钛酸锂负极的相分离机制

尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为锂离子电池负极材料具有长寿命、高稳定性的特点,是高功率锂离子电池的理想选择,对发展电动汽车以及智能电网有重要意义.结合球差校正透射电镜(STEM)、电子能量损失谱(EELS)和理论计算,在原子尺度观测到了尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)的结构,实现了对脱嵌锂过程的直接观测与表征.在锂化过程中,出现一个近似理想的异质界面(Li₄Ti₅O₁₂/Li₇Ti₅O₁₂),界面两侧Ti离子呈不同价态分布(Ti3+/Ti4+).而随着锂离子在材料中的嵌入和脱出,TiO₆八面体里面的Ti—O键会产生相应的收缩或拉伸(“呼吸”模型),而这种键长的变化直接导致材料在不同区域的电子电导率产生质的变化(由绝缘体的Li₄Ti₅O₁₂向近似导体的Li₇Ti₅O₁₂转变),而基本不影响材料的离子电导率,这是材料具有优良倍率性能的重要条件.借助原子分辨的EELS分析研究锂化以后的Li₇Ti₅O₁₂表面, 观测到材料表面的Ti3+自发氧化成Ti4+,这个电荷转移过程可以诱导电极材料界面上的副反应,可以合理解释钛酸锂电池产气的原因.进一步将钛酸锂电池用于储钠研究发现了晶格中存在Li₄Ti₅O₁₂/Li₇Ti₅O₁₂/Na₆LiTi₅O₁₂三相分离机制,深化了对电极材料过程动力学的认识.这些重要研究结果为钛酸锂的工业化应用提供了重要的结构基础与理论指导.     

Janus CoSTe单层膜在Li- S电池中的应用研究

开发新的亲硫催化材料是解决锂硫电池正极多硫化锂存在的严重的穿梭效应和缓慢的动力学转化等问题的有效方案。构建了一种潜在的锂硫电池正极锚定材料—Janus过渡金属二硫属化物CoSTe单层膜,采用第一性原理计算发现多硫化物Li₂S_n团簇在CoSTe单层膜表面吸附能适中(0.88～2.85 eV),大于石墨烯表面和有机电解液中的吸附能,且高阶Li₂S_n团簇的表面吸附在一定范围内得到了优化;Li₂S_n团簇的分解不太容易自发地在CoSTe膜层上发生;Li₂S_n团簇在CoSTe单层膜表面的扩散有其微观上的“通道”;Li₂S的解离能优于石墨烯表面,CoSTe单层膜比石墨烯表面更利于硫还原反应的顺利进行;CoSTe单层膜的金属特性在吸附Li₂S_n团簇后得以保留。综上,理论上Janus CoSTe单层膜表面在锂硫电池电极中具备优异的电化学性能,具有开发应用的潜力和价值...     

高能量密度全固态锂金属电池Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12基锂硼负极的制备及性能

采用熔融态金属锂与高纯硼粉复合制备了锂硼复合材料并应用于固态电解质(Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂, LLZTO)制作对称电池，对比研究了锂硼复合固态对称电池与锂金属固态对称电池的电化学性能。结果表明:锂硼复合固态电池界面阻抗(约6 Ω/cm2)小于金属锂固态电池的界面阻抗(约103 Ω/cm2)，说明锂硼复合电极和固态电解质接触良好；在400 μA/cm2的电流密度下进行充放电测试，锂硼复合固态对称电池可以稳定循环250次以上，而金属锂固态电池很快失效；锂硼复合固态对称电池在0.1 mAh保持容量下的临界电流密度达到2 700 μA/cm2，在0.1 mA/cm2电流密度下的面容量可达12 mAh/cm2。研究表明该锂硼复合固态对称电池具有优异的循环性能。     

优化富锂材料亮相分布提高结构稳定性及抑制电压衰减

富锂材料虽然具有超高的比容量，但由于氧的氧化还原不完全可逆，因此会出现电压衰减和结构不稳定的现象。本文首次采用分布共沉淀的方法以通过控制过渡金属元素的分布来实现对两相分布的调控。经过检测发现成功的增加了颗粒内部中LiMO₂（M = Ni、Co、Mn）相的含量以及颗粒表面Li₂MnO₃相的含量，并在表面形成了Li₄Mn₅O₁₂尖晶石相。这使得材料表现出优异的电化学性能:LR（原始）在 1 C 500 圈循环后的放电比容量为 72.7 mAh?g?1，而GR（改性样品）的放电比容量仍为 137.5 mAh?g?1。在1 C循环220圈后，GR 的放电中压仍然保持在3 V以上。因此，通过调节两相的局部状态可以有效地稳定材料结构和抑制电压衰减。     

