电动自行车用铝塑膜锂离子二次电池的研究

研制成功了电动自行车用5·5Ah圆柱型铝塑膜锰酸锂电池,它具有良好的倍率、循环、高低温特性。单体电池通过了GB/T18287—2000的安全试验,所有试验中电池不起火、不爆炸。将单体电池放电到3·0V,然后搁置3个月,电池出现“气胀”,经过循环,“气胀”消失,电池性能没有发生明显的变化。10·8V/5Ah电池组1C,100%DOD循环500次,容量保持在82%。     

高效能液流储能电池新体系探索研究年度报告

我国能源安全和环境污染形势严峻,需要加快可再生能源发展,必须解决高效规模储能技术才能实现稳定供电。液流电池是规模蓄电的首选电源,在电网调峰、可再生能源发电的储能等方面具有巨大的应用前景,其开发对于可再生能源高效利用具有重要的现实意义。为弥补全钒液流电池体系面临的难题,该研究致力于研发液流电池新体系。该年度研究了全铅液流电池、锌镍单液流电池、锌溴液流电池及其材料性能,初步获得了液流电池新体系的设计规律。锌镍液流电池,研究了锌电极特性、正极衰减特性和电池模拟,研制了200Ah的电池单体,组成了38 V200 Ah和38 V600 Ah电池系统,充放电能量效率分别达到79%和74%以上(约1/3C)。研究了倍率性能提升方法,80 m A/cm~2电流密度下能量效率可到80%。研究了锌溴液流电池结构和性能,验证了1 k W/2 k W·h电池系统,充放电能量效率达到75%(约20 m A/cm~2)。研究了HBF4体系全铅液流电池性能,采用亚氧化钛、Ta C等改进了正极,循环稳定性得到提高。申请了10项专利,发表了6篇文章。该研究基本完成了预期计划内容,获得了重要的阶段性结果,为后续的研究推进和成果产出打下了较好基础。     

磁控溅射制备全固态薄膜锂离子二次电池及其性能研究

在SUS304不锈钢衬底上以粉末靶材为溅射靶源,利用射频磁控溅射技术制备出非晶态结构的V2O5、LiPON和LiMnO4薄膜,并借助扫描电子显微镜(SEM)测试手段对薄膜的形态进行表征。用此3种沉积的材料依次作为薄膜电池的负极、固体电解质和正极,金属钒则作为集电极,成功制备出全固态薄膜锂离子二次电池。实验结果表明,截止电位控制在0.3～4.0V之间测试时,该薄膜电池具有良好的充放电特性;经过500次循环后﹐其电化学性能趋于稳定﹐放电容量保持在2.67μAh/cm2左右;采用恒定电流为20μA进行循环性能测试时,首次放电容量达到4.41μAh/cm2,循环寿命则可达到1 500次以上。     

磁控溅射制备全固态薄膜锂离子二次电池及其性能研究

在SUS304不锈钢衬底上以粉末靶材为溅射靶源,利用射频磁控溅射技术制备出非晶态结构的V2O5、LiPON和LiMnO4薄膜,并借助扫描电子显微镜(SEM)测试手段对薄膜的形态进行表征.用此3种沉积的材料依次作为薄膜电池的负极、固体电解质和正极,金属钒则作为集电极,成功制备出全固态薄膜锂离子二次电池.实验结果表明,截止电位控制在0.3～4.0V之间测试时,该薄膜电池具有良好的充放电特性;经过500次循环后,其电化学性能趋于稳定,放电容量保持在2.67 μAh/cm2左右;采用恒定电流为20 μA进行循环性能测试时,首次放电容量达到4.41 μAh /cm2,循环寿命则可达到1 500次以上.     

复合金属氧化物正极材料 Li(CoxNiyMn1-x-y)O2高功率锂离子动力电池的试制及电化学性能的研究

用化学方法合成用于锂离子动力电池正极的新型高电压高容量复合金属氧化物材料Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂试制了具有良好热稳定性的高功率 8 Ah 锂离子动力 电池。在研究了该电池的电化学性能后, 研制了用于混合动力电动车辆的电池系统并进行了车载实验。结果表明该 电池系统在深度放电条件下不仅显现出十分优越的循环性能和一致性, 经过模拟工况测试后的数据还表明单体电池升温最高仅为 5℃, 即电池系统还具有良好的热稳定性, 因此该电池系统是适合用于混合动力电动汽车的。     

膨胀石墨对锂硫电池性能的影响

以热膨胀法制备的膨胀石墨为载硫体,通过熔融法制备出不同含硫量的硫/膨胀石墨复合材料.采用X射线衍射、热重测试、恒流充放电测试、循环伏安法、电化学阻抗谱等多种方法分析了膨胀石墨对锂硫电池电化学性能的影响规律.结果表明:当硫、膨胀石墨质量比为7∶3时,电池具有较高的比容量和较好的循环稳定性,0. 1C首次放电比容量为936 m Ah/g,较纯硫提高了324 m Ah/g;不同倍率下循环50圈以后可逆容量为509m Ah/g,容量保持率为55. 2%,1C倍率下循环100圈后容量保持率为78. 9%,库仑效率接近100%;循环过程中电化学活性最高、极化最小,界面行为良好.     

