锂-空气电池研究进展

 锂-空气电池是通过金属锂与空气中的O₂反应产生电能,它的理论比容量高达3828mAh/g,在电动汽车等领域展现出重要的应用前景。本文综述了近年来锂-空气电池领域的最新研究进展,对有机体系、有机-水混合体系与固态体系三类锂-空气电池的结构与原理进行了分析。总结了有机体系的多孔碳空气电极、催化剂、电解液等方面的研究工作。多孔碳的孔容是决定空气电极比容量最重要的结构参数,具有高孔容的多孔碳可以为放电过程中生成的氧化锂提供更多的储存空间,从而表现出高的比容量,多孔碳的比表面积与平均孔径对比容量也有重要的影响;合适的电催化剂可以有效的降低氧还原反应与析氧反应的过电压,从而提高能量效率;具有高极性、低黏度、低吸湿性、高溶解氧的电解液有利于改善电池的相关性能。总结了有机-水混合体系的隔膜、电解液等方面的研究工作。对有机相与水相电解液均具有良好抗化学腐蚀性的超级锂离子导通玻璃膜是目前有机-水混合体系研究的关键。总结了固态体系最新的研究进展。此外,展望了锂-空气电池领域今后的发展方向。     

国外锂-空气电池研究的数据统计与情报分析

锂-空气电池具有诸多优点,特别是其极高的能量密度,引起了研究人员的广泛关注。但是,电极副反应、锂片腐蚀、电解液分解和挥发等问题都严重影响锂-空气电池的实际应用。通过对国外锂-空气电池的最新研究文献进行数据统计,分别从发表时间、作者署名机构、机构所属国家、发表文献类别、发表文献的刊物和文献主题内容方面进行分类和情报分析,以期为国内研究人员的研究工作提供一定的参考与帮助。     

LiODFB电解液的高低温性能

采用DSC、电化学工作站和电池测试系统研究LiODFB/(EC+DMC+EMC)和LiPF6/(EC+DMC+EMC)电解液的热稳定性、高低温下的电化学窗口及其对铝箔集流体的稳定性、LiFePO4/G(石墨,graphite,简称G)电池在60和-20℃的高循环性能,通过SEM分析循环后的正负极极片形貌,探索高低温下电解液与极片的相互作用机理.研究结果表明:LiODFB电解液在250℃才会分解,而LiPF6电解液的分解温度为120℃;在-20和60℃时,LiODFB电解液的电化学窗口及其对集流体铝箔的稳定性比LiPF6电解液的大;以LiFePO4/G为电极的LiODFB电池在-20和60℃循环100次后的容量保持率均比LiPF6电池的大,LiODFB电解液能够帮助石墨表面SEI膜的形成,而LiPF6电解液在高温下会产生HF破坏SEI膜,致使电池性能降低.     

天然石墨在室温离子液体电解液中的嵌脱锂性质

室温离子液体是现代化学中的先进液态功能材料之一,用作锂离子电池电解液具有导电性好、不燃烧和易回收等突出优点,是未来动力锂离子电池理想的电解液组分[1].然而,由于离子液体的造价高、粘度大且与电极活性物质的浸润性差,将其用于锂离子电池还需要大量的基础研究工作[2]. 本文研究了天然石墨负极材料在室温离子液体电解液中的电化学嵌脱锂性质,选用多种有机电解液添加剂改善了离子液体电解液与石墨类负极材料的相容性,报道了一种在锂离子电池中有应用前景的室温离子液体电解液体系.1　实验部分　等摩尔的溴化三甲基己基铵(TMHABr)和二(…     

基于EDOT原位包覆碳硫复合物锂硫电池的正极设计及其性能研究

锂硫电池被认为是最有前途的高能量密度储能系统,但充电过程中多聚硫化物的溶解限制了活性材料的利用率和循环稳定性,影响了锂硫电池的实际应用.通过电化学聚合电解质中所含的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体,使其在正极碳硫复合物表面原位形成聚乙烯二氧噻吩包覆层.在电池内部原位形成包覆层,可以增加电解液与活性物质的浸润性,提高Li+电导率,从而增加活性物质利用率.通过极性-极性键吸附多硫化物,抑制穿梭效应,从而提高循环稳定性.实验结果显示,添加50 mmol/L EDOT的锂硫电池的初始放电比容量为1155 mA·h/g,200次循环比容量仍高达770 mA·h/g,优于未添加EDOT的锂硫电池.     

科学家利用石墨烯提高锂电池容量

美国西北太平洋国家实验室(PNNL)的研究团队利用新途径,构建出了可用于锂空气电池的多孔分层石墨烯。这种基于气泡构建的石墨烯结构的形态与破损的蛋壳相似,可大大提高锂空气     

Li/MnO2电池电解液阻燃剂的研究

为了降低Li/MnO2电池电解液的可燃性、提高电池的使用安全性,本文研究了以DMMP(Dimethyl methylphosphonate,甲基膦酸二甲酯)和TCEP(Tri(2-chloroethyl)phosphate,磷酸三(2-氯乙基)酯)作为阻燃添加剂,LiClO4为电解质盐的新型电解液,分别比较了添加DMMP和TCEP对电解液阻燃性、电池交流阻抗和放电性能的影响.     

