锂离子电池正极材料LiFePO4的密度泛函研究

采用密度泛函(B3LYP)方法计算锂离子电池正极材料LiFePO4/FePO4,净电荷和共价键级的计算结果都表明磷氧原子间作用力最强,锂氧原子间作用力最弱,有利于Li离子在晶格中的自由移动.以Li/LiFePO4锂离子电池的平均电压为3.2 V,和实验值3.4 V基本一致.态密度分析表明FePO4和LiFePO4都是典型的半导体,O原子轨道主要贡献总态密度靠费米能级价带一侧,Fe原子轨道主要贡献总态密度靠费米能级导带一侧.     

氢氧化物共沉淀法制备LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2正极材料的反应条件

通过氢氧化物共沉淀法制备了Mn0.45Ni0.45Co0.1(OH)2, 研究了反应条件对产物形貌特征的影响, 重点研究了F-离子对产物形貌特征、振实密度的影响. 利用前述产物通过高温固相合成法制备了高密度的LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04正极材料, 并研究了F元素掺杂对循环性能的影响. 结果表明, 在沉淀体系中加入F-, 可以改善产物的形貌特征和振实密度. SEM 测试结果表明, 产物具有良好的形貌; XRD测试表明, 产物具有良好的层状结构, 无杂质相存在. 在充放电电压区间为2.8-4.4 V, 电流密度为30 mA·g-1 时, LiMn0.45Ni0.45Co0.1O2和LiMn0.45Ni0.45Co0.1O1.96F0.04首次放电容量均为157 mAh·g-1, 经过50 次循环, 放电容量保持率分别为72.6%和86.0%, F元素的掺杂可以明显改进材料的循环性能.     

一种基于对偶四元素描述的线面特征约束的点云配准方法

针对地面三维激光扫描仪采集到的相邻测站点云存在空间特征关联,以及城市建筑群中含有大量的线面特征,提出一种基于对偶四元素描述的线面特征约束的点云配准方法,该方法在利用对偶四元素统一描述空间变换参数的同时考虑到尺度因子。将依据直线和平面存在的几何关系,以及线面相交所产生的交点与夹角等作为配准约束条件,构建出空间相似变换目标函数,利用最小二乘准构建出平差模型以计算空间相似变换相关参数。为了避免不恰当的初始值所导致的迭代不收敛问题,将Levenberg-Marquardt法应用于平差模型的解算。最后对该方法的正确性与可行性进行实验分析。结果表明,相较于仅考虑线特征或面特征约束的点云配准方法,所提方法的配准精度更高,并且采用Levenberg-Marquardt法解算平差模型能在任意给定的初始值下正确收敛。     

基于正交种子曲线扩展算法设计自由曲面离轴反射无焦系统

离轴反射无焦光学系统在空间望远镜中具有重要的应用,自由曲面能够校正离轴反射系统中的非对称像差。设计自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构非常关键。提出了正交种子曲线扩展算法(OSCE),可直接设计自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构。为了验证方法可行性,分别设计了放大倍率为10和20的离轴无焦三反和四反系统。设计结果表明离轴三反系统初始结构均方根(RMS)波前差为0.36 λ,离轴四反系统初始结构波前差为0.18 λ。对这两个初始结构分别进行优化,优化之后的RMS波前差小于0.02 λ。     

尖晶石型LiMn2-xInxO4(x=0，0.01，0.02，0.05)的合成及电化学性能研究

以醋酸锰、氢氧化锂和三氧化二铟为原料,以柠檬酸为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂In的尖晶石LiMn2-xInxO4(x=0,0.01,0.02,0.05),采用XRD、SEM对目标材料进行了结构和形貌表征,采用恒流充放电、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)谱测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同In掺杂量对材料性能的影响。结果表明,当In掺杂量为1%时,LiMn1.99In0.01O4样品具有纯的尖晶石锰酸锂结构,在0.5C和3.4～4.35 V电压范围条件下,LiMn1.99In0.01O4的初始放电容量为119.9 mAh.g-1,经过1C 30次,2C 30次,再0.5C 5次循环后,其放电容量保持率为84.9%,显示了良好的电化学性能。掺杂1%的In的样品比未掺杂的样品具有更优的高温循环稳定性能。     

磷钼钒杂多酸-聚邻苯二胺修饰碳糊电极示差脉冲溶出伏安法测定对苯二酚和邻苯二酚

在由磷钼钒杂多酸和邻苯二胺组成的支持电解质中,以0.100V.s-1扫速在碳糊电极上,于0.800～-0.800V范围内循环扫描20周后,制得磷钼钒杂多酸-聚邻苯二胺修饰碳糊电极。循环伏安法研究发现:对苯二酚(HQ)和邻苯二酚(CC)在该修饰电极上均出现了一对氧化还原峰;示差脉冲溶出伏安法研究发现:HQ和CC分别在0.140V和0.288V处出现二次微分溶出峰,两峰电位差为0.148V。HQ和CC的线性范围均为1.50×10-7～7.50×10-4 mol.L-1,检出限(3S/N)均为6.80×10-8 mol.L-1。据此提出了示差脉冲溶出伏安法测定模拟水样中HQ和CC,测得回收率在94.0%～106.0%之间。     

球磨微波法制备Li3V2（PO4）3/C及其电化学性能表征

本文采用球磨微波法合成锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C,并研究了微波辐射时间对样品电化学性能的影响.结果表明,640 W微波辐射18 min合成的材料,结晶度高,粒径小而均匀.该电极5C倍率下首次放电比容量达101.3 mAh·g-1,300周期循环,其放电比容量仍保持100.8 mAh·g-1,展示出良好的应用前景.     

过充电保护添加剂1,4-二甲氧基苯的反应机理

采用密度泛函理论(B3LYP/6-311+G(d,p))和MP2/6-311+G(d,p)方法,研究锂离子电池过充电保护添加剂1,4-二甲氧基苯(p-DMOB)的作用机理.计算结果表明,在过充时,p-DMOB优先于溶剂分子(乙基甲基碳酸酯、二甲基碳酸酯、碳酸乙酯)发生氧化反应.用B3LYP和MP2计算所得的p-DMOB理论氧化电位接近,分别为4.12和4.05V(vsLi/Li+).p-DMOB氧化时首先失去一个电子,生成p-DMOB+·正离子自由基,用B3LYP和MP2方法计算所得的相应能量变化分别为701.24和728.27kJ·mol-1.失去电子后苯环的共轭性受到破坏,随后p-DMOB+·苯环上的C―H键发生断裂,失去H+并形成p-DMOB·自由基.用B3LYP和MP2方法计算所得的相应能量变化分别为1349.78和1810.99kJ·mol-1.p-DMOB·自由基很不稳定,会在电极表面发生聚合反应形成聚合物膜,用B3LYP和MP2方法计算所得的相应能量变化分别为-553.37和-1331.20kJ·mol-1.     

石墨烯掺杂LiFePO4电极材料的合成及其电化学性能

采用水热辅助法合成石墨烯改性的LiFePO4多孔微球电极材料.并对材料进行了X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,充放电等表征.从结果可以看出在2 mol·L-1LiNO3电解液体系中单纯包碳的LiFePO4微球在1C、50C倍率时的比容量分别为137、64 mAh·g-1,而石墨烯改性的LiFePO4微球的比容量分别为141、105 mAh·g-1,表现出较好的倍率特性.恒流循环充放电测试60次后两种材料容量保持率分别为70.2％、83.7％.说明掺杂石墨烯构成的三维导电网络能明显改善LiFePO4的电化学性能.