结合冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜为电解质载体,引入21 mol·kg^-1 LiTFSI 高浓度电解液,得到“water-in-salt”聚合物电解质。通过聚合物膜的形貌和孔道结构表征,红外光谱分析,离子电导率及电化学稳定窗口测试等对其基本物化特性进行了研究。冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜内部具有大量微孔结构,有利于电解液的载入。将该吸附了电解液的聚合物电解质膜与锰酸锂(LiMn₂O₄)正极和磷酸钛锂(LiTi₂(PO₄)₃)负极组装全电池进行充放电性能测试。结果表明,制得的柔性聚合物电解质具有良好的拉伸性能,高离子电导率(20°C,4.34 mS·cm^-1)和宽电化学稳定窗口(3.12 V)。以“water-in-salt”聚合物电解质为隔膜组装的LiMn₂O₄||LiTi₂(PO₄)₃ 全电池表现出优异的倍率性能和长循环稳定性。     

含溴化铈的聚合物电解质在锂氧电池中的应用

采用溶液浇注法制备了含有溴化铈(CeBr₃)的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基聚合物电解质,使其在锂氧(Li-O₂)电池中的稳定性得到提升。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)对Li-O₂电池循环后的极片和电解质进行形貌和成分分析;用电化学工作站和电池测试系统对Li-O₂电池进行电化学性能测试;研究了CeBr₃对聚合物电解质稳定性的增强作用。以放电终压下降至2 V为标准,当电流密度为500 mA/g、比容量为1 000mA·h/g时,传统PVDF-HFP基聚合物电解质的Li-O₂电池可循环47圈,而PVDF-HFP-CeBr₃基聚合物电解质的Li-O₂电池可循环长达112圈。     

硫酸盐功能电解液增强水系钠离子电池NaTi2(PO4)3/C负极材料电化学性能的研究

水系钠离子电池具有钠资源丰富、成本低廉、安全可靠、维护简单等特点,在可再生能源规模储存领域具有重要应用前景。NASICON型NaTi₂(PO₄)₃具有可逆容量高、工作电位低、离子传输快等优点,是目前最受关注的水系钠离子电池负极材料。但是,该材料在传统的水系电解液中结构不稳定,循环性能不足。本论文通过调控Na₂SO₄浓度和引入MgSO₄添加剂,构建了一种新型硫酸盐功能电解液(2 mol·L^-1 Na₂SO₄ + 0.3 mol·L^-1 MgSO₄)。该电解液能够显著增强NaTi₂(PO₄)₃/C材料在充放电循环过程中的结构稳定性,从而提高其电化学可逆性和稳定性。电化学测试表明,NaTi₂(PO₄)₃/C基于该电解液在100 mA·g^-1条件下的可逆容量为93.4 mAh·g^-1,循环100次后容量保持率高达96.5%;基于该电解液构建的Na₂Ni[Fe(CN)₆]|NaTi₂(PO₄)₃/C电池可以稳定循环500次以上。本论文结合XRD、XPS等技术讨论分析了该电解液的功能作用机制,其研究结果为设计低成本高性能水系钠离子电池提供了新思路和实验基础。     

水系锌电池Se@Zn负极的制备及性能

采用原位化学反应策略,在Zn电极表面生长出Se单质,通过XRD、XPS、SEM和能谱表征,结果表明Se在Zn电极表面的成功合成,且Se在锌电极表面均匀分布。将Se@Zn电极和裸Zn电极分别组装为对称电池和以MnO₂为正极的全电池进行性能比较,结果表明,Se@Zn对称电池在1 mA/cm²下可以运行1000小时以上,并保持27 mV的极化电压。Se@Zn||MnO₂全电池在2 A/g电流密度下容量为136 mA·h/g,在1000次循环后,Se@Zn||MnO₂全电池仍接有近100%的库仑效率,容量保持率为88%。     

三维结构Li6.28La3Zr2Al0.24O12增强聚氧化乙烯基固态电解质的性能研究

通过牺牲模板法制备了一种三维框架Li_6.28La₃Zr₂Al_0.24O₁₂(3D-LLZAO)无机电解质,并将其用于构建聚氧化乙烯(PEO)基复合固态电解质膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理表征及电化学阻抗谱(EIS)、线性扫描伏安(LSV)和充放电循环等电化学测试方法研究了PEO基固态电解质的性能.结果表明加入10%(w) 3D-LLZAO的PEO基复合固态电解质CPE-10具有较小的体电阻、较宽的电化学稳定窗口.复合电解质CPE-10室温下离子电导率为1.58×10-4 S·cm^-1,锂离子迁移数为0.26.利用复合固态电解质组装的锂锂对称电池可在室温下0.05 mA·cm^-2的电流密度条件下稳定循环1600 h.以磷酸铁锂(LFP)为正极组装的LFP/CPE-10/Li电池在0.5 C倍率下初始放电比容量为155.6m Ah·g^-1,循环100次后容量保持率为86%.     

