定量的复合金属锂作为三维泡沫锂电极用于锂电池的研究

金属锂作为电池的负极材料具有极高的比容量和极低的氧化还原电位,能够显著提升电池的能量密度。然而,金属锂负极在实际应用中所面临的主要问题是锂枝晶、界面副反应和电极体积变化大的难题。在本文中,我们提出了一种通过将定量的金属锂与三维骨架进行复合形成三维泡沫锂负极的策略,并利用三维泡沫锂来抑制锂枝晶的生长和缓解电极的体积变化。因此,三维泡沫锂电极有利于金属锂负极的高效利用,并能借助其与平面锂箔相比更高的比表面积和更多的反应位点来提升电池的倍率性能。因此,通过采用三维泡沫锂,对称电池的循环寿命和倍率性能都得到了有效的提升。EIS数据结果表明,三维泡沫锂能够减小对称电池的电荷转移阻抗。而且,将三维泡沫锂作为负极组装的LTO全电池,与锂箔作为负极相比,循环1000周平均放电比容量从65 mAh·g^-1提升至121 mAh·g^-1。     

基于Li-N2电池体系的“连续式”氮气还原合成氨

电化学合成氨近年来受到较多关注, 直接的电化学固氮法(NRR)存在产氨来源不明的问题, 而间接的锂式合成氨(LiNR)被认为是一种可行的固氮方案. LiNR的研究多为电沉积锂, 本工作以Li-N₂电池体系为基础, 利用电池的放电反应固定N₂, 质子源H₂O同时参与反应, 理论上提高了Li-N₂电池的放电电压. 结合充电反应锂盐分解, 构成了清晰的锂循环方案. 研究发现, 当N₂和H₂O共同通入电池, 可以实现连续式的NH₃生产, 且放电电位与理论值接近. 充放电循环显示, 每个循环均可以产生NH₃, 产氨量随循环次数而增加. 该方案可循环利用锂, 对于开发新型的固氮方式有较大的研究与利用价值.     

基于废旧锂电池回收制备LixMO(x=0.79,0.30,0.08;M=Ni/Co/Mn)材料作为锂-氧气电池正极催化剂的电化学性能研究

锂-氧气电池因其超高的理论比容量而受到科研界的广泛关注, 但其存在较为严重的充放电极化和较差的循环稳定性等问题, 从而极大地限制其商业化进程. 因此设计出有效的正极催化剂是解决锂-氧气电池面临的这些棘手问题的必要手段. 通过对不同充电状态的废旧锂电池正极进行回收制得三种不同锂含量的多元金属氧化物Li_xMO (x=0.79, 0.30, 0.08; M=Ni/Co/Mn), 并分别用作锂-氧气电池正极催化剂. 系统研究了Li_xMO材料中锂含量及晶体结构对其电化学性能的影响. 电化学测试结果表明, 与Li_0.79MO和Li_0.08MO催化剂相比, 基于Li_0.30MO为正极催化剂的锂-氧气电池在电流密度100 mA•g^–1和限定容量800 mAh•g^–1的条件下具有较高的放电比容量(14655.9 mAh•g^–1)、较低的充电电压(3.83 V)和较高的能量转换效率(72.2%). 而且该电池体系在充放电循环140圈后充电终止电压仍低于4.3 V. 最终认为制得的Li_0.30MO材料具有优异的催化性能归因于其稳定的层状-岩盐相复合结构以及结构中富含的氧化镍相和氧空位之间的协同作用. 这些优点能够促进放电产物的可逆形成与分解, 从而提高锂-氧气电池循环性能.     

镧掺杂锡酸钡/多壁碳纳米管改性隔膜的制备及其在锂硫电池中的应用

通过将共沉淀法制备的钙钛矿型氧化物镧掺杂锡酸钡(LBSO)与多壁碳纳米管(MCNT)混合均匀,制成浆料,并利用刮涂法将其涂布在商业隔膜Celgard 2500(PP)表面构筑阻挡层,获得改性隔膜(LBSO/MCNT/PP)。基于该改性隔膜的锂硫电池在0.1C下具有高达1 433 mAh·g^-1的初始放电比容量,1C时300次循环后每圈容量衰减率为0.114%;当电流密度提高到3C时,仍具有764 mAh·g^-1的放电比容量,表现出优良的倍率性能和循环稳定性,这主要是由于该阻挡层能够有效抑制多硫化物的穿梭。     