改进的固相法制备电解质锂盐LiBOB及其纯度测定

用改进的固相法合成一种新型电解质锂盐——双乙二酸硼酸锂(LiBOB):首先将脱去结晶水的H2C2O4与LiOH·H2O研磨混匀,在60℃预热2h后分批加入H3BO3,然后,于真空条件下在70℃和100℃分别保温6h和3h,得到LiBOB粗产品。对LiBOB粗产品用重蒸乙腈进行2次纯化,分别对2次提纯后的LiBOB样品纯度进行测定。用经2次提纯后的LiBOB配制成0.7mol/LLiBOB-PC/EMC/DMC(V(LiBOB):V(EMC):V(DMC)=1:1:1)电解液,并在-40.0～60.0℃对其电导率进行测定。用该电解液体系组装电池,进一步测定电池的循环性能。研究结果表明:1次纯化后的样品纯度≥98.1%,2次纯化后的样品纯度≥99.6%;LiBOB所配制的电解液在较宽温度范围内的电导率较高,说明所制LiBOB已达到用作电池电解质锂盐的标准。     

美国科学家利用石墨烯提高锂离子电池容量

<正>据外媒报道,美国西北太平洋国家实验室(PNNL)的研究团队利用新途径,构建出了可用于锂空气电池的多孔分层石墨烯。这种基于气泡构建的石墨烯结构的形态与破损的蛋壳相似,可大大提高锂空气电池的储能容量,未来有望取代应用于电动汽车的传统光滑石墨烯片,解决普通石墨烯     

锂离子电池材料探析

锂离子电池是高效的能量转化和存储设备。锂离子电池材料对其性能有着直接的影响。现阶段,锂离子电池的正极材料主要有层状的钴酸锂（LiCoO2）,氧化镍锂（LiNiO2）,锰酸锂（LiMnO2）和磷酸铁钽（LiFePO4）等;负极材料主要有各种碳材料与一些非碳负极材料,如硅和钛酸锂（Li4Ti5O12）;电解液主要为非水系电解液;隔膜主要为聚烯烃隔膜。锂离子电池不同构成部分的材料,有着一定的发展．应用历程,对其进行探完,具有广泛的应用前景。     

一种微型锌/空气电池的开发

针对微型自治系统的应用要求,提出了一种具有层状锌电极/碱性电解液/空气阴极结构的微型平板锌空气电池.设计了一种具有高密度微小柱体结构的三维锌电极来获得高空隙率,从而提供最佳的性能.针对所开发的微型电池,根据锌在电解液中的电化学反应原理和电池中的传质过程,综合考虑了质量和电荷守恒定律、液相中的欧姆定律、固相中的电流传输(Buter-Volmer方程),以及锌分解的析出/分解速率和动力学速率,建立了理论模型,在此基础上模拟并讨论了微型电池的性能.采用四掩模工艺制造了原型微型电池.初步试验结果表明,这种微型电池能够提供的最大功率为5 mW,在2 h内可以稳定提供的平均功率为100ìW.尽管这种微型电池的制造工艺仍然有待进一步优化,但是初步的试验结果已经表明,电池的结构设计和计算机建模结果是令人满意的,这种锌空气电池的概念用于微型自治系统是可行的.     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

德国加拿大名校联合研发新型锂-硫电池取得重大进展

德国慕尼黑大学和加拿大滑铁卢大学的研究人员，联合研发新型锂-硫电池取得重大进展。研究人员应用纳米技术对锂-硫电池技术进行重大改进，使用碳纳米微粒构成多孔电极，使吸附硫的能力大大增强，使电池达到最高的性能，未来有望替代目前的锂离子电池。     

锂-氧气电池锰氧化物电催化剂研究

制备了一系列锰系氧化物的纳米棒,作为锂空气电池中的催化剂,对其放电容量和循环性能进行了测试．结果表明高比表面的催化剂有利于Li2O2的分解,使电池的循环性能大大的提高．以刺球型γ-MnO2为催化剂的锂空气电池具有最高的可逆比容量,循环5圈后仍有2350mAh·g^-1,相对整个电极的比容量为1175mAh·g^-1,是常规锂电池的10倍．根据不同MnO2催化剂所表现出的不同催化性能,提出了可能的催化剂失效机理．     

