锂离子电池参数监测中的光纤传感技术

近年来锂离子电池安全事故频发对锂离子电池产业带来比较严重的影响,为减少此类事故发生,可采用电池管理系统对锂离子电池进行安全管理,保证其正常运作。管理过程中利用传感器对电池参数进行监测十分必要,光纤传感器具有体积小、抗电磁干扰能力强、可分布式测量等优势,可实现对锂离子电池的精准监测。文章从锂离子电池监测需求出发,简要介绍了三种主流光纤传感原理,并综述了各种用于锂离子电池监测的光纤传感最新研究成果,最后对光纤传感技术在锂离子电池参数监测中的应用做了展望。     

基于氧化石墨烯的锂硫电池用聚乙烯隔膜的改性

通过简单刮涂法制备了氧化石墨烯(GO)涂覆改性的聚乙烯(PE)隔膜,并分析研究了GO的氧化程度对隔膜电学性能的影响。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电实验、多硫化物透过性测试和交流阻抗等方法对GO及其改性隔膜的结构和性能进行了研究。结果表明:GO改性隔膜可以抑制锂硫电池的"穿梭效应";并且既具有较高的氧化程度,又具有较高的导电性的GO-4改性隔膜的电学性能最优;引入该隔膜的锂硫电池在0.2C条件下,首圈放电比容量为900.0mA·h/g,高于未改性PE隔膜的763.2mA·h/g。     

纳米纤维素/MnO2自支撑锌离子电池正极的制备及其电化学性能研究

以羟基纳米纤维素为原料,利用其表面丰富的羟基还原KMnO 4,在纳米纤维表面原位生成MnO₂纳米颗粒,并与Super P混合,通过简单抽滤的方式获得CNF@MnO₂/Super P自支撑正极。结果表明:无粘结剂的CNF@MnO₂/Super P自支撑正极具有较高的循环稳定性,在0.5 A·g^-1的电流密度下,循环800圈后,容量仍能达到247 mAh·g^-1;均匀分布的纳米MnO₂与Super P能够有效缩短离子和电子扩散路径,大大降低材料的电阻,使正极具有良好的倍率性能,在2 A·g^-1的电流密度下,循环300圈之后,电池容量仍保持在175 mAh·g^-1,库仑效率~99%;利用该正极良好的延展性,制备了软包电池,并表现出了较高的循环稳定性和容量保持率,该工作为柔性无粘结剂的水系Zn-MnO₂二次电池的设计开发提供了新的研究思路。     

松针状NiCo2O4@碳布复合材料在锂硫电池中的应用

以碳布（CC）作为柔性基底,采用水热法在其表面原位生长松针状网络结构NiCo₂O₄,制得NiCo₂O₄@CC复合材料,并应用于锂硫电池。NiCo₂O₄在碳纤维表面竖直生长形成三维纳米针簇网络,为硫的存储提供更多的空间,有效缓解硫电极的体积膨胀。通过吸附实验,证明了NiCo₂O₄@CC能有效吸附多硫化物,从而抑制多硫化物的穿梭效应。与CC/S相比（933 mAh·g^-1）,NiCo₂O₄@CC/S复合材料用于锂硫电池具有更优异的电池性能,在0.1C下初始放电比容量高达1 467 mAh·g^-1,在0.2C下初始放电比容量为1 098 mAh·g^-1,经200次循环后,放电比容量仍然保持在879 mAh·g^-1,平均每圈衰减率为0.09%,表现出良好的循环性能。     

乙炔黑涂层对锂硫电池性能的影响

锂硫电池的循环放电稳定性较低,因此我们采用一种低成本的方法改善锂硫电池的性能,即在硫电极表面制备乙炔黑涂层并测试了材料的形貌结构及电化学性能。结果表明,在硫含量（质量分数）70%的硫-乙炔黑复合材料中,硫附着在乙炔黑颗粒表面。接着在硫电极表面制备了厚度15 μm左右的乙炔黑涂层,乙炔黑涂层-硫电极的氧化反应电位低于硫电极,说明乙炔黑涂层有助于硫电极氧化反应的进行。与硫电极相比,乙炔黑涂层-硫电极活性物质的聚集程度低于硫电极,乙炔黑涂层-硫电极具有更高的放电比容量和循环放电稳定性。在150次循环充放电后,乙炔黑涂层-硫电极的放电比容量为894 mAh·g^-1。     

Energy Storage Materials from Nature through Nanotechnology: A Sustainable Route from Reed Plants to a Silicon Anode for Lithium‐Ion Batteries