锰酸锂动力锂离子二次电池中主要化学元素的回收研究

介绍了锰酸锂废旧锂离子电池经放电处理后, 再对其进行拆解→活性物质剥离→酸溶→沉淀回收Mn、Li等工艺处理, 有效地回收了其中的锰和锂。实验结果表明：用2mol·L^-1的HNO₃+1mol·L^-1的H₂O₂体系,在固液比为65g·L^-1的情况下对经过600℃处理的锰酸锂进行酸溶效果最佳,LiMn₂O₄的溶解率为100％,锰的回收率达98％,所得Li₂CO3沉淀纯度可达97％以上。     

硅和锂的物质的量之比对二硅酸锂玻璃陶瓷组织结构和抗弯强度的影响

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)和常压烧结工艺制备了用于牙科修复的二硅酸锂玻璃陶瓷(LDGC)，研究了原料配比中硅(Si)和锂(Li)的物质的量之比(M)及温度对LDGC物相成分、显微结构和力学性能的影响.结果表明：M越高，煅烧温度越高，越有利于二硅酸锂(Li₂Si₂O₅)相的形成.850℃烧结，M为1.54的LDGC抗弯强度可达168.6 MPa，孔隙率仅为0.3%.同时，也讨论了溶胶-凝胶法制备LDGC相较于传统熔融法的优势与不足，所制备的高强度LDGC在牙科修复领域具有广阔的发展前景.     

正极材料镍锰酸锂LiNixMn1-xO2(0x<1)的合成与电化学性质的研究

在高温下合成了球型的锂离子二次电池正极材料镍锰酸锂(LiNi_xMn_1-xO₂(0x<1))。作为反应物质的球型镍锰碳酸盐是采用均相沉淀法合成。文章讨论了不同的镍、锰含量对产物形貌、结构和电化学性能的影响。所生成的镍锰酸锂LiNi_xMn_1-xO₂颗粒由一级晶粒构成,具有较大的比表面积,经过X射线粉末衍射的分析,在006和102以及008和110分峰明显,为典型的层状盐结构。根据实验结果,在不同的n(Ni)/n(Mn)比例有不同的最佳反应温度,x=0.5时,合成温度1000℃时,其放电比容量为153mAh/g,循环性能很好。     

磷酸铜表面修饰富锂层状正极材料的制备及电化学性质

用溶胶 凝胶法制备富锂锰基层状正极材料Li_1.18Ni_0.15Co_0.15Mn_0.52O₂, 并对其进行Cu₃(PO₄)₂表面修饰. 用X射线衍射, 扫描电子显微镜和红外光谱测试样品的表面形貌, 并对样品进行恒电流充放电测试及电化学阻抗谱测试. 结果表明: Cu₃(PO₄)₂均匀包覆在材料表面, 以非晶态存在, 修饰后Li+在过渡金属层中的有序排列被破坏; 表面修饰后富锂材料的首圈库仑效率由77%提高至94%； 表面修饰前后材料的初始放电比容量均为244 mA·h/g, 100圈循环后经Cu₃(PO₄)₂表面修饰的富锂材料的放电比容量为203 mA·h/g, 容量保持率为83%； 表面修饰后的材料在3.0,2.7 V出现了一对氧化还原峰, 相对应在充放电曲线出现新平台; Cu₃(PO₄)₂修饰后富锂层状正极材料的阻抗明显减小.     

Li4Ti5O12/石墨负极材料的湿法制备与电化学表征

以无水乙醇为溶剂,醋酸锂、钛酸丁酯和石墨为原料,采用湿法制备了Li₄Ti₅O₁₂/石墨复合材料.采用X-射线衍射、红外光谱、扫描电镜和电化学测试等对合成产物进行了表征.结果表明：600 ℃氩气气氛中煅烧6 h可制得碳质量分数5%左右的Li₄Ti₅O₁₂/石墨复合材料,其可逆容量达到167.1 mAh·g^-1;经80次循环后,0.1C放电时,容量保持率为99.0%,2.0 C放电时容量保持率达到105.1%.与纯Li₄Ti₅O₁₂相比,Li₄Ti₅O₁₂/石墨复合材料具有更好的循环性能和倍率性能,是一种优良的锂离子电池负极材料.     