绿色电池发展现状和前景分析

<正> 国内外信息技术迅猛发展,信息通讯产业已经成为国民经济和社会发展的支柱产业之一。由此也极大地推动了新型绿色电池技术的发展及其产业化进程。作为通信使用的电池,以下新型绿色电池技术和相关产业发展尤为迅速。 1.贮氢材料及金属氢化物镍蓄电池 2.锂离子嵌入材料及液态电解质锂篱子蓄电池 3.聚合物电解质锂蓄电池或锂离子蓄电池 4.锌空气电池和PEM燃料电池     

电动汽车动力电池技术研究进展

 从锂离子电池材料技术、单体电池、电池系统等几个方面对锂离子动力电池的发展进行了评述。锰酸锂一般应用于轻型电动车辆,也可与三元材料混合提升新能源车辆用电池的安全性和倍率性能;磷酸铁锂适用于中等比能量要求的动力电池;三元材料通过材料、隔膜涂层和电池技术的改进提升安全性后适用于高比能量型电池;石墨负极目前仍然是广泛应用的负极材料,在碳负极材料中添加硅等高容量材料的努力仍在进行中,液体电解液在向高电压和宽工作温区方向发展;小圆柱电池、方形金属壳电池和软包电池各有特点,适应了多元化的电动汽车应用需求,国产制造设备技术水平持续提升,电池系统技术方面需要整车和电池方面合作努力以提升安全性和可靠性。锂离子动力电池是目前最具实用价值的动力电池,预期其比能量在不久的将来可提升至300 (W·h)/kg,满足新能源汽车产业未来10年的发展需求。     

材料对锂离子电池热稳定性的影响

采用差示扫描量热法研究锂离子电池材料包括导电剂、粘结剂、电解液、Li0.5CoO2与LiC6对锂离子电池热稳定性的影响,并对由这些材料制备的063048型方形锂离子电池进行安全性测试.研究结果表明:锂离子电池的热稳定性受正极、负极及电解液3种因素的影响,电池热反应释放的热量由大到小顺序为:负极、正极、电解液.负极反应热主要来源于LiC6与粘结剂及电解液之间的反应,且与粘结剂的性质、用量及电解液用量有关;正极反应热主要来源于Li0.5CoO2的分解反应及其分解产生的氧气与有机溶剂之间的燃烧反应.聚偏二氟乙烯粘结剂比丙烯酸系水基粘结剂的热稳定性高,导电碳黑导电剂的热稳定性比乙炔碳黑导电剂的热稳定性高.过充实验结果表明,聚偏二氟乙烯粘结剂及导电碳黑能显著提高LiCoO2/石墨型锂离子电池的热稳定性.     

不同锂盐电解液对磷酸亚铁锂电化学性能的影响研究

目的研究LiFePO4在不同锂盐电解液体系中的电化学性能。方法采用恒电流充电、放电和循环伏安方法来进行相关研究。结果在不同锂盐(LiClO4、LiBF4以及LiPF6)和不同碳酸酯混合溶剂(EC-DEC、EC-DMC或者PC-DMC)所组成的电解液中,电极材料在1 M LiClO4/EC-DMC和1 M LiPF6/EC-DMC电解液中的电化学性能较好。其中在1 M LiClO4/EC-DMC电解液中充放电容量最高,而在1 M LiBF4/EC-DMC电解液中的充电、放电容量最低。结论锂盐本身及电解液的电导率对磷酸亚铁锂电化学性能有较大的影响。     

共溶剂对石墨电极界面SEI膜成膜机制和膜性能的影响

在锂离子电池负极材料中 ,石墨类炭材料具有优良的嵌脱锂性能、充放电电位平台低且平稳、循环性能稳定等突出优点 ,仍然是目前锂离子电池的首选负极材料 .本文选用具有良好贮锂结构的人工石墨为研究对象 ,组配了 6种常用的电解液体系 ,考察了石墨电极在不同化学组成的液体非水电解质体系中的电化学嵌脱锂性能 ,确定了电极界面SEI膜的化学组成 ,探讨了共溶剂对电极界面SEI膜成膜机制和膜性能的影响 .以碳酸乙烯酯 (EC)为主体溶剂 ,分别与共溶剂组分二甲基碳酸酯 (DMC)、二乙基碳酸酯 (DEC)、二甲氧基乙烷 (DME)按1∶1混合 ,使用无水L…     

锂—氧化铜电池反应机理：Ⅱ.交流阻抗法研究阴极过程

本文测量了锂－氧化铜电池和锂－氧化亚铜电池阴极阻抗随电位的变化，与前文［６］中报道的阴极光电流变化作了比较，根据能带理论解释了实验现象。结果表明，锂－氧化铜电池阴极过程中，阴极电位为２．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＾＋）时，电解液中锂离子开始嵌入氧化铜晶格；当阴极电位降到２．３Ｖ以下时，有后续反应发生，生成氧化亚铜等新相；氧化亚铜的还原开始于１．９Ｖ左右，还确定了锂电池体系中，氧化亚铜和氧化铜电极的平带