PEO基聚合物电解质及其锂硫电池性能研究

锂硫电池由于具有高的理论比能量引起了广泛关注,然而传统液态锂硫电池由于多硫化物的“穿梭效应”以及安全问题而限制了其应用,全固态锂硫电池可显著提高电池安全性能并有望解决多硫化物的穿梭问题. 本文采用传统的溶液浇铸法制备了具有不同的[EO]/[Li⁺]的PEO-LiTFSI聚合物电解质,并将其应用于锂硫电池. 研究发现,虽然[EO]/[Li⁺] = 8的聚合物电解质具有更高的离子电导率,但是[EO]/[Li⁺] = 20的电解质与金属锂负极间的界面阻抗更低,界面稳定性更好. Li|PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)|Li对称电池在60 °C,电流密度为0.1 mA·cm^-2时可稳定循环超过300 h,而Li|PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)|Li对称电池循环75 h就出现了短路现象. 基于PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)电解质的锂硫电池首圈放电比容量为934 mAh·g^-1,循环16圈后放电比容量为917 mAh·g^-1以上. 而基于PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)电解质的锂硫电池,由于与锂负极较低的界面稳定性不能够正常循环,首圈就出现了严重过充现象.     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2单晶的简易制备及其电化学性能

以Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2(OH)₂和LiOH·H₂O为前驱体,在LiOH·H₂O不过量的条件下,采用简单的固相焙烧法,在910℃下制备出单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)。所得材料无需水洗、烘干、退火等处理,可直接用于电极浆料的制备。电化学测试表明,所得NCM622单晶具有较高的比容量和优异的循环稳定性。在0.1C电流下的首次放电比容量达到181.2 mAh·g^-1,0.3C下的首次放电比容量为174.4 m Ah·g^-1。在0.3C的电流密度下,经过300次循环,放电比容量为150.7 mAh·g^-1,容量保持率为86.4%,经500次循环后,放电比容量仍有141.2 mAh·g^-1,容量保持率为81.0%。该电化学性能优于850℃下焙烧的多晶NCM...     

低成本铝离子电池电解液的设计及应用

可充电铝离子电池由于高体积/质量比容量、高安全性、环保等优点被认为是非常具有前景的下一代储能电池。然而广泛使用的AlCl₃/EMImCl离子液体电解液由于具有一定毒性和高昂的价格制约着铝离子电池的进一步应用。基于此，通过效率和稳定性测试筛选四种不同的低成本尿素基配体，选择了性能最好的AlCl₃/1,3-二甲基脲作为铝离子电池的电解液。最后以人造石墨作为正极组装了全电池。该电池在50 mA·g^-1的电流密度下实现了91.1 mAh·g^-1的高比容量，并能够稳定循环超过100圈，容量保持率高达95.8%。     

热塑性聚氨酯基聚合物电解质的制备与表征

采用非溶剂诱导相转化法（NIPS）制备了热塑性聚氨酯/醋酸纤维素（TPU/CA）新型聚合物隔膜。然后,将隔膜浸入液体电解质中得到TPU/CA凝胶聚合物电解质（GPEs）。研究TPU与CA的质量比对GPEs性能的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重（TG）、差示扫描量热（DSC）、线性扫描伏安（LSV）、电化学阻抗（EIS）等对TPU/CA膜进行表征。结果表明,在共混隔膜中引入CA可以降低TPU的结晶度,增加隔膜的吸液率。其中,室温下TPU/CA = 7/3基电解质的离子电导率为1.04 mS·cm^-1,电化学窗口为5.1 V(vs. Li/Li⁺)。组装的电池LiFePO₄/TPU/CA/Li在0.5 C循环100次后,仍具有较高的放电比容量和较好的容量保持率,具有良好的循环稳定性。这些结果表明,这种新型的TPU/CA共混GPEs是锂离子电池的理想选择。     

旋涂法制备PEO-PAN-PMMA三组分共混凝胶聚合物电解质

随着新能源产业和储能产业的快速发展,二次电池的安全性和能量密度要求越来越高.而传统的液态锂电池使用易燃的电解液,所以存在较大的安全隐患.因此固态锂电池由于其较高的安全性和能量密度受到越来越多人的关注.目前困扰固态电池应用的主要问题是其离子电导率和电极电解质界面问题.固态电解质是固态电池的关键材料.因此开发高离子电导率的固态电解质是开发固态电池的关键.在本工作中,作者成功通过旋涂法制备聚乙二醇-聚丙烯腈-聚甲基丙烯酸甲酯（PEO-PAN-PMMA）凝胶电解质.PEO-PAN-PMMA聚合物薄膜为均匀透明的,具有较高的吸附率,且热稳定性较好,在380℃下保持稳定.通过浸泡电解液可以得到性能优异的凝胶电解质.该凝胶电解质具有较高的离子电导率,室温离子电导率为0.4 mS/cm,而且电化学窗口较宽,在0～4.2 V之间化学性能较为稳定,界面稳定性较好.组装成Li//PEO-PAN-PMMA凝胶电解质//LiCoO₂电池之后,正极首圈放电容量为129.8 mAh/g,循环100周,正极放电容量剩余119.51 mAh/g,在0.1 C、0.2 C、0.5 C和1 C倍率下循环,正极放电容量分别为129.8 mAh/g,99.5 mAh/g,86.1 mAh/g和64 mAh/g.     

