富锂层状正极材料Li2Mn1-xTixO3的合成及电化学性能

应用简单的高温固相烧结法合成了Ti掺杂改性的Li₂MnO₃材料。电子扫描显微镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱分析表明Ti元素取代Mn离子掺入到Li₂MnO₃晶格中,且掺杂能有效地抑制一次颗粒的团聚。电化学阻抗和恒流充放电测试结果表明,在2.0~4.6 V的电压窗口下,掺杂改性的样品Li₂Mn_0.9Ti_0.03O₃的首圈放电比容量达到209 mAh·g^-1,库仑效率为99.5%,循环40圈后容量保持率为94%;当电流密度增大到400 mA·g^-1时,掺杂改性的样品仍然可以放出120 mAh·g^-1比容量,远高于同等电流密度下未掺杂的Li₂MnO₃原粉的比容量（52 mAh·g^-1）。Ti掺杂可有效地改善Li₂MnO₃的循环稳定性和倍率性能,有利于促进该材料的商业化应用。     

MoO42-取代对Nasicon型Li3Fe2(PO4)3正极材料电化学性能的影响

以MoO₄^2-部分取代Li₃Fe₂（PO₄）₃中的PO₄^3-,研究表明：加入的MoO₄^2-离子主要以固溶形式存在于Li₃Fe₂（PO₄）₃中,起到了显著改善其电化学性能的作用。其中,MoO₄^2-掺杂浓度为0.3的样品表现出最佳的电化学性能,其在0.5C倍率下的首次放电容量为113.7 mAh·g^-1,这一数值比未掺杂的提高了20.7%;经过60次循环充放电,容量保持率为94%。将放电倍率从0.5C逐步增大至5C,再降至初始的0.5C,并在每个倍率循环10次,这一材料的最终放电容量可达首次0.5C的95%。这些优异的性能应归因于MoO₄^2-掺杂使材料的氧化还原能力增强,氧化还原电对的电势差减小,电池内部的电荷转移电阻减小,以及Li⁺扩散系数增加。     

Sol-gel Synthesis and Electrochemical Performance of Li4-xMgxTi5-xZrxO12 Anode Material for Lithium-ion Batteries

The anode materials Li_4?xMg_xTi_5?xZr_xO₁₂ (x=0, 0.05, 0.1) were successfully synthesized by sol‐gel method using Ti(OC₄H₉)₄, CH₃COOLi·2H₂O, MgCl₂·6H₂O and Zr(NO₃)₃·6H₂O as raw materials. The crystalline structure, morphology and electrochemical properties of the as‐prepared materials were characterized by XRD, SEM, cyclic voltammograms (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and charge‐discharge cycling tests. The results show that the lattice parameters of the Mg‐Zr doped samples are slightly larger than that of the pure Li₄Ti₅O₁₂, and Mg‐Zr doping does not change the basic Li₄Ti₅O₁₂ structure. The rate capability of Li_4?xMg_xTi_5?xZr_xO₁₂ (x=0.05, 0.1) electrodes is significantly improved due to the expansile Li⁺ diffusion channel and reduced charge transfer resistance. In this study, Li_3.95Mg_0.05Ti_4.95Zr_0.05O₁₂ represented a relatively good rate capability and cycling stability, after 400 cycles at 10 C, the discharge capacity retained as 134.74 mAh·g^?1 with capacity retention close to 100%. The excellent rate capability and good cycling performance make Li_3.95Mg_0.05Ti_4.95Zr_0.05O₁₂ a promising anode material in lithium‐ion batteries.     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料：制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物,进一步高温热处理,在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li4Ti5O12纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中,热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li4Ti5O12纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此,复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下,5 000次循环后,其容量保持率高达94%。     

