锂离子电池富锂过渡金属氧化物xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(M=Ni,Co或Mn)正极材料

作为下一代高比能锂离子电池正极材料的有力竞争者,富锂过渡金属氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co或Mn)相对于传统的锂离子电池正极材料而言,具有比容量高的显著优势(可超过300mAh/g),因此近年来得到了广泛关注。本文对富锂过渡金属氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co或Mn)近几年的研究进展进行了总结,对该类材料的晶体结构特征以及首次充放电机理、不同合成方法的发展以及电化学性能的改善进行了评述,并对这类材料今后的发展方向提出了思考。     

氧化还原媒介体分子调控锂-硫电池硫正极性能研究进展

锂-硫(Li-S)电池具有较高的理论比容量(约1 675 mAh·g^-1)和能量密度(约2 600 Wh·g^-1),被认为是继锂离子电池之后最有前途的下一代高能量密度电池.Li-S电池在实现产业化之前需要克服硫正极诸多技术瓶颈,主要有硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应与硫电极体积膨胀等.本文着重梳理了氧化还原媒介体分子在硫正极改性研究上的进展,并对硫正极的未来发展趋势进行了展望.     

金属并联电解制备LiCo_xNi_(1-x)O_2正极材料

应用钴、镍金属并联电解法制备锂离子电池正极材料.电解反应时,调节流过钴、镍电极上的电流比值及控制合适的电流密度,可生成均匀的CoxNi1-x(OH)2前驱体.研究表明,该法简单且无污染.合成的LiCo0.3Ni0.7O2正极材料充放电的容量较高,循环稳定性也较好,其初始放电容量为163mAh/g,经过50次充放电循环后放电容量仍可保持140mAh/g.     

高镍三元正极材料的表面包覆策略

锂离子电池(LIBs)因具有更高的重量/体积能量密度、 更长的使用寿命、 更低的自放电率等优点而逐渐被广泛应用. 相比于已经广泛使用的钴酸锂和磷酸铁锂等正极材料, 高镍三元正极材料Li[Ni_1-x-yCo_xMn_y]O₂(NCM)以其高电压和高容量等优点, 逐渐成为下一代高能锂离子电池的首选正极材料之一. 尽管高镍NCM正极材料具有上述优点, 但在进一步的实际应用前还需解决其循环稳定性、 倍率性能和安全性等问题, 这些问题主要源于NCM材料本身的晶体结构不稳定、 正极-电解液间界面副反应及高界面电阻等. 针对这些问题, 目前对高镍NCM正极电化学性能优化的大量研究都与电极-电解液界面有关, 如何通过改善界面稳定性、 增加离子在固液界面的迁移率、 抑制界面副反应、 提高正极材料的稳定性进而改善电池性能成为了关注焦点. 本文总结了目前对于其电化学性能衰减的机理解释, 分类概括了包括电化学惰性包覆锂、 残积物清除剂包覆和锂离子良导体包覆等对于高镍NCM正极材料的颗粒表面包覆策略, 简述了一些新兴的包覆策略, 并对高镍NCM正极材料的发展方向和前景提出了展望.     

锂离子蓄电池正极材料LiNi0.8 Co0.2 O2的制备及其电化学性能

用高温固相反应和氧化还原溶胶凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2,并对其进行了电化学性能考察。结果显示,氧化还原溶胶凝胶法制备的锂离子电池正极材料的综合性能较高温固相法好。     

锂 - 氧化铜电池及其反应机理

本文研究了Li/CuO电池和Li/CuO电池的一般放电行为,着重探讨了它们的反应机理。X射线衍射分析、ESR分析、XPS分析和循环伏安试验等结果表明,电池反应的实质是锂在正极内进行电化学嵌入反应,并在一定嵌入度后因Cu—O键断裂而析出金属铜。其化学反应式可表达为: xLi+CuO(Cu_2O)→Li_xCuO(Li_xCu_2O)(a) x_1Li+Li_xCuO(Li_xCu_2O)→ Li_(x+x_1)Cu_(1-y)O(Li_(x+x_1)CU_(2-y)O)+yCu (b) 用电化学暂态方法测得嵌入锂离子在正极内部的化学扩散系数约为2×10~(-12)cm~2·s~(-1)(室温),该值与在Li_xWO_3和Li_xTiO_2中的相近,与实际电池的放电速率是一致的。     