NaCl?CaCl2熔盐回收废旧锰酸锂电池中金属锰的电化学方法

750°C条件下NaCl?CaCl₂熔融盐中直接电解还原LiMn₂O₄回收金属锰为废旧锂离子电池的回收提供了新的思路。采用电化学手段研究LiMn₂O₄在涂覆电极表面的还原过程，结果显示，锰酸锂的还原过程是分步进行的，还原过程为Mn(IV) → Mn(III) → Mn(II) → Mn；在电脱氧12 h条件下，0.5?3 V的产物为CaMn₂O₄、MnO、(MnO)_x(CaO)_1?x、Mn，电解电压达到电压在2.6 V时单质锰出现，增加电压可促进锰的脱氧进程。电脱氧随着三相界面的推进由外向芯部逐渐进行，当电压较大时会加快还原反应的动力学过程，并产生两个阶段的三相界面。     

通过构建Li2ZnTi3O8@LiAlO2复合物来实现高性能的储锂材料

立方尖晶石结构的Li₂ZnTi₃O₈（LZTO）具有成本低和安全性高的优势,被认为是代替碳材料作为锂离子电池负极材料的理想选择。然而,Li+和Zn2+离子位于LZTO的四面体位点,在一定程度上阻碍了离子的迁移,导致LZTO电导率差,锂离子扩散系数低。LiAlO₂的包覆有效避免了电极表面与有机电解质的接触,从而减少了副反应的发生。因此,本文采用简单的高温固相法合成了Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂复合材料。结果表明:LiAlO₂改性未改变LZTO的形貌和粒径,但是提高了其结构稳定性、锂离子脱嵌的可逆性和电化学活性,促进了锂离子的迁移。Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂ (8wt%)在0.5 C、1 C、2 C、3 C和5 C时的充电容量分别为203.9、194.8、187.4、180.6和177.1 mAh·g?1,表现出良好的倍率性能。然而,在相同的倍率下,纯LZTO仅有134.5、109.7、89.4、79.9和72.9 mAh·g?1的容量。即使在较大的充放电倍率下,Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂(8wt%)材料也表现出良好的循环性能。在5 C倍率循环150次后后,Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂(8wt%)仍具有263.5/265.8 mAh·g?1的充放电容量。LiAlO₂的引入增强了LZTO材料的电子导电性,使Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂复合材料具有优异的电化学性能。     

超临界溶剂热合成纳米磷酸铁锂晶体生长机制探究

针对目前超临界溶剂热合成纳米磷酸铁锂(LiFePO₄)的晶体生长机制及反应参数影响规律尚不明确的问题,采用超临界溶剂热合成方法在340～400℃反应温度下制备了平均粒径为68～85 nm的LiFePO₄粉体,表征并分析了产物的晶体结构及粒径等性能,评估了超临界乙醇中纳米LiFePO₄晶体生长过程表观活化能及生长机制,并建立了纳米LiFePO₄晶体生长动力学。结果表明,纳米LiFePO₄在超临界溶剂中的生长过程对其最终尺寸起主导作用,且生长过程受表面反应控制,符合多核控制的二阶生长动力学。纳米LiFePO₄产物的电化学性能测试表明,在400℃下获得的样品在0.1C(C为电池充放电倍率)倍率下的初始放电比容量达到153.5 mA·h/g,放电倍率提高至5C时容量保持率为68.3%。在340℃反应温度下：所得产物中的杂质(Li₃Fe₂(PO₄)₃和Fe₃...     

锂离子电池电极材料Li4Ti5O12@TiO2的制备及性能

用水热法制备Li₄Ti₅O₁₂@TiO₂复合材料与同样方法制备的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂进行对比.对2种材料采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光电子能谱仪(XPS)进行表征;N₂吸附-脱附曲线进行比表面积分析;恒电流充放电测试和电化学交流阻抗(EIS)技术进行电化学性能分析.结果表明Li₄Ti₅O₁₂@TiO₂和Li₄Ti₅O₁₂均呈颗粒状,粒径分别约为50和70 nm.XPS分析显示Li₄Ti₅O₁₂@TiO₂中的Ti为+4价态.电化学测试结果显示Li₄Ti₅O₁₂复合了锐钛型TiO₂...     