航天用锂离子电池性能评估

通过对额定容量为10Ah电池的研究，评价了电池的比能量、高低温放电性能、循环性能及电池内阻等．实验表明，电池的能量密度超过150Wh／kg；室温与50℃的对比实验表明，随着放电倍率的增大，50℃时放电平台电压下降得更快；-10℃、-20℃及-30℃时电池放电容量分别为初始容量的97．1％、91．7％及83．3％；0．5C倍率充放电1000次循环后，电池容量仍为初始容量的86．6％；以25％、30％及40％放电深度模拟低轨道卫星做循环寿命实验，表现出良好的循环性能，已达到航天用锂离子电池性能指标．     

基于有限元分析的动力锂离子电池生热特性研究

针对电动汽车用动力锂离子电池的热安全性问题,以某11 Ah动力锂离子电池为例,进行有限元建模分析,分别对锂离子电池单体在不同充放电倍率、不同环境温度以及不同散热条件下的发热情况进行了分析.结果表明,锂电池放电倍率越高温升越高且温度分布越不均匀,良好的散热模式有助于电池温升的抑制和提高电池的热稳定性.定量化的计算仿真结果符合实际,研究结果为该类电池的建模与仿真提供了借鉴和参考,对锂电池单体的设计优化及锂电池热管理系统的研发具有指导意义.     

石墨烯-四氧化三铁微球复合材料的制备及锂离子电池负极性能

采用水热合成法制备了Fe_3O_4微球,并基于静电引力自组装机制,合成了石墨烯-Fe_3O_4微球复合材料(GEFe_3O_4).Fe_3O_4微球在石墨烯表面均匀分布,且实现了石墨烯对Fe_3O_4微球的部分包覆.电化学测试结果表明,在92.6m A/g电流密度下,Fe_3O_4微球的首次放电容量为938.3 m Ah/g,经30次循环,其放电容量衰减为192.5 m Ah/g;GE-Fe_3O_4的首次放电容量为840 m Ah/g,第30次循环的放电容量达803.5 m Ah/g;电流密度升至463 m A/g,经50次循环,GE-Fe_3O_4的放电容量仍有306.6 m Ah/g.与单纯Fe_3O_4微球相比,GE-Fe_3O_4复合材料的锂离子电池负极性能获得显著改善.     

复合金属氧化物正极材料Li(Co_xNi_yMn_(1-x-y))O_2高功率锂离子动力电池的试制及电化学性能的研究

用化学方法合成用于锂离子动力电池正极的新型高电压高容量复合金属氧化物材料Li(CoxNiyMn1-x-y)O2,试制了具有良好热稳定性的高功率8Ah锂离子动力电池。在研究了该电池的电化学性能后,研制了用于混合动力电动车辆的电池系统并进行了车载实验。结果表明该电池系统在深度放电条件下不仅显现出十分优越的循环性能和一致性,经过模拟工况测试后的数据还表明单体电池升温最高仅为5℃,即电池系统还具有良好的热稳定性,因此该电池系统是适合用于混合动力电动汽车的。     

新型材料Na_4MnV(PO_4)_3的电化学性质及其改性

用溶胶-凝胶法制备纯相Na_4MnV(PO_4)_3@C材料,对Na_4MnV(PO_4)_3@C进行石墨烯复合,通过降低材料中Mn含量抑制体系的Jahn-Teller效应,并利用恒流充放电方法测试材料的电化学性能.结果表明:Na_4MnV(PO_4)3@C作为钠离子正极材料,在2.5~4.0V下的比容量为105mA·h/g,平均电压为3.6V,30次循环后的容量保持率为63%;复合后的材料在30次循环后,容量保持率为71%;低锰材料Na_(3.5)Mn_(0.5)V_(1.5)(PO_4)_3@C在2.5~4.2V下的比容量为110mA·h/g,50次循环后的容量保持率为90%,材料的容量保持率得到大幅度提高.     