Silicon is an attractive anode material in energy storage devices, as it has a ten times higher theoretical capacity than its state‐of‐art carbonaceous counterpart. However, the common process to synthesize silicon nanostructured electrodes is complex, costly, and energy‐intensive. Three‐dimensional (3D) porous silicon‐based anode materials have been fabricated from natural reed leaves by calcination and magnesiothermic reduction. This sustainable and highly abundant silica source allows for facile production of 3D porous silicon with very good electrochemical performance. The obtained silicon anode retains the 3D hierarchical architecture of the reed leaf. Impurity leaching and gas release during the fabrication process leads to an interconnected porosity and the reductive treatment to an inside carbon coating. Such anodes show a remarkable Li‐ion storage performance: even after 4000 cycles and at a rate of 10 C, a specific capacity of 420 mA h g^?1 is achieved.     

钨掺杂对锂离子电池LiNiO2正极材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了钨掺杂镍酸锂正极材料(LiNi_(1-x)W_xO_2,x=1%、3%),研究了钨掺杂对LiNiO_2正极材料电化学性能的影响。结果表明,钨掺杂明显地改善了LiNiO_2的充放电循环性能,在100 mA·g~(-1)的电流密度和2.5～4.5 V电压范围的测试条件下,LiNi_(0.99)W_(0.01)O_2材料循环400次后的容量保持率为62.51%,而LiNiO_2在相同循环条件下的保持率仅为47.06%。同时,钨掺杂也提升了LiNiO_2的充放电倍率性能,掺杂材料在每一个倍率下放电比容量均高于未掺杂材料。     

Achilles’ Heel of Lithium–Air Batteries: Lithium Carbonate

The lithium–air battery (LAB) is envisaged as an ultimate energy storage device because of its highest theoretical specific energy among all known batteries. However, parasitic reactions bring about vexing issues on the efficiency and longevity of the LAB, among which the formation and decomposition of lithium carbonate Li₂CO₃ is of paramount importance. The discovery of Li₂CO₃ as the main discharge product in carbonate‐based electrolytes once brought researchers to “the end of the idyll“ in the early 2010s. In the past few years, tremendous efforts have been made to understand the formation and decomposition mechanisms of Li₂CO₃, as well as to conceive novel chemical/material strategies to suppress the Li₂CO₃ formation and to facilitate the Li₂CO₃ decomposition. Moreover, the study on Li₂CO₃ in LABs is opening up a new research field in energy technology. Considering the rapid development and innumerous emerging issues, it is timely to recapitulate the current understandings, define the ambiguities and the scientific gaps, and discuss topics of high priority for future research, which is the aim of this Minireview.     

锂离子电池负极材料Li3V2(BO3)3/C 复合材料的合成及电化学性能研究

本文以草酸锂、五氧化二钒、硼酸为原料,二水合草酸为碳原和还原剂,无水乙醇为分散剂,采用球磨法合成了Li₃V₂(BO₃)₃/C（LVB/C）复合材料前驱体,后经高温热处理得到LVB/C复合材料. 采用TG-DTA技术对前驱体进行了热分析,通过XRD、SEM、EDS等技术研究了烧结条件对 LVB/C 材料的晶体结构、微观形貌、含碳量的影响. 通过恒流充放电测试、循环性能测试、循环伏安测试和电化学阻抗测试等技术研究了烧结条件对 LVB/C 材料电化学性能的影响. 电化学测试结果表明,800 ℃下烧结10 h得到的样品电化学性能最佳,在50mA•g^-1电流密度下,首次充放电比容量分别为427.6mAh•g^-1和669.1 mAh•g^-1,循环10次后,容量保持率分别为55.4 %和35.2 %.     

锂/钠离子电池材料的固体核磁共振研究进展

固体核磁共振技术是一种定量分析固体材料结构与组成的强有力手段,结合固体核磁共振和常规x-射线衍射(XRD)、 x-射线吸收谱(XAS)等表征方法可对锂/钠离子电池材料在电化学反应中的结构演化过程进行全面的分析. 例如通过固体核磁共振研究, 可获得不同合成与修饰条件下, 锂/钠离子电池电极和电解质材料体相以及电极/电解质界面层的化学组成、局域结构和离子扩散动力学等信息,为高性能电池材料的设计和研发提供重要的基础数据. 本文结合本课题组的研究工作,综述了近三年来国内外固体核磁共振技术在锂/钠离子电池电极、电解质材料以及固体电解质界面膜（SEI）研究中的应用和进展.