金属单原子催化剂增强硫正极动力学的研究进展

单质硫具有理论能量密度高(2600 Wh·kg-1)、放电比容量高(1672mAh·g-1)、成本低等优势,是锂硫电池的理想正极材料。然而,在充放电过程中硫正极迟缓的反应动力学显著地限制了锂硫电池的性能。金属单原子催化剂(SMACs)具有独特的电子结构、金属含量低、理论上100%的原子利用率、催化活性高等优势,其不仅有效地促进了不同中间相的转化反应,而且可为含硫物质提供丰富的锚定位点,从而显著优化硫正极氧化还原反应动力学、多硫化物的穿梭行为和锂硫电池电化学性能。本文以剖析金属单原子催化剂与硫正极间的相互作用为出发点,结合其催化效应表征技术,重点解析了不同类型单原子催化剂的构筑策略、活性调控及其优化硫正极氧化还原行为的机制,展望了金属单原子催化剂在锂硫电池领域面临的挑战和未来发展方向。     

Al掺杂的锂离子电池层状正极材料Li(Li0.17Ni0.17Al0.04Fe0.13Mn0.49)O2结构稳定性及氧离子氧化的理论研究

锂离子电池(LIB)正极材料比容量及结构稳定性的提高是提升电池整体性能的重要因素. 本工作选取层状无钴正极材料Li(Li_0.17Ni_0.17Al_0.04Fe_0.13Mn_0.49)O₂ (LNAFMO)为研究对象, 使用GGA (generalized gradient approximation)+U (Hubbard U value)方法研究了体系在充电时几何和电子结构变化、氧释放焓、脱锂形成能和脱锂电压. 研究结果表明, 充电时LNAFMO体系首先Ni氧化, 然后Fe氧化, 最后O氧化. 与未掺杂Al的Li(Li_0.17Ni_0.17Fe_0.17Mn_0.49)O₂ (LNFMO)体系不同的是, 除具有线性Li-O-Li和Fe-O-Li构型的氧离子更容易给出电子外, 具有线性Al-O-Li构型的氧离子也参与电荷补偿, 并且氧离子具有很强的活性, 这将避免参与氧化的氧离子过分集中, 有利于结构的稳定; Al的掺杂能进一步抑制氧的释放, 这将提升体系的结构稳定性和电池循环性能. 该研究为设计一种低经济成本、循环性良好、高能量密度的锂离子电池正极材料奠定了坚实的理论依据.     

微波诱导等离子体技术制备rGO@S复合正极及其在高倍率锂硫电池中的应用

锂硫电池具有高能量密度、低成本和环境友好等优势,有望满足市场日益增长的需求。然而,其正极材料中的活性物质硫存在溶解穿梭等问题,限制了锂硫电池的大规模应用。本文利用氧化石墨(GO)作为碳源、升华硫作为硫源,通过微波诱导等离子体技术(MIP)快速高效(30-40 s)地制备得到了还原氧化石墨烯负载硫纳米颗粒锂硫电池复合正极材料(rGO@S),其中,rGO褶皱卷曲、相互连接的层片状结构,有利于电解液中的锂离子向电极材料中扩散和迁移,同时有利于提高电极材料的导电性,且rGO上的含氧官能团也能够起到对硫纳米颗粒的固定作用,有利于电极材料循环稳定性的提升。得益于其独特的形貌结构,rGO@S在电池测试中表现出优异的倍率性能和良好的循环稳定性。在0.1 A·g^-1的电流密度下,rGO@S的可逆比容量为1036 mAh·g^-1,当电流密度增大到8 A·g^-1其可逆比容量仍高达832 mAh·g^-1,且经过8 A·g^-1的超大电流密度充放循环,当电流密度回到0.1 A·g^-1...     