Mg2+掺杂对锰酸锂正极材料电化学性能的影响

尖晶石型LiMn₂O₄正极材料的电压平台高、原料来源丰富、生产成本低廉,但由于Jahn-Teller效应导致晶格畸变和Mn³⁺歧化分解导致过渡金属锰的溶解严重影响电池的循环性能。本文探究了不同Mg²⁺掺杂量对LiMn₂O₄正极材料电化学性能的影响。采用高温固相法制备了LiMg₍(x))Mn₍(2-x))O₄(x=0,0.01,0.03,0.05)样品,并对其组织结构和电化学性能进行分析。结果表明,所有样品均为立方尖晶石结构,呈截断八面体形貌。电化学性能测试表明,当x=0.03时,LiMg_0.03Mn_1.97O₄样品在0.2 C下具有较高的放电比容量和最高的首次库伦效率(98.44%),循环稳定性最佳;在0.5 C下循环100圈后仍具有119.3 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达92.62%。     

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。     

层状化合物K0.81Li0.27Ti1.73O4的合成

研究以K₂CO₃,Li₂CO₃和TiO₂为反应原料合成层状钛酸盐K_0.81Li_0.27Ti_1.73O₄过程中合成条件对产物的影响. 结果表明: 反应温度在
1 000~1 200 ℃, 反应原料配比为n(K₂CO₃) ∶n(Li₂CO₃) ∶n(TiO₂)=(0.405~0.42) ∶(0.135~0.165) ∶1.73时, 均可以得到产物K_0.81Li_0.27Ti_1.73O₄, 延长反应时间及升高反应温度均有利于产物的生成; 在1 200 ℃高温条件下, 使用刚玉坩埚为反应容
器时, 最佳的反应条件是： 反应温度为1 100 ℃, 反应原料配比为n(K₂CO₃) ∶n(Li₂CO₃) ∶n(TiO₂)=0.405 ∶0.135 ∶1.73, 反应24 h.     

Li4Ti5O12材料的固相法制备及其煅烧温度

以Li₂CO₃,TiO₂为原料,无水乙醇为分散剂,采用高温固相法,通过两步煅烧方式制备出不同煅烧温度下的Li₄Ti₅O₁₂粉末材料.采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）表征材料的结构和形貌,采用恒电流充放电、交流阻抗和循环伏安等方法测试材料电化学性能.结果表明：在800 ℃下煅烧6 h后可得到晶型完整的纯相Li₄Ti₅O₁₂,其颗粒均匀分布在200~400 nm.Li₄Ti₅O₁₂在0.5C倍率下首次可逆比容量为157.67 mA·h/g,库伦效率为96.1%,经过100次循环充放电后容量保持率为98.63%;在5C倍率下首次可逆比容量为107.0 mA·h/g,经过1 000次循环充放电后容量保持率为84.1%.     

锆酸锂的合成及其吸收CO2性能研究

以纳米级四方相ZrO₂(t)为反应物,采用高温固相法合成了在高温下可直接吸收CO₂的Li₂ZrO₃材料。用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）分别分析了所合成材料的表面与结构特征,使用热重分析仪（TG）研究了Li₂ZrO₃材料吸收CO₂的性能。实验结果表明,吸收温度影响材料吸收CO₂的性能,500℃下Li₂ZrO₃材料具有最佳的CO₂吸收性能。此外,CO₂气体流量、Li₂ZrO₃材料样品重量以及升温速率均影响材料吸收CO₂的性能。     

PVC-Li4Mn5O12复合离子筛的锂吸附性能

采用PVC粘合成型技术对实验室合成的Li₄Mn₅O₁₂粉体进行成型,制备出直径约为3.5mm的球形PVC-Li₄Mn₅O₁₂复合材料,并通过SEM、孔径分布、吸附动力学和选择性测试等手段研究成型前后离子筛的形貌和吸附性能。结果表明:PVC-Li₄Mn₅O₁₂复合样品中的离子筛仍为纳米棒;且球形离子筛具有较大的比表面积,在模拟卤水中对Li⁺具有良好的选择性吸附性能。     

新型锂二次电池阴极材料Li(Al0.3Co0.)O 2的充放电特性

研究应用于锂二次电池阴极的新型高能量密度存贮材料 Li(Al_xCo_1-x)O₂的充放电特性， 并与相同 条件下制备的传统材料LiCoO₂进行对比. 结果表明， 700 ℃烧结的Li(Al _0.3Co_0.7)O₂有较好的 充放电平台， 电化学容量大于同样条件下制备的LiCoO₂.