苯甲酸锂、对本二酸锂及均苯三甲酸锂的电化学性能

与传统的锂离子电池（LIBs）无机材料相比,有机电极材料因具有理论容量高、可再生、成本低、环境友好等优点已成为LIBs电极材料的热门研究方向. 然而有机材料易溶解在有机电解液中,阻碍有机电极材料的进一步市场化.本文通过含不同数量羧酸的苯甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸分别与氢氧化锂进行简单中和反应生成相应的苯甲酸锂、对苯二甲酸锂、均苯三甲酸锂,作为有机负极嵌锂材料,并研究不同数量的羧基锂基团对这三种电极材料电化学性能的影响.研究结果显示苯甲酸锂、对苯二甲酸锂、均苯三甲酸锂电极材料在0.1C电流倍率下首次放电容量分别为~250、~340、~268 mAh g-1,50次循环后,其放电容量分别为~75、~100、~60 mAh g-1,表明对苯二甲酸锂电极材料循环前后放电容量最高.通过溶解性实验表明对苯二甲酸锂是最难溶解在有机电解液中.对苯二甲酸锂能够通过O-LiO-键作用形成二维大分子链的结构,能有效抑制溶解.从以上实验结果看出,对苯二甲酸锂电极材料是最有希望的LIBs有机负极材料.     

CoMoO4水热法制备及其在锂/钠离子电池中的应用

碳基负极材料比容量低,无法满足高能量密度电池的需求.为了进一步寻找高容量长循环寿命的电池负极材料,采用水热反应法制备了自支撑CoMoO₄负极,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的结构、形貌进行表征,利用循环伏安法和恒电流充/放电等技术对比研究了材料在锂/钠离子电池中的电化学性能.结果表明,CoMoO₄负极在锂离子电池中的首次可逆比容量为1 403.6 mAh/g,首次库伦效率为146.5%,在100 mA/g电流密度下经50次循环后仍然高达793.6 mAh/g;而CoMoO₄负极在钠离子电池中首次可逆比容量仅为314.2 mAh/g,但经50次循环后容量保持率仍有76.4 %.该自支撑负极无需导电剂和粘结剂,电极材料与泡沫镍结合力强,具有优异的循环稳定性.     

复合掺杂改性尖晶石型锰酸锂的研制

采用固相合成工艺路线,通过复合掺杂对尖晶石锰酸锂进行改性处理,研究了复合掺杂工艺以及掺杂比例对尖晶石锰酸锂材料性能的影响.实验结果表明：采用两步固相合成,一次合成时掺杂纳米Al2O3、稀土氧化物复合掺杂剂,二次合成时添加少量Nb2O5制备的改性锰酸锂材料的首周放电比容为121.5mAh/g,55℃循环100周容量保持率达到91.4%,材料的体积能量密度达到344.73mAh/cm3.     

蔗糖辅助燃烧法制备纳米锂离子电池正极材料Li1.1 Mn2 O4

采用蔗糖辅助燃烧法制备了富锂型锂离子电池正极材料Li1.1Mn2O4, XRD表明合成的Li1.1Mn2O4样品具有完整的尖晶石结构. SEM显示样品是由纳米粒子组成. 0.5 C 初始放电比容量为115 mAh/g, 10 C放电比容量可达109 mAh/g. 10 C倍率下循环200次容量保持率为90%. 实验结果表明该材料倍率和循环性能均优良.     

锂二次电池正极材料FeVO4的水热法制备及电化学性能

以偏钒酸铵和硝酸铁为原料,通过水热法制备前驱体,然后分别在300℃和550℃热处理,成功制备出微米棒状钒酸铁材料.采用热分析(TG-DTA)、X-射线衍射(XRD)、粒度分析和扫描电镜(SEM)对其结构进行了表征,同时对材料进行了恒流充放电循环电化学性能测试.结果显示,钒酸铁材料具有微米棒状结构,长度约为1~2μm,粒径主要集中在0.6~0.8μm.300℃热处理样品在50mA/g放电电流密度下其首次放电比容量为228mAh/g,40周循环后比容量保持在130mAh/g.通过XPS分析了脱/嵌锂过程的机理,结果显示该材料充放电过程中同时发生了Fe和V的氧化还原反应,共同提供嵌锂容量.     

