碳包覆碳酸钴锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

以葡萄糖作为碳源,通过简单的水热反应获得菱形碳包覆碳酸钴(CoCO₃/C)复合材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.晶型和表面形貌通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行表征,用热重-差热分析法(TG-DTA)来测试CoCO₃/C材料中碳的含量,用拉曼光谱分析无定型碳的存在. Barrett-Joyner-Halenda (BJH)则用来分析材料的孔径分布情况.实验表明,碳包覆不仅在CoCO₃颗粒表面包覆了一层无定性碳,使得CoCO₃材料在充放电过程中保持结构的稳定性,也形成了一些大约30 nm左右的介孔,这种孔的存在有助于电解液中离子的传输,从而提高材料的电化学性能.电极材料在0.90C(1.00C = 450 mAh•g^-1)倍率下进行循环测试, 500次后的容量仍保持在539 mAh•g^-1,显示出了较好的循环性能.当增加到3.00C倍率时CoCO₃/C容量为130 mAh•g^-1,再恢复到0.15C倍率时容量依然能够达到770 mAh•g^-1,表现出了CoCO₃/C具有良好的稳定性.     

Hard X‐ray‐induced damage on carbon–binder matrix for in situ synchrotron transmission X‐ray microscopy tomography of Li‐ion batteries

The electrode of Li‐ion batteries is required to be chemically and mechanically stable in the electrolyte environment for in situ monitoring by transmission X‐ray microscopy (TXM). Evidence has shown that continuous irradiation has an impact on the microstructure and the electrochemical performance of the electrode. To identify the root cause of the radiation damage, a wire‐shaped electrode is soaked in an electrolyte in a quartz capillary and monitored using TXM under hard X‐ray illumination. The results show that expansion of the carbon–binder matrix by the accumulated X‐ray dose is the key factor of radiation damage. For in situ TXM tomography, intermittent X‐ray exposure during image capturing can be used to avoid the morphology change caused by radiation damage on the carbon–binder matrix.     

钒元素的化学和应用

钒元素是稀有金属元素,也是人体必需的微量元素。钒元素化学已有200年的历史。简要介绍了钒元素化学,重点介绍了钒元素在工业催化、二次电池、酶催化等领域的应用,以及在医学领域中作为抗糖尿病药物和抗癌药物的应用及研究。     

论证图-促进初学者学习科学论证的有效工具

以Chrysi和Douglas提出的论证图为基本范式,对其进行优化,并提炼出论证图的4大基本要素,即中心议题、支持性证据、反对性证据和层次等级,论述了论证图促进初学者学习科学论证的工具性作用：为科学论证搭建脚手架,使论证过程可视化和有利于学生论证能力的评估。提出了基于论证图进行科学论证的4个步骤：中心议题的选择、证据的搜集、层次等级的绘制和科学论证的展开,并以"原电池"的教学设计为例进行说明。     

熵理论指导下的化学开放性教学模式探究

熵定律这一自然界的重要定律也被认为是“一种新的世界观”。熵是一个不断被深化与泛化的概念。教学过程也是不断从低级有序向高级有序转化的过程,即是从“高熵”走向“低熵”。用熵理论指导开放性教学模式,以“化学能转化为电能”为例进行课堂教学,从低级有序状态到非平衡态,输入新的教学手段、教学方式--涨落,通过非线性作用达到新的高级有序阶段。为学生的学习创造了一个广阔的思维空间和全方位、多层次、多渠道的学习环境。     

锂离子电池正极材料LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O2和LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O2/LiFePO4容量衰减原因分析