溶胶凝胶辅助高温球磨合成LiCr_xMn_(2-x)O_4

以氢氧化锂、醋酸铬、醋酸锰为原料,用溶胶凝胶辅助高温球磨法合成了尖晶石型LiCr_xMn_(2-x)O_4(x=0.05,0.1,0.2)正极材料.研究了掺杂不同量Cr对材料的相结构、形貌和充放电性能的影响,并与未掺杂的LiMn_2O_4对比.结果表明:掺杂Cr后材料的容量保持率相对LiMn_2O_4有很大提高;材料的放电比容量随着掺杂量的增大逐渐减小,当x=0.2时放电比容量已低于LiMn_2O_4;当x=0.05时,所制备产物的充放电性能最佳,在0.1倍率下,首次放电容量达到119.6 m Ah/g,循环40次后放电容量保持率为97.4%.而且,从0.1到2.0不同倍率下循环100次后放电容量保持率为96.3%.     

高密度LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2正极材料的合成与研究

用一种改进的氢氧化物共沉淀法制备了粒径均一、近球形的Mn_0.4Ni_0.4Co_0.2(OH)₂, 再通过高温固相合成法制备了高密度的LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂正极材料。结果表明,在沉 淀体系中加入F^-,可以在较为宽松的条件下制备出振实密度为2.3g·cm^-3的LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂正极材料。对产物进行了XRD、SEM和充放电测试。SEM测试结果表明,产物具有良好的形貌; XRD测试表明,产物具有良好的层状结构,无杂质相存在。在充放电电压区间为3.0~4.4V,电流密度为30mA·g^-1时,首次充电和放电容量分别为185和164mAh·g^-1,经过50次循环,放电容量仍能保持90%。     

五氧化二钒纳米颗粒的制备及其电化学性能研究

通过共溶剂水热法制备五氧化二钒纳米棒，使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM、EDS）、电化学工作站和蓝电测试系统对样品的形貌结构和电化学性能进行分析。结果表明，所得样品均为纯V₂O₅相，结晶度较高；金属离子掺杂后V₂O₅的形貌由棒状变成微球状。CV曲线结果表明，该材料作为锂离子电池正极材料时具有良好的可逆性；掺杂金属铜离子的V₂O₅表现出更好的电化学性能，初始比容量为273.30mA·h/g，在循环50次后，容量保持率为99.04%；金属铜离子的掺杂可进一步提高材料的电化学性能。     

Ni3S2-多孔镍@泡沫镍电极制备及其赝电容性能

采用氢气鼓泡法预处理泡沫镍集流体,通过循环伏安法原位电沉积Ni₃S₂活性材料,制备了Ni₃S₂-多孔镍@泡沫镍(Ni₃S₂-Ni@NF)电极.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对物相结构进行了表征,并利用电化学工作站测试了电化学性能.结果表明:制备的Ni₃S₂-Ni@NF材料表现出优异的赝电容性能,在2 m A/cm²的电流密度下,比电容达到4.56 F/cm²,且具有优异的倍率性能(20m A/cm²的电流密度下,比电容达到4.06 F/cm²)和循环性能(10 m A/cm²的电流密度下,循环1 000次的比电容保持率约73%).     

锰酸锂动力电池体系研究

从负极材料、电解质溶液、电压范围3方面研究了适合于锰酸锂动力电池的最佳体系,结果表明：成本低廉的天然石墨非常适合作为锰酸锂动力电池的负极材料,使用改良电解质溶液后电池的循环寿命可延长200次,锰酸锂电池在3.0～4.2V之间稳定性最好,使用寿命最长,体系确定后的锰酸锂动力电池安全性能、循环寿命、高温性能、低温性能良好。     

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.     

磁性Fe3O4微球的溶剂热法合成及其Fenton降解二甲酚橙研究

采用溶剂热法在200℃制备出形貌均一、分散性较好、平均粒径约200nm的磁性Fe₃O₄微球。该方法合成的Fe₃O₄微球在Fenton降解二甲酚橙方面效果显著,降解率达到90%以上。由于Fe₃O₄微球具有强磁性,故反应后催化剂可直接通过磁铁吸引的方式回收,且回收率可达90%以上。回收后的催化剂只需简单超声清洗便可再生并循环利用,催化剂再生后的降解效果与其一次催化的效果相近。     

对流微通道反应器制备Ni2P材料及Co掺杂改性

使用NiCl₂·6H₂O、KOH、NaH₂PO₂·2H₂O和CoCl₂·6H₂O等为反应物,在对流微通道反应器（CFMCR）中制备了Ni （OH）₂前驱体,然后在PH₃气氛中将其还原,最后经酸洗得到目标产物Ni₂P。探讨了CFMCR反应工艺条件（包括体积流量、pH和陈化时间）和磷化反应温度等对制备的Ni （OH）₂前驱体及最终的Ni₂P材料性能的影响,确定了制备Ni₂P材料的最佳工艺条件,并利用CFMCR对制备的Ni₂P材料进行了Co掺杂改性,提高了材料的充放电循环性能以及比电容。结果表明,利用CFMCR制备的Ni₂P材料最高比电容可达到1 200 F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为65%;掺杂Co元素制备的Ni-Co-P复合材料最高比电容为1 475 F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为84%。