低温离子交换法合成镍酸锂及其电化学性能研究

采用低温离子交换反应法在空气气氛下合成了锂离子电池正极材料——镍酸锂。系统研究了低温离子交换法制备镍酸锂的工艺条件，如合成温度、反应时间、原料摩尔比和不同原料等对合成镍酸锂晶体的影响。用XRD和SEM等测试手段，对镍酸锂样品进行了结构表征。通过充放电实验测试，研究了镍酸锂电极的电化学性能，结果表明，镍酸锂具有高达142 mAh/g的首次放电容量和良好的循环寿命。     

铈掺钛酸锂负极材料的电化学性能研究

钛酸锂因循环性能好、安全,是目前较为理想的锂离子电池负极材料。采用溶胶-凝胶二步煅烧法制备Ce掺杂钛酸锂Li4Ti5-xCexO12(x=0,0.1,0.15,0.2),用SEM、XRD等物理表征手段和恒流充放电、交流阻抗等电化学方法表征材料性能,以考察铈掺杂量对材料电化学性能的影响。结果表明:x=0.15的样品粒径较小,在0.1C时比容量为168.0 mAh/g,1C时比容量为116.0mAh/g,倍率性能优于未掺杂的样品,1C下循环10次后容量仍保持在112.7mAh/g。     

黄蓍胶在硅负极锂离子电池中的应用

黏结剂在硅基锂离子电池中的用量虽少,但它却是电池性能的重要影响因素之一.使用水溶性聚合物黄蓍胶作为一种新型的硅基锂离子电池黏结剂,并与较为常见的黏结剂羧甲基纤维素钠(CMC)制备的锂离子电池在循环性能、倍率性能、循环伏安特性以及电化学阻抗方面进行比较与分析,利用扫描电镜(SEM)对锂离子电池循环前后的极片材料进行表征.实验结果显示:采用CMC和黄蓍胶作为硅基锂离子电池黏结剂时,首圈在210mA/g的电流密度下,放电比容量分别为2 808.7和3 178.7mAh/g,首次库伦效率分别为68.84%和83.64%;此后在420mA/g的电流密度下,循环100圈后的放电比容量分别为485.7和1 360.1mAh/g,甚至经过200圈的长期循环后,使用黄蓍胶作为黏结剂的电池放电比容量仍达到1 056.0mAh/g.实验证明黄蓍胶有望成为一种新型且性能优异的水溶性硅负极锂离子电池黏结剂.     

锂二次电池正极材料FeVO_4的液相沉淀法制备及其电化学性能

以NH4VO3和Fe(NO3)3为原料,通过液相沉淀法制备前驱体,分别在300℃和550℃热处理,成功制备出纳米颗粒状FeVO4材料.分别采用热分析(TG-DTA)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对其进行表征,同时用恒流充放电循环对材料进行电化学性能测试.结果显示,经300℃热处理的FeVO4材料呈纳米颗粒状,粒径为几十纳米.在50mA/g放电电流密度下首次放电比容量为215mAh/g,40周循环后容量保持在170mAh/g左右.经循环伏安分析其脱-嵌锂机制,显示该材料充放电过程中同时发生了Fe和V的氧化还原反应,共同提供嵌锂容量.     

尖晶石型掺杂锂钛复合氧化物的性能研究

采用高温固相法合成尖晶石型锂钛复合氧化物,并对材料进行Sn、Cr掺杂改性.采用XRD测试对材料进行表征,恒流充放电,电化学阻抗,循环伏安测试方法对材料进行电化学性能测试.实验结果表明,Sn、Cr复合掺杂提高了材料的容量,其中,ST首次放电容量达到168 mAh/g,SC的首次放电容量达到170 mAh/g.同时降低了材料的放电电压平台,改善了材料的电化学性能.     