采用湿法球磨法制备了锂离子电池混合正极材料LiNi _0.5Co _0.2Mn _0.3O₂/LiFePO₄ (NMC532/LFP). 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试和电化学阻抗谱测试(EIS)等方法研究对比了LiNi _0.5Co _0.2Mn _0.3O₂(NMC532)和LiNi _0.5Co _0.2Mn _0.3O₂/LiFePO₄ (NMC532/LFP)的容量衰减机理,结果表明：循环50次和60℃高温存储后,NMC532/LFP的容量保持率分别为97.80%、86.48%,其循环和高温存储性能较好. 循环和高温存储后NMC532和NMC532/LFP的电荷传递阻抗Rct明显增大,但NMC532/LFP的Rct较小. NMC532和NMC532/LFP的I(003)/I(104)值都有所减小,但NMC532/LFP的I(003)/I(104)值比NMC532的大,即NMC532/LFP材料的阳离子混排现象有所改善. 循环后NMC532、NMC532/LFP颗粒没有出现明显的表面开裂和链接断裂现象,但NMC532颗粒有部分发生粉化. 高温储存后NMC532颗粒表面出现裂纹,且颗粒之间的链接断裂,NMC532/LFP颗粒表面出现轻微粉化. 材料结构规整度下降,阳离子混排程度加剧,电荷传递阻抗增大是NMC532和NMC532/LFP容量衰减的主要原因.     

阻燃剂对5Ah锂离子软包电池倍率性能和安全性能的影响研究

在电解液中加入不同含量(5 %,10 %,20 %)的阻燃剂,研究了其对LiNi _0.4Co_0.2Mn_0.4 O₂三元材料作为正极材料组装的5 Ah锂离子软包电池的倍率性能、过充性能和短路性能的影响. 实验结果表明,电解液中5 %体积含量的阻燃剂使软包电池在1C和2C放电时,具有最好的倍率性能;当阻燃剂的体积含量提升到20 %,在过充时,电池表面温度升高的最少;在短路实验时,电池不起火、不爆炸.     

氮掺杂硅酸亚铁锂正极材料的制备及电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂的硅酸亚铁锂正极材料.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、充放电测试和交流阻抗测试（EIS）等对材料的结构及电化学性能进行了表征.结果表明,N元素已掺杂到Li₂FeSiO₄材料晶格中,样品具有较小的颗粒尺寸和优异的动力学性能,表现出较好的充放电比容量和倍率特性,首次放电比容量为130 mA·h/g,循环50次后比容量仍可达到124 mA·h/g,容量保持率高达95%.     

基于静电纺丝和静电喷射技术的P(VDF-HFP)/Al2O3/P(VDF-HFP)复合隔膜的制备与电化学性能分析

通过静电纺丝和静电喷射技术, 将三氧化二铝(Al₂O₃)纳米颗粒沉积在两层聚四氟乙烯六氟丙烯[P(VDF-HFP)]静电纺丝隔膜之间, 制备出了具有“三明治”结构的P(VDF-HFP)/Al₂O₃/P(VDF-HFP)复合锂离子电池隔膜. 分析了隔膜的形态结构、 热收缩性能、 拉伸性能、 电化学性能以及隔膜在电池中的循环性能. 测试结果表明, 该复合隔膜比纯P(VdF-HFP)膜拥有更高的吸液率, 隔膜更容易吸收电解液从而形成凝胶聚合物电解质(GPEs). 该复合隔膜的拉伸强度在4 MPa左右, 相对应的断裂伸长率为261.57%. 复合隔膜在室温下的离子电导率为1.61×10^-3 S/cm, 且表现出了较高的电化学稳定性(电化学稳定窗口达到5.4 V). 在电池的循环测试中, 使用钴酸锂(LiCoCO₂)作为正极材料, 由该复合隔膜组装的电池的首次放电比容量达到了理想的水平, 为145 mA·h·g^-1.     

水系锂离子电池负极聚硫代苯醌的合成与电化学性能

通过硫化聚合的方法,以四氯苯醌(TCQ)为单体合成了聚硫代苯醌(PBQS)材料。本文改变S的加入量,探讨了不同摩尔比的S和Na₂S对PBQS电极电化学性能的影响。当S和Na₂S摩尔比为0.4时,形成两个氯原子被硫取代的PBQS-0.4稳定结构。PBQS-0.4电极放电比容量达到140 mAh·g^-1以上,显现出良好的循环稳定性和优异的倍率性能。而当S和Na₂S摩尔比降至0.25时,氯取代不完全、聚合程度不高; S和Na₂S摩尔比增至0.7 : 1时,聚合物中可能形成了不稳定的累积S-S键;上述两方面都导致电极性能明显下降。