动力型锂离子电池富锂三元正极材料研究进展

随着电动汽车、智能电网以及大规模储能领域的快速发展,对作为储能设备的锂离子电池的各项性能指标,如能量密度和功率密度等,提出了更加苛刻的要求。因此,开发稳定性好、比容量高的新型正极材料是进一步提高锂离子电池能量密度的关键。富锂三元正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li Mn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(0.1≤x≤0.5)具有工作电压高、比容量高、环境友好等优点,引起了广大科研工作者的高度关注和广泛研究。本文就此类新型富锂三元正极材料的研究进展进行了总结,对该类材料的晶体结构特征以及首次充放电机理、电化学性能的改善等进行了评述,并对其未来的发展方向进行了展望。     

高倍率性能正极材料LiFe_(0.9)Mg_(0.1)PO_4的结构

应用高温固相反应合成锂离子电池正极材料LiFePO4和LiFe0.9Mg0.1PO4.不同浓度的K2S2O8水溶液氧化LiFe0.9Mg0.1PO4制备部分脱锂两相混合物Li0.4Fe0.9Mg0.1PO4及完全脱锂单相化合物Li0.1Fe0.9Mg0.1PO4.X射线衍射物相分析(XRD),选区电子衍射(SAED)和高分辨原子图像(HRTEM)测试表明,脱锂相Li0.1Fe0.9Mg0.1PO4是单相化合物,没有发生相分离.点阵参数计算表明,LiFe0.9Mg0.1PO4体系嵌锂相和脱锂相的晶格错配度与LiFePO4体系相比有所降低,这正是锂离子电池正极材料LiFe0.9Mg0.1PO4具有高倍率循环充放电比容量的结构基础.     

锂硫电池中的催化作用

锂硫电池理论能量密度高达2600 Wh·kg-1,单质硫的理论容量可达1675 mAh·g-1,远高于商业化的锂离子电池正极材料,但多硫化锂的"穿梭效应"等问题对其性能影响严重.目前研究主要采用基于"阻挡"的物理限制和化学吸附策略将多硫化锂限制在正极侧.而基于"疏导"的催化转化策略则通过加快氧化还原反应动力学,在抑制"...     

层状Li(Ni1-xCox)O2结构研究

0引言层状钴酸锂是目前锂离子电池主要正极材料,但是,随着锂离子电池的广泛使用,急需比钴酸锂价格低和来源广泛的正极材料,层状锰酸锂和层状镍酸锂受到重视。由于锰氧化物存在有J-T效应,因此,严格意义上的层状锰酸锂的制备极其困难。制备层状镍酸锂也非常困难,高温反应极易生成Li1-xNi1 xO2,具有此种结构的镍酸锂存在严重首次能量衰减和循环性能下降的缺点。采用其他元素掺杂镍酸锂克服其缺点的研究已经很多,其中钴掺杂镍酸锂由于显示了良好的效果而被认为是最有希望替代钴酸锂的锂离子电池正极材料。有关层状镍钴酸锂的研究很多,但不少的…     

水合肼对锂离子正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响

以NiSO4和MnSO4为原料,在用共沉淀法经二次干燥制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体时,加入水合肼进行还原处理.实验结果发现:经还原处理的前驱体制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的充放电比容量远远高于同样条件下不经水合肼还原处理的前驱体制备的正极材料的充放电比容量,而且处理前驱体制备的正极材料在高倍率放电条件下电化学行为更好.粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明,用还原剂水合肼处理的前驱体合成的样品为单一的尖晶石结构,晶粒呈规则的八面体形貌,没有杂质相,而未处理前驱体合成的样品则含有少量的杂质相.这种杂质相是在前驱体的制备过程中由于Mn(OH)2被O2氧化而形成难溶Na0.55Mn2O4.1.5H2O化合物,最终转变为Na0.7MnO2.05.     

富锂锰基材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(x=0.3,0.5,0.7)的电化学和同步辐射研究

采用共沉淀的方法,以过渡金属硫酸盐为起始物质制备了一系列不同组成的富锂锰基正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(x=0.3,0.5,0.7),通过XRD、Rietveld精修等物理手段比较了不同组成材料的结构特征.通过对比不同比例材料的首周库仑效率、放电可逆容量、循环性能、电压降现象及不同温度下各比例富锂材料的倍率表现等电化学性能,确定0.5Li_2MnO_3·0.5LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2为该系列材料的最优比例.然后采用原位X射线吸收谱技术,对富锂材料在首周活化过程中的机理进行了研究.同步辐射结果表明,在首周充电过程中,镍和钴的价态分别从+2、+3价氧化到+4价,而对于锰来讲,虽然在富锂锰基材料活化的过程中其周围的局域电子结构发生了一定的变化,但是其化合价始终维持在+4价没有发生变化.     