氧化镍钴锂(LiNi0.8Co0.2O2)为正极的高比能量18650型锂离子电池研究

对高比容量、低成本的氧化镍钴锂材料的合成及其在18650型锂离子电池中的性能进行了研究,合成出的批量5kg的氧化镍钴锂材料的放电比容量达到180mAh/g以上．以其为正极,MCMB和天然石墨为负极组装的一批18650电池,最高放电容量为2297mAh,质量比能量为190Wh/kg;电池100％DOD,800mA充放循环600次,容量为初始容量的65％;50％DOD,1A充放循环1000次,放电终了电压由3.45下降到2.98V;电池经过过充、过放、短路、挤压等安全试验,未发生起火、爆炸现象．对电极的制作工艺和电池的设计工艺进行优化,设计出的18650样品电池容量为2530mAh,质量比能量达到210wh/kg,体积比容量550wh/L．     

具有电容和脱嵌锂特性的锂离子电池复合负极材料性能

以中间相炭微球和活性炭为原料,采用物理混合的方法制备锂离子电池复合负极材料.用扫描电镜、X线衍射仪、恒电流充放电和循环伏安(CV)测试来表征材料的表面形貌、结构和电化学性能.研究结果表明:制备复合材料的中间相炭微球和活性炭混合均匀;复合材料首次放电和充电比容量分别为549和290 mA-h/g,当电压为0.25～3.00 V时,复合材料充电曲线斜率介于中间相炭微球和活性炭的充电曲线斜率之间,比容量为93 mA-h/g,显示复合负极材料同时具有脱嵌锂特性和双电层特性;循环30次后,复合材料的放电容量为240 mA-h/g;在充放电电流密度为4 A/g时,复合材料的电化学极化较中间相炭微球的极化显著降低,是一种具有发展前途的锂离子电池负极材料.     

锂硫聚合物二次电池关键材料研究进展

报告了在复合型纳米硫正极材料、纳米储锂合金负极材料和用原位合成工艺掺入纳米二氧化硅的凝 胶型聚合物电解质的研制方面所取得的进展;所研制的复合型纳米硫正极材料与凝胶电解质及锂金属负极配合 制成扣式实验电池进行测试,容量已达到７００mAh桙g,发现该材料放电电压是现有锂钴氧材料放电电压的一半, 双电池串联可以与现有锂钴氧材料电池互换;采用微乳液新工艺合成的Cu－Sn纳米合金材料,以石墨与金属锡 复合的材料,以及以金属氧化物作为原料,采用乳液法制备碳微球镶嵌金属锡的球形复合材料等高容量负极材 料取得了较大的进展     

石墨烯/Cu-MOF锂电池负极材料的制备及电化学性能研究

金属有机骨架化合物是一种由金属离子与有机配体通过配位键或共价键合成的新型的电极材料。然而,其低的电子导电率和严重的不可逆锂存储制约了该材料在锂电池领域的实际应用。石墨烯具有一系列独特属性,如高的导电率、高表面积、化学稳定性，机械强度和柔韧性,多孔结构。通常用来掺杂在电极材料中以提高循环性能和增加电池的容量。在本实验中,我们研究了Cu-MOF掺杂石墨烯(Cu-MOF/RGO)作为锂电负极材料的电化学性能。结果表明,在充放电电流密度为50 mA g-1时，充放电循环50次后，材料的放电比容量可达到520 mAh g-1。同时该材料也显示出较好的倍率性能和较高的库仑效率。由此可以看出Cu-MOF/RGO是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

五硼酸铵对622型镍钴锰酸锂电化学性能的影响

为了实现电极材料的氮和硼共掺杂改性,采用五硼酸铵对622型镍钴锰酸锂(NCM622)进行改性.电化学测试结果表明,不同含量(0.5wt.%、2wt.%)的五硼酸铵改性后的NCM622电化学性能下降,其中0.1C下首次放电容量从173.7mAh/g分别降到了65.6mAh/g和42.4mAh/g,而不同倍率下循环50次后的放电容量从154.5mAh/g分别降低到了122.3mAh/g和50.2mAh/g,同时,采用多种表征手段对五硼酸铵改性材料样品进行了分析.相关结论对利用五硼酸铵改性其他材料具有参考意义.     

锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的制备及电化学性能研究

首次采用基于复合络合剂柠檬酸和β-环糊精的溶胶凝胶法制备了尖晶石型锰酸锂，并研究了煅烧温度对材料电化学性能的影响。电化学性能表明，700℃煅烧制备的材料具有优异的倍率和循环性能。在3C电流下此材料的首次和第200次放电比容量分别为102mAh／g和90．8mAh／g，容量保持率为89％。     

钕离子掺杂锰酸锂纳米颗粒的自蔓延燃烧制备与性能研究

采用自蔓延燃烧法制备钕离子掺杂锰酸锂(LiMn_1.99Nd_0.01O₄)纳米颗粒,通过XRD、SEM、CV等表征分析了材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能.结果表明:钕离子掺杂不影响晶体结构,但可减小LiMn₂O₄颗粒粒径,进而提高其电化学性能.在0.2C倍率下的放电比容量高达125.6 mAh·g^－1.在1C倍率下的首次放电容量为118.4 mAh·g^－1,循环100次后的放电比容量为110.4 mAh·g^－1,容量保持率为93.2%.     

26650型钛酸锂电池的研制

采用锰酸锂为正极材料,钛酸锂为负极材料制成了26650/2 500 mAh的锂离子电池,该电池10 C放电容量能够达到1.0 C放电容量的97.30%,电池在-20 ℃的条件下0.5 C放电能够放出相比25 ℃条件下容量的98.72%,在55 ℃的条件下0.5 C放电能够放出相比25 ℃条件下容量的97.83%,1.0 C循环测试200周后容量剩余率为96.10%,电池以3.0 C倍率过充到20.0 V没有爆炸和起火,经过针刺短路之后没有爆炸、起火,电池表面最高温度不超过90 ℃.     

锂-累托石基锂硫电池复合正极材料的研究

在二次电池中,锂硫电池作为以硫为正极活性物质的电池形态,它具有原料环保且相对于其他传统材料更高比容量的特点。针对锂硫电池硫导电性差、膨胀率较大且充放电过程形成的多硫化锂易溶于电解液形成"穿梭效应"的不足,设计了一种以锂盐改性累托石为硫的宿主,碳硫复合的正极材料来改善锂硫电池的电化学性能。经测试,锂盐改性可以较大程度地疏通累托石的层间和孔道结构,增大比表面积和孔容,从而扩大硫在孔道中的负载空间,同时锂离子大量富集于材料中能有效提高充放电中离子和电子的传输。该改性正极复合材料在0. 1 C倍率下首圈循环充放电比容量为877 mAh/g,60圈后比容量衰减为653 mAh/g,容量保有率为74. 5%,说明材料中的成分能有效吸附多硫化物、抑制穿梭效应,使材料具有较好的循环稳定性。在电流密度0. 1、0. 2、0. 5、1 C下平均比容量分别为850、750、600和500 mAh/g左右,表现出良好的倍率性能。其电荷转移阻抗为63Ω,有利于电子电荷的传导。     

磷酸亚铁锂的合成及充放电性能研究

使用固相合成法在不同温度下合成磷酸亚铁锂．以它为正极活性物质组装成模拟电池测试充放电性能．使用XRD和IR表征样品．测试结果表明磷酸亚铁锂电池具有平稳的放电平台，良好的循环性能．在0．05mA／cm^2的电流密度下，600℃合成的样品初始放电容量达到90mAh／g，第10个循环的放电容量达到100mAh／g，80个循环后放电容量仍保持初始容量的97％以上，表明它具有优秀的循环性能．500℃合成的样品中有杂相存在，700℃合成的样品的晶粒度过大，这两个因素都可能使放电容量降低．在本实验条件下，600℃是较佳合成温度．