高熵氧化物的设计及其在锂离子电池中的应用研究进展

储能技术的革命性变化对下一代锂离子电池(LIBs)负极材料提出了更高的要求。近年来,一类具有复杂化学计量比的新型材料——高熵氧化物(HEOs)逐渐进入人们的视野并走向繁荣。理想的元素可调节性和吸引人的协同效应使 HEOs有望突破传统阳极的综合性能瓶颈,为电化学储能材料的设计和发展提供新的动力。本文分别从化学成分调控和结构设计2个方面结合本课题组近年来的研究及国内外重要文献,综述了HEOs作为LIBs负极材料的研究进展。在化学成分调控方面通过金属杂原子掺杂、非金属杂原子掺杂来提高HEOs的本征活性。在结构设计方面,通过构建一维结构、二维结构、三维结构、空心结构以及复合碳材料来增加HEOs的反应活性位点数量,从而提高储锂性能。最后,对HEOs在LIBs领域的发展进行了展望。     

钒液流电池用隔离膜研究进展

钒液流电池是近年来发展最为迅猛的储能电池之一。隔膜作为钒电池的重要组成部分直接关系到钒电池的转化储能效率和使用寿命。本文综述了近年来钒电池用隔离膜的发展现状。全氟磺酸质子交换膜(Nafion膜)作为当前使用最为广泛的隔膜,从传导机理、交换机理和表面涂覆、交联、复合等表面改性技术方面入手做了深入的研究,并对比分析了各种改性方法的优缺点。对磺化的特种工程塑料为主的非氟耐热型质子交换膜和功能化的聚烯烃隔膜在钒电池中的当前进展做了全面总结,并对钒液流电池用电池隔膜的发展方向做了展望。     

Porous V2O5-SnO2/CNTs composites as high performance cathode materials for lithium-ion batteries

Vanadium pentoxide (V₂O₅) exhibits high theoretical capacities when used as a cathode in lithium ion batteries (LIBs), but its application is limited by its structural instability as well as its low lithium and electronic conductivities. A porous composite of V₂O₅-SnO₂/carbon nanotubes (CNTs) was prepared by a hydrothermal method and followed by thermal treatment. The small particles of V₂O₅, their porous structure and the coexistence of SnO₂ and CNTs can all facilitate the diffusion rates of the electrons and lithium ions. Electrochemical impedance spectra indicated higher ionic and electric conductivities, as compared to commercial V₂O₅. The V₂O₅-SnO₂/CNTs composite gave a reversible discharge capacity of 198 mAh·g^?1 at the voltage range of 2.05–4.0 V, measured at a current rate of 200 mA·g^?1, while that of the commercial V₂O₅ was only 88 mAh·g^?1, demonstrating that the porous V₂O₅-SnO₂/CNTs composite is a promising candidate for high-performance lithium secondary batteries.     

I~-的光电化学氧化与光助充电二次锂离子电池

采用扫描电子显微镜、X射线衍射和粉末微电极分别考察了TiO2粉末的形貌、结构以及氧化I-的光电化学行为.结果表明,TiO2粉末晶型为锐钛矿,粒径在100～200 nm范围内.在光照条件下,在TiO2半导体电极上电化学氧化I-生成I2的超电势数值降低约1 V.以TiO2/ITO和Li4Ti5O12分别作为正负极,电解液为碳酸丙烯酯(PC)+LiClO4+LiI,并以聚偏氟乙烯(PVDF)作为隔膜构成分隔式电解池,进行整体电解并结合紫外-可见光谱进行分析.结果表明,该装置在光照条件下电池充电电压比非光照条件下的充电电压降低约0.9 V,且充电效率接近100%.该光电化学装置是一种可以利用光能充电的二次锂离子电池.     

锂离子电池用α-Fe2O3-Ag复合纳米棒负极材料的制备及储锂性能

采用FeOOH纳米棒为前驱体,通过层层自组装法及随后的热处理过程制备出α-Fe2O3-Ag复合纳米棒.采用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和电化学性能测试对样品的形貌、结构及电化学性能进行了表征.结果表明,Ag纳米颗粒均匀地分布在α-Fe2O3纳米棒的表面.作为锂离子电池负极材料,α-Fe2O3-Ag复合纳米棒表现出了较好的循环性能和较高的比容量.180个循环后,其比容量高达549.8 mA.h/g.