锂离子电池杂论

首先论述了锂离子电池的大好形势，难得的机遇和面临的挑战。 欧盟相继出台了两项与化学品相关的法令，加之原材料上涨、我国出口退税政策调整，锂电池市场出现新的机遇。面对能源短缺和环保的严峻形势，对动力电池和储能电池的呼声日益高涨。     

分散第二相γ-Al_2O_3对PEO-NaSCN络合物导电性的影响

为了获得电导率高的快离子导体,人们主要从晶格结构考虑,这在寻找银和铜的快离子导体工作中取得很大成功。然而在探索实用价值更大的碱金属离子导体时,却遇到了困难。此后,人们又把注意力转向聚合物。Fenton等人首先报导了由碱金属盐和聚环氧乙烷(简称PEO)组成的络合物,其后Armard等人研究了PEO-NaSCN的电学性能.Liang首先把γ-Al_2O_3微粒分散在离子导体LiI中,所得的固态混合物比纯LiI高约两个数量级。Weston等人在研究α-Al_2O_3对PEO-LiClO_4影响时,认为α-Al_2O_3的加入虽然增加了该离子导体的机械稳定性,但离子电导率却降低了。本文在研究PEO-NaSCN离子导体电学性能的基础上,进一步探讨了不同含量的第二相γAl_2O_3对PEO-NaSCN电导率的影响。     

球形钴酸锂的乳液法合成及其结构、性能研究

采用一种特殊乳液法, 制备了锂离子电池正极材料球形LiCoO₂. 分别研究了一次颗粒尺寸、烧结时间对于二次造粒的影响. 还对LiCoO₂球体内部的结构进行了SEM和HRTEM研究, 发现一次颗粒非常紧密地融合在一起, 晶体边界区域没有明显的非晶相区, 也没有纳米级别的孔洞、裂缝. 电化学性能研究表明, 在900 ℃烧结4 h的材料具有较高的首次放电容量(143 mAh•g^－1)和良好的循环性能     

Conductivity and applications of Li-biphenyl-1,2-dimethoxyethane solution for lithium ion batteries

The total conductivity of Li-biphenyl-1,2-dimethoxyethane solution(Li_xBp(DME)_(9.65), Bp = biphenyl, DME = 1,2-dimethoxyethane, x = 0.25, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00) is measured by impedance spectroscopy at a temperature range from 0℃ to 40℃. The Li_(1.50)Bp(DME)_(9.65) has the highest total conductivity 10.7 m S/cm. The conductivity obeys Arrhenius law with the activation energy(E_(a(x=0.50))= 0.014 eV, E_(a(x=1.00))= 0.046 eV). The ionic conductivity and electronic conductivity of Li_xBp(DME)_(9.65) solutions are investigated at 20℃ using the isothermal transient ionic current(ITIC) technique with an ion-blocking stainless steal electrode. The ionic conductivity and electronic conductivity of Li_(1.00)Bp(DME)_(9.65) are measured as 4.5 mS/cm and 6.6 mS/cm, respectively. The Li_(1.00)Bp(DME)_(9.65) solution is tested as an anode material of half liquid lithium ion battery due to the coexistence of electronic conductivity and ionic conductivity. The lithium iron phosphate(LFP) and Li_(1.5)Al_(0.5)Ti_(1.5)(PO_4)_3(LATP) are chosen to be the counter electrode and electrolyte, respectively. The assembled cell is cycled in the voltage range of 2.2 V-3.75 V at a current density of 50 mA/g. The potential of Li_(1.00)Bp(DME)_(9.65) solution is about 0.3 V vs. Li~+/Li, which indicates the solution has a strong reducibility. The Li_(1.00)Bp(DME)_(9.65) solution is also used to prelithiate the anode material with low first efficiency, such as hard carbon, soft carbon and silicon.     

Temperature-Dependent Dynamic Properties of LixMn2O4 in Monte Carlo Simulations

Monte Carlo (MC) simulations are used to simulate the voltage profile and the ionic conductivity s of Li ions in LixMn2O4 and its dependence on the lithium concentration x. The open circuit potential shows clearly the two plateaus in the charge/discharge curve, which agrees well with the experimental results. The two plateaus become more and more steep when the temperature is increased. The simulated ionic conductivity shows an M-shaped curve in the plot of ionic conductivity cr versus x when the simulation temperature is low. Interestingly,the minimum valley, which lies at the middle single-phase area near x=0.5, disappears gradually when the temperature increases to 453K.     