双包覆法改善高压钴酸锂正极材料的电化学性能

通过结合固相和液相包覆在Al掺杂LiCoO₂表面共包覆了钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和聚吡咯(PPy)。这种双包覆方法不仅稳定了高电压下LiCoO₂的表面,还增强了材料的离子和电子电导率。电化学测试表明,当活性物质、导电剂和黏结剂的质量比为80∶10∶10时,在0.5C(1C=180 mA·g^-1)电流下,循环300周后的容量保持率为76.9%,且在5C电流密度下可逆比容量为150 mAh·g^-1;由于双包覆后LiCoO₂电子电导率大幅提高,当活性物质、导电剂和黏结剂的质量比为90∶3∶7时,在0.5C电流下,循环200周后的容量保持率为82.8%,且在5C电流密度下可逆比容量为130 mAh·g^-1。X射线光电子能谱测试表明,包覆层可以在循环中保持稳定且能抑制LiCoO₂材料在高电压下的表面副反应。     

Mesoionic Dithiolates (MIDts) Derived from 1,3-Imidazole-Based Anionic Dicarbenes (ADCs)

Mesoionic dithiolates [(MIDt^Ar)Li(LiBr)₂(THF)₃] (MIDt^Ar={SC(NDipp)}₂CAr; Dipp=2,6-iPr₂C₆H₃; Ar=Ph 3 a , 3-MeC₆H₄ (3-Tol) 3 b , 4-Me₂NC₆H₄ (DMP) 3 c ) and [(MIDt^Ph)Li(THF)₂] ( 4 ) are readily accessible (in≥90 % yields) as crystalline solids on treatments of anionic dicarbenes Li(ADC^Ar) ( 2 a - c ) (ADC^Ar={C(NDipp)₂}₂CAr) with elemental sulfur. 3 a - c and 4 are monoanionic ditopic ligands with both the sulfur atoms formally negatively charged, while the 1,3-imidazole unit bears a formal positive charge. Treatment of 4 with (L)GeCl₂ (L=1,4-dioxane) affords the germylene (MIDt^Ph)GeCl ( 5 ) featuring a three-coordinated Ge atom. 5 reacts with (L)GeCl₂ to give the Ge−Ge catenation product (MIDt^Ph)GeGeCl₃ ( 6 ). KC₈ reduction of 5 yields the homoleptic germylene (MIDt^Ph)₂Ge ( 7 ). Compounds 3 a - c and 4 – 7 have been characterized by spectroscopic studies and single-crystal X-ray diffraction. The electronic structures of 4 – 7 have been analyzed by DFT calculations.     

热熔灌输法制备三维骨架支撑金属锂复合负极

金属锂因具有极高的理论比容量(3860 mAh/g)和最低的电化学势(相对于标准氢电极为-3.04 V),被认为是下一代高比能锂离子电池的首选负极材料。然而,金属锂负极在电池循环过程中发生的刺状枝晶生长和体积变化等问题严重阻碍了其产业化应用进程。近年来研究表明,通过在金属锂中引入具有三维(3D)结构的宿主骨架,不但能有效抑制锂枝晶的生长,而且可以缓解金属锂负极的体积变化,从而提高金属锂电池的循环性能与安全性。因此,设计3D骨架/金属锂复合负极被认为是一种能有效解决金属锂问题的新兴策略。本文综述了热熔灌输法制备3D骨架/金属锂复合负极的研究进展。首先讨论了当前基于3D骨架的预存金属锂技术,然后着重分析了热熔灌输策略中3D骨架锂润湿性的影响因素,以及不同3D骨架修饰特征和改性方法。最后对3D骨架/金属锂复合负极和热熔灌输策略现存问题进行了总结并提出未来的发展方向。     

Significant Enhancement of the Capacity and Cycling Stability of Lithium-Rich Manganese-Based Layered Cathode Materials via Molybdenum Surface Modification

Lithium-rich manganese-based layered cathode materials are considered to be one of the best options for next-generation lithium-ion batteries, owing to their ultra-high specific capacity (>250 mAh·g⁻¹) and platform voltage. However, their poor cycling stability, caused by the release of lattice oxygen as well as the electrode/electrolyte side reactions accompanying complex phase transformation, makes it difficult to use this material in practical applications. In this work, we suggest a molybdenum surface modification strategy to improve the electrochemical performance of Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂. The Mo-modified Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ material exhibits an enhanced discharge specific capacity of up to 290.5 mAh·g⁻¹ (20 mA·g⁻¹) and a capacity retention rate of 82% (300 cycles at 200 mA·g⁻¹), compared with 261.2 mAh·g⁻¹ and a 70% retention rate for the material without Mo modification. The significantly enhanced performance of the modified material can be ascribed to the formation of a Mo-compound-involved nanolayer on the surface of the materials, which effectively lessens the electrolyte corrosion of the cathode, as well as the activation of Mo⁶⁺ towards Ni²⁺/Ni⁴⁺ redox couples and the pre-activation of a Mo compound. This study offers a facile and effective strategy to address the poor cyclability of lithium-rich manganese-based layered cathode materials.     

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)。