基于有机和组合电解液的锂空气电池研究进展

发展纯电动汽车与混合动力汽车是解决能源危机与环境问题的有效途径,这对新能源材料及储能设备提出了更高的要求. 其中以金属锂作为负极、以空气中的氧气作为正极活性物质组成的锂-空气二次电池具有很高的理论比能量,因在纯电动汽车、混合动力汽车方面有很好的应用前景而受到人们的广泛关注. 根据工作环境及介质条件,目前研究最多的锂-空气电池主要包括有机电解液、有机-水组合电解液及全固态电解质三种类型. 由于锂-空气电池的发展历史较短,目前仍处于起步阶段,在电池的正极、负极、电解液（质）及综合性能等方面均存在诸多的困难与挑战. 本文从作者课题组对有机电解液及组合电解液型锂-空气电池方面的研究出发,旨在向读者简单介绍锂-空气电池的发展历史,研究现状及未来努力的方向.     

功能添加剂对锂离子电池的防过充电化学行为研究

研究了功能添加剂3-氯苯甲醚(3CA)和联苯(BP)联合使用在锂离子电池电解液中的防过充行为。通过采用微电极循环伏安法、动电位扫描分析、扫描电镜法和充放电法等手段研究表明：联苯和3-氯苯甲醚混合添加剂的聚合电位随3-氯苯甲醚含量的增加由4.7V前移至4.6V (vs. Li/Li+);电池在正常工作电压(2.75V~4.2V)下,添加剂不参与电池反应过程;当电压高于4.2V电池发生过充时,3-氯苯甲醚在电极表面首先发生氧化还原飞梭分流限压对电池进行过充保护;电压继续升高时,联苯在电极表面发生电聚合反应,生成的聚合膜表面光滑致密是电子的良导体能有效的阻止Li+的嵌入与脱出,并通过自放电使电池处于安全状态,防止电池过充发生爆炸。两种防过充机制共同作用,对电池实施多重护防,提高了电池的安全性能。     

LiBOB基电解液成膜性及其循环性能

通过循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶变换红外(FTIR)光谱研究了双乙二酸硼酸锂(LiBOB)基电解液在石墨表面的成膜性及其在常温(25 ℃)和高温(70 ℃)下对石墨循环性能的影响. 结果表明, LiBOB基电解液的成膜电位在1.7 V, 其中BOB-离子还原形成的草酸盐是固体电解质相界面(SEI)膜的有效成分之一. 电化学阻抗谱显示, 膜阻抗在循环过程中呈现减小趋势, 这有利于提高循环稳定性. 在常温和高温条件下, 石墨在该电解液体系中均表现出优于其在LiPF6基电解液体系中的循环性能.     

锂电池用草酸二氟硼酸锂有机电解液的电化学性能

以草酸锂和三氟化硼乙醚溶液合成了草酸二氟硼酸锂(LiBC₂O₄F₂),并用碳酸二甲酯溶剂萃取和重结晶提纯。LiBC₂O₄F₂有机电解液能在铝箔上形成一层致密的保护膜,这能较好地抑制在高电位时电解液在铝箔上发生氧化反应,而且在很宽的温度范围内LiBC₂O₄F₂基电解液都具有较好的离子电导率。电化学测试结果表明：使用1.0 mol·L^-1 LiBC₂O₄F₂有机电解液的LiMn₂O₄/Li电池首次放电容量为110.2 mAh·g^-1,并且具有比使用LiPF₆有机电解液的LiMn₂O₄/Li电池更好的高低温循环性能和更优良的低温放电性能。     

耐高温、长寿命的铝电解电容器电解液研制

通过对铝电解电容器工作电解液的溶剂、溶质和添加剂的筛选,研制出耐高温、长寿命的铝电解电容器工作电解液。用此电解液制得的电容器具有低阻抗、耐高纹波电流、长寿命的特点,125℃耐久性试验达到5000小时。     

库仑滴定法快速测定废水中的铬(Ⅵ)含量

水中的铬主要以三价和六价形式存在,其中铬(Ⅵ)有较强的致癌作用,铬中毒可引起鼻炎、呕吐、胃肠溃疡等疾病.因此对水中铬(Ⅵ)的分析有重要的意义.     

