电化学原位同步辐射技术在锂离子电池电极材料研究中的应用

同步辐射光源及其相关的谱学技术因其亮度高、单色性好及能量可调等突出特点,为锂离子电池材料组成-结构-性能关系的解析,尤其是其充放电循环过程的电化学反应机理、电极老化及失效的原位、实时动态研究提供了强有力的分析手段. 本文主要结合本课题组的研究工作,并综述同步辐射的电化学原位技术在锂离子电池及其相关材料研究的应用. 重点总结、分析及评述电化学原位XRD及XAFS等技术在电池充放电循环过程中结构演化、离子荷电态及反应动力学过程.     

FEC 基电解液对高压正极材料 Li2CoPO4F 电化学性能的影响

本文研究了以氟代碳酸乙烯酯FEC（fluoroethylene carbonate）为共溶剂的电解液对高压正极材料 Li₂CoPO₄F 电化学性能的影响,与碳酸酯基电解液1 mol·L^-1 LiPF₆ EC/DMC=1:1（m:m）相比,1 mol·L^-1 LiPF₆ FEC/DMC=1:1（m:m）可显著提高Li₂CoPO₄F的循环稳定性. 通过线性扫描伏安法（LSV）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）结合电化学阻抗（EIS）对 FEC 改善 Li₂CoPO₄F 材料循环稳定性的机理进行了探索,结果表明与传统碳酸酯基电解液相比,FEC 基电解液在高压下有着优异的抗氧化性,能够有效抑制电解液的氧化分解. 同时,FEC 基电解液中形成的表面膜具有更高的稳定性,能够抑制电极/电解液界面副反应的发生,提高循环过程中电极材料结构稳定性,从而有益于提高 Li₂CoPO₄F 材料的电化学性能.     

LiNi_(0.8-y)Ti_yCo_(0.2)O_2电极材料中钛离子掺杂作用机理的研究

应用恒流充放电、非现场X射线粉末衍射 (ex situXRD)、电化学交流阻抗 (EIS)、程序控温脱附 质谱联用(TPD MS)等实验方法研究LiNi0. 8-yTiyCo0. 2O2电极材料钛离子的掺杂作用机理.结果表明,掺钛后的电极材料于充放电过程中的结构相变和晶格的膨胀收缩受到抑制,在高电位下的界面反应活性减弱,从而减小了由结构变化和界面反应引起的容量损失;同时,钛的掺杂增强了电极材料在脱锂状态下的结构稳定性,抑制了电极材料和电解液的分解或氧化反应,以上两个方面分别改善并提高了电极材料的充放电循环性能及其热稳定性.     

Li3Fe2(PO4)3/C正极材料的电化学性能及其反应机理研究

采用溶胶凝胶及高能球磨制得Li₃Fe₂(PO₄)₃/C材料,利用多种物理及其电化学技术观察材料形貌,表征材料结构及电化学性能,用电化学原位XAFS等初步研究Li₃Fe₂(PO₄)₃/C超理论容量电化学反应机理. 结果显示,Li₃Fe₂(PO₄)₃/C的结构为单斜晶系,空间群P21/n. 2.0 ~ 4.0 V电位区间,10 mAh·g^-1电流密度,Li₃Fe₂(PO₄)₃/C电极的首周期放电比容量为129 mAh·g^-1,达到其理论容量. 若电位区间拓宽至2.0 ~ 4.95 V,其首周期放电比容量高达165 mAh·g^-1,超出理论的“额外”容量30%. 电化学原位XAFS测试未观察到明显的Fe³⁺/Fe⁴⁺氧化还原对参与电化学反应,初步推测“额外”容量可能来自于该复合材料的高浓度表面缺陷.     

软化学法合成TiO_2(B)纳米带及其储锂性能研究

采用软化学合成法成功制备亚稳态相的TiO2(B)纳米带,并由TEM、XRD、Raman、EDS对其形貌、结构和组成进行表征.相关储锂性能初步研究表明,TiO2(B)纳米带具有相当高的可逆嵌/脱锂容量,可达到265mAhg-1,是一种有发展前景的锂离子电池负极材料.     

固态锂硫电池研究进展（英文）

固态锂硫电池具有高能量密度和高安全性的潜在优势,被认为是最有前景的下一代储能体系之一。虽然固态电解质的应用有效地抑制了传统锂硫电池存在的“穿梭效应”和自放电现象,固态锂硫电池仍面临着多相离子/电子输运、电极/电解质界面稳定性、化学-机械稳定性、电极结构稳定性和锂枝晶生长等关键问题亟待解决。针对以上问题,本综述对近年来固态电解质、硫基复合正极、锂金属及锂合金负极以及电极/电解质界面的研究进行了详细的论述。作为固态锂硫电池的重要组成部分,固态电解质近年来受到了研究者们的广泛关注。本文首先对在锂硫电池中得到广泛应用的聚合物基、氧化物基、硫化物基固态电解质的种类和性质进行了概述,并对其在固态锂硫电池中的最新应用进行了系统的总结。在此基础上,对以单质硫、硫化锂、金属硫化物为活性物质的复合硫正极、锂金属及锂合金负极的反应机理以及面临的挑战进行了归纳和比较,对其解决策略进行了总结和分析。此外,对制约固态锂硫电池性能的电极/电解质界面离子/电子输运以及界面相容性问题及其改性策略进行了系统的阐述。最后,对固态锂硫电池的未来发展进行了展望。