纳米硅担载提高锂-碳复合负极的电化学性能

<正>1背景介绍金属锂作为锂离子电池负极,具有极高的比容量和极低的还原电势,也可和不含锂源的正极材料搭配做成如锂-硫,锂-氧气等电池,是发展下一代高能量密度电池的关键材料。从上个世纪七十年代开始,研究者们就开始了金属锂负极的研究~(1–3)。     

富锂正极材料xLi_3NbO_4·(1-x)LiMO_2(M=Mn,Co;0<x<1)的制备及电化学性能研究

采用高温固相法合成了含铌富锂材料xLi_3NbO_4·(1-x)LiMnO_2(0x1),研究了Li_3NbO_4含量对其结构和性能的影响.X射线衍射分析结果表明当x取值在0.25~0.67之间时可得到纯相固溶体材料,属立方晶系,为Fm-3m空间群.x=0.25和x=0.43的材料具有较好的电化学性能,首次放电容量可达216 mAh·g~(-1),但是两者都表现出明显的电压衰退,x=0.43的材料由于含有更多的Li_3NbO_4组分,电压衰减的情况得到了抑制.x=0.43材料的非原位XPS和XAFS研究表明,其充电过程分为两个阶段,4.3 V以下的阶段发生的电化学过程是脱出Li~+同时Mn~(3+)被氧化到Mn~(4+),4.3 V以上的阶段则由O~(2-)的氧化来提供电荷补偿.通过对x=0.43的样品进行钴掺杂,考察了钴掺杂对0.43Li_3NbO_4·0.57LiMn_(1-y)Co_yO_2(y=0.25,0.5)结构和性能的影响.研究表明钴掺杂改善了材料电导,降低了电极传荷阻抗,从而提高了材料倍率性能,同时保持了较好的循环稳定性.     

石墨烯增增强锂离离子电池池铝箔集流流体的抗抗腐蚀性性

正锂离子电池广泛应用在手机、笔记本电脑以及电动汽车等领域~(1,2)。提升锂离子电池性能是当今储能领域的研究的热潮。尽管材料体系千变万化,集流体是锂离子电池不可或缺的组成部分,起着沟通外部电路与内部电化学反应的重要作用~(3,4)。集流体材料必须满足稳定性高、导电性高、轻质高强、价格低廉等要求。目前,铜箔和铝箔分别是商业化锂离子电池常用的正极和负极集流     

Li3Fe2(PO4)3正极材料的制备及电化学性能研究

本文以本文通过高温固相反应合成了Nasicon型的Li_3Fe_2(PO_4)_3电极材料。XRD结果显示850℃烧结得到的Li_3Fe_2(PO_4)_3结晶性最好。为了优化Li_3Fe_2(PO_4)_3电极的性能,使用行星球磨将制备得到的Li_3Fe_2(PO_4)_3与乙炔炭黑混合均匀,得到了Li_3Fe_2(PO_4)_3/C复合正极材料。扫描电镜照片显示,球磨后活性材料的颗粒尺寸明显减小,而且更加均匀。对于Fe~(3 )/Fe~(2 )的氧化还原电对,恒电流充放电测试和伏安循环法揭示Li_3Fe_2(PO_4)_3/C复合正极材料再放电过程中在2.8和2.7V具有两个电压平台。样品球磨后,与800℃和900℃烧结得到的Li_3Fe_2(PO_4)_3相比,850℃烧结得到的材料具有更好的可逆性和更高的容量保持性,而且它的比容量在初始循环以C/20的倍率放电可以达到92 mAhg~(-1)以及在结束时的循环以C/10的倍率放电还具有62 mAhg~(-1)。     

2,2'-双氨基苯氧基二硫化物及其聚合物的合成研究

在不同的锂或锂离子二次电池正极材料中 ,新型的聚有机二硫化物有可能成为最有应用前景的电池正极材料之一 [1] ,Visco等 [2 ]首次提出利用二硫化物中双硫键的断裂与再接 (即电聚合与电解聚 )化学性能应用于锂二次电池的充放电 .目前 ,对有代表性的有机二硫化物 2 ,5 -二巯基 -1 ,3 ,4-噻二唑(DMc T)进行了大量的研究[3～ 5] ,最近又提出通过合成新的聚有机二硫化物来提高其电化学性能[6 ,7] .为了得到一种新型高电化学活性和高导电性的锂或锂离子二次电池正极材料 ,本文通过化学方法合成2 ,2 -双氨基苯氧基二硫化物 (DAPD)单体 ,并通…