基体对流动锌酸钾碱液中锌电沉积的影响

在流动的高浓度锌酸钾碱液中研究了镍箔和镀镍冲孔钢带基体电极对锌沉积/溶解电化学行为的影响. 结果表明, 在流动电解液中电极表面浓度梯度变化不大, 不同基体上均未出现锌沉积的阴极峰; 扫描速度超过10 mV/s, 循环伏安曲线基本不随扫速变化, 说明锌的沉积/溶解峰电流不仅与扫描速度有关, 还取决于锌沉积的时间. 采用镀镍冲孔钢带基体兼有析氢过电位大和稳定性好的特点, 又由于其特殊的冲孔结构, 改变了传质方式, 锌沉积的极化降低, 孔的周围形成紧密堆积的沉积锌, 锌沉积的电流和电量大, 沉积效率高, 经 4次充放电循环后, 库仑效率即达95％以上, 是性能较佳的基体电极.     

聚苯胺/膨胀石墨电极的制备及其用于聚合物半电池的研究

以膨胀石墨作为基底电极, 采用恒电位法合成了聚苯胺(PAn), 并探讨了在膨胀石墨基底电极上电聚合生成PAn的电化学条件. 结果表明: 聚合电位为0.8 V, 苯胺和硫酸的浓度分别为0.2和0.3 mol/L的条件下电聚合得到的PAn具有最佳的电化学活性. 分别以PAn/膨胀石墨和金属Mg为工作电极, 铂片为辅助电极, 饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系, 测定PAn/膨胀石墨和Mg在0.1 mol/L的NaNO₂, MgCl₂, Mg(NO₃)₂及磷酸盐缓冲液(PBS)等不同电解质溶液中的极化曲线, 实验结果表明电解液的种类对PAn的稳定性影响不大, 而Mg在0.1 mol/L NaNO₂溶液中的稳定性最高. 以PAn/膨胀石墨作为阴极, 金属Mg为阳极, 0.1 mol/L NaNO₂为电解液组装成Mg│NaNO₂│PAn电池, 并考察了基于该聚合物电极的电池在电流密度为30 mA•g^－1时的恒电流放电行为. 相比于其它电解液, 该电池在0.1 mol/L NaNO₂电解液中具有较高的开路电位(1.84 V)和放电比容量(0.19 Ah•g^－1).     

过充保护添加剂氰基功能化2, 5-二叔丁基对苯二酚的合成及其在锂离子电池中的应用

设计合成了单氰基功能化的2, 5-二叔丁基-1-（β-氰基乙氧基）-4-甲氧基苯（RS-MCN）和双氰基功能化的2, 5-二叔丁基-1, 4-（β-氰基乙氧基）苯（RS-DCN）,并用作氧化还原过充添加剂开展了其在锂离子电子中的应用研究。通过丙烯氰和2, 5-二叔丁基对苯二酚的迈克尔加成反应可高效合成RS-MCN和RS-DCN,氰乙基取代后的过充保护添加剂分子的可逆氧化还原电位分别为4.02、4.08 V（vs Li/Li⁺）;并且单氰基取代的RS-MCN在商业碳酸酯电解液1 mol·L^-1 LiPF6/EC+DEC+EMC（1：1：1,体积比）中的溶解度可高达0.3 mol·L^-1。RSMCN和RS-DCN对LiFePO₄/Li电池的过充保护性能和电极相容性也进行了深入的研究,实验结果表明：RSMCN具有更好的过充保护性能和电极相容性,其5 V截止电压过充保护时间可超过1200 h,100%过充保护大于90周循环;0.3 mol·L^-1 RS-MCN的添加能使100%过充的LiFePO₄/Li电池在2.5C倍率条件下正常循环,其放电比容量达153.5 mAh·g^-1。此外,RS-MCN的添加对LiFePO₄/Li电池在2.5-3.8 V条件下的循环性能有明显改善,添加有RS-MCN的电池在60周的循环后容量保持率高达94.4%,而商业电解液的电池在60周循环后的容量保持率降至84.3%。因此,氰基功能化RS-MCN是一类具有潜在应用前景的过充保护添加剂。     

电解液中的电流刍议

金属是依靠物体内部自由电子的定向移动而导电的,这类物体叫做电子导体．若电源与电解池构成回路,在金属导线内,载流子是自由电子,但在电解池中仍然依靠自由电子的流动吗？实验表明,在电解质溶液中,是依靠正、负离子的定向运动传递电荷的,即载流子是正、负离子而不是电子．