LiV3O8在Li2SO4水溶液中的电化学性能

采用低温固相法合成了具有纳米结构的LiV₃O₈材料.扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）测试显示该材料具有纳米结构.X射线衍射（XRD）表明该材料属于单斜晶系,P2₁Im空间群.并采用循环伏安法（CV）及电化学阻抗谱图测试对该材料在1、2 mol·L^-1Li₂SO₄水溶液及饱和Li₂SO₄水溶液中的电化学行为进行了研究.结果表明,LiV₃O₈在饱和Li₂SO₄水溶液中具有最好的电化学性能.以LiV₃O₈作为负极材料,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂作为正极材料,饱和Li₂SO₄水溶液作为电解液组成了水性锂离子电池,进行恒流充放电测试,结果表明,在0.5C(1C=300 mA·g^-1)的充放电倍率下,该水性锂离子电池的首次放电比容量为95.2 mAh·g^-1,循环100次后仍具有37.0 mAh·g^-1的放电比容量.     

过充保护添加剂氰基功能化2, 5-二叔丁基对苯二酚的合成及其在锂离子电池中的应用

设计合成了单氰基功能化的2, 5-二叔丁基-1-（β-氰基乙氧基）-4-甲氧基苯（RS-MCN）和双氰基功能化的2, 5-二叔丁基-1, 4-（β-氰基乙氧基）苯（RS-DCN）,并用作氧化还原过充添加剂开展了其在锂离子电子中的应用研究。通过丙烯氰和2, 5-二叔丁基对苯二酚的迈克尔加成反应可高效合成RS-MCN和RS-DCN,氰乙基取代后的过充保护添加剂分子的可逆氧化还原电位分别为4.02、4.08 V（vs Li/Li⁺）;并且单氰基取代的RS-MCN在商业碳酸酯电解液1 mol·L^-1 LiPF6/EC+DEC+EMC（1：1：1,体积比）中的溶解度可高达0.3 mol·L^-1。RSMCN和RS-DCN对LiFePO₄/Li电池的过充保护性能和电极相容性也进行了深入的研究,实验结果表明：RSMCN具有更好的过充保护性能和电极相容性,其5 V截止电压过充保护时间可超过1200 h,100%过充保护大于90周循环;0.3 mol·L^-1 RS-MCN的添加能使100%过充的LiFePO₄/Li电池在2.5C倍率条件下正常循环,其放电比容量达153.5 mAh·g^-1。此外,RS-MCN的添加对LiFePO₄/Li电池在2.5-3.8 V条件下的循环性能有明显改善,添加有RS-MCN的电池在60周的循环后容量保持率高达94.4%,而商业电解液的电池在60周循环后的容量保持率降至84.3%。因此,氰基功能化RS-MCN是一类具有潜在应用前景的过充保护添加剂。     

P-Bi2Te3/MXene超结构钾离子电池负极制备及其性能

Bi₂Te₃钾离子电池负极存在结构不稳定性和电化学反应动力学缓慢问题。本研究在手风琴状MXene基底上生长棒状Bi₂Te₃,随后利用P掺杂制备了高性能P-Bi₂Te₃/MXene超结构。这种新型负极具有丰富的Te空位和良好的自适应特性,展现出优异的循环稳定性(在0.2 A·g^-1电流密度下200次循环后可逆容量为323.1 mAh·g^-1)和出色的倍率能力(20 A·g^-1时可逆容量为67.1 mAh·g^-1)。动力学分析和非原位表征表明,该超结构具有优异的赝电容特性、出色的K⁺离子扩散能力以及可逆的嵌入反应和转化反应机理。     

硫化物固态电解质Li10GeP2S12与锂金属间界面稳定性的改善研究

通过N-丁基-N-甲基哌啶双（氟磺酰）亚胺盐离子液体和双（氟磺酰）亚胺锂盐修饰了Li|Li₁₀GeP₂S₁₂界面，并研究了界面的改性效果.研究结果表明，在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜（SEI），具有一定流变性的离子液体可渗透到Li₁₀GeP₂S₁₂晶粒内部；在0.1 mA/cm²的电流密度下，界面改性后的Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|Li对称电池可稳定循环1500 h以上，极化电压仅为30 mV.在2.5~3.6 V电压范围内，Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|LiFePO₄电池在0.2C倍率下充放电循环的首次放电比容量为148.1 mA·h/g，库仑效率为95.8%，经过30次循环后容量保持率为90.1%.