非晶态离子导体Li2B2O4的核磁共振研究

本文报道了非晶态离子导体Li₂B₂O₄的⁷Li核磁共振研究。测量了⁷Li核磁共振谱与温度的关系。实验中发现,Li₂B₂O₄的晶态、非晶态和部分晶化样品的⁷Li核磁共振谱有很大的不同,且在部分晶化样品的⁷Li核磁共振谱上有附加的小峰,它与LiCl(Al₂O₃)的⁷Li核磁共振谱上附加的小峰相类似。我们也对非晶态离子导体B₂O₃-0.7Li₂O-0.7LiCl进行了⁷Li核磁共振研究,其结果与上面的类似。研究结果表明,它们都起因于非晶母体与微晶的界面效应。 关键词：     

锂离子电池纳米材料研究

报道了作者最近在锂离子电池纳米材料方面的研究工作 .包括纳米负极材料 (如Sb ,SnSb ,CuSn及Si) ,纳米正极材料 (如CuS)合成 ,电化学性质 ,以及纳米材料的晶体结构与形貌在充放电过程中的变化等研究 .此外还报道了具有纳米尺度阴离子的锂盐在聚合物电解质中的增塑作用以及纳米硅Raman光谱和光致发光谱受电化学锂掺杂的影响 .最后对纳米材料的本征性质与其电化学性质的关系进行了讨论 ,并对其在锂离子电池中的应用及在基础研究方面的意义给予了评述 .     

V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对在石墨毡与导电塑料复合电极上的反应机理

应用循环伏安、极化曲线和交流阻抗等电化学方法研究了V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对在石墨毡复合电极上反应的速控步骤.结果表明,V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对在石墨毡电极上的反应属准可逆过程,且氧化过程包含有后置化学转化步骤;该过程Tafel斜率的实验值为0.124,而理论计算的,以电化学步骤作为控制步骤的Tafel斜率约0.12,两者吻合很好,表明该氧化过程受电化学步骤控制;以等效电路拟合不同极化电位下的交流阻抗,得出该电化学反应阻抗远大于其他阻抗,意味着电化学过程可能是电极反应的控制步骤,与实验得到的极化曲线分析结果相一致.     

反胶束法制备直接甲醇燃料电池Pt-Sn/C催化剂及其表征

在水/AOT/环己烷反胶束体系中, 制备了Pt-Sn/C催化剂, 研究了不同ω (反胶束溶液中水与表面活性剂的物质量之比)值对Pt-Sn粒径的影响. 并采用TEM, XRD, XPS, 循环伏安等技术对其进行表征. TEM结果表明合成的Pt-Sn纳米颗粒为球形, 在碳载体表面均匀分布, 粒径分布窄, 平均粒径为2.7 nm. Pt-Sn颗粒尺寸随着ω的增加而增大. XRD结果表明该催化剂中Pt具有面心立方结构且没有与Sn形成合金. XPS结果表明在该催化剂中, Pt主要以零价态存在. 在甲醇溶液中的循环伏安扫描结果表明, 甲醇氧化峰电位和峰电流随着ω的增加而减小, 说明反胶束方法可以通过控制颗粒尺寸, 从而影响催化剂的电氧化活性. 相对于商用Pt-Ru/Vulcan XC-72 (20 wt%, E-TEK公司), 该催化剂具有较低的峰电势以及较高的I_f/I_b (循环伏安曲线中正向扫描峰电流与反向扫描峰电流的比值), 这表明用此方法制备的Pt-Sn/C催化剂具有较好的抗中毒能力.     

锂离子电池正极材料的结构设计与改性

正极材料是目前锂离子电池中锂离子的唯一或主要提供者,也是锂离子电池能量密度提高和价格降低的瓶颈.本文在简要介绍几类典型的正极材料结构、性能特点及存在的主要问题后,重点介绍本实验室近年来在正极材料的表面改性和结构设计方面的研究进展.