锂-氧气电池氧电极催化的研究进展

锂-氧气电池由于具有极高的理论比能量而受到广泛关注,被认为是最具发展前景的下一代高比能二次电池体系.然而,其复杂的反应历程及迟滞的多相反应动力学使其充放电过程的极化严重,造成能量效率低下、倍率性能和循环性能较差等诸多问题,制约了其商业化应用进程.催化是改善反应动力学的关键,因此,氧电极催化剂的设计与开发成为锂-氧气电池...     

可充电锂氧气电池正极材料的研究进展——贵金属催化剂

锂氧气电池具有较高的理论能量密度,有望成为未来一种很有前途的新型电池系统.贵金属催化剂不仅具有较高的催化活性,而且具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良性能,是一种重要的催化剂材料.本文综述了贵金属基锂氧气电池正极材料的制备方法及其对电池性能的影响,包括钌、铑、钯、银、铱、铂、金以及复合贵金属催化剂.     

高性能复合固态电解质的制备及固态锂金属电池性能研究

固态锂金属电池相较于传统液态电池,其能量密度更高、安全性更好,具有巨大的应用前景。但聚合物固态电解质离子电导率低、强度低、电化学稳定性差,阻碍了其进一步发展。将丁二腈与聚碳酸丙烯酯通过无溶剂法加以玻璃纤维作为支撑制备了室温下高性能的复合固态电解质。所制备的复合固态电解质在室温下离子电导率达3.06×10^?4 S/cm,锂离子迁移数达0.47,电化学窗口最高达4.3 V;其锂金属对称电池在电流为0.1 mA/cm²的条件下,稳定循环超400 h;磷酸铁锂固态锂金属电池0.5 C循环100次的容量保持率为95.9%,展现出良好的循环稳定性。     

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．     

基于新型固态电解质的锂硫电池研究进展

相对于传统的锂离子二次电池,锂硫电池拥有高比容量、高能量密度、环境友好等优点,因而在未来的动力电池和储能电池等应用上被寄予厚望.近十年来,人们在维持电极结构稳定性,提高硫的利用率,延长电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作.但目前锂硫电池仍处于实验室研制阶段,存在不少的瓶颈问题,其中包括单质硫和产物Li2S的绝缘性、多硫离子的穿梭效应、金属锂电极稳定性较差等等,这些问题都严重影响了锂硫电池的电化学表现.本文针对以上问题,首先从正极、负极、液态电解质三方面简单介绍常用的解决途径;然后重点综述基于新型固态电解质的锂硫电池设计以及相关的研究进展;最后分析了未来锂硫电池用电解质的研究和发展方向.     

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。     

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。     

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。     

离子液体-锂盐混合体系的电化学界面微分电容测定

采用电化学交流阻抗法研究了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸([Bmim][OTf]:1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethane-sulfonate)-氯化锂(LiCl)混合体系在多晶金电极表面的电化学双电层微分电容.根据所得到的近似钟形的曲线对体系的零电荷电势进行了分析.同时实验结果表明所得到的电容电势曲线受到电势改变方向的影响,出现明显的延迟效应.对延迟效应的机理进行了分析.同时,对温度对微分电容曲线的影响也进行了研究,发现微分电容值会随着温度升高而增大.     

基于Co-N-C改性隔膜的高性能锂硫电池

设计制备了一种钴嵌入式叶片状氮掺杂碳(Co-N-C)材料改性隔膜用于锂硫电池,借助高分散单质钴提供的活性位点实现对正极侧中间产物多硫化物的化学锚定,抑制其溶解导致的穿梭效应;利用氮掺杂碳材料的微纳结构加快离子传输速率,提高电化学反应动力学,使改性隔膜实现吸附-催化协同作用。实验结果表明,采用此改性隔膜组装的锂硫电池,首圈比容量高达1408 mAh/g,且在1 C倍率下稳定循环400圈,衰减率仅为每圈0.05%,电池性能明显提升。     

钒离子改性MXene的制备及其在锂硫电池中的应用研究

利用化学刻蚀后得到的MXene (MX)片层具有大量阴离子官能团的特点,采用喷雾干燥技术,设计并合成了钒离子改性MXene(MX-VN)材料用于锂硫电池正极。MXene的优异导电性可以提高硫正极整体的导电性,同时原位构建的MX-VN界面可以提高对多硫化物的吸附效果和催化能力,提高硫的利用率。实验结果表明,采用MX-VN/S为正极的锂硫电池在0.1 C下的放电容量高达1438 mAh/g,且在0.5 C下循环200次以后容量保持率高达77.5%,电池性能明显提升。     

无机固态电解质及其电极-电解质界面优化对全固态锂离子电池性能提高的研究进展

固态电池研究的重点在于开发高离子电导率的固态电解质,并优化固态电解质和电极的界面问题.首先以近年来受到广泛研究的无机固态电解质为中心,主要介绍通过固相烧结、液相烧结、溶胶凝胶法等方法制备的包括LiPON型、钙钛矿型、石榴石型和NASICON型在内的4种无机固态电解质及其在全固态锂离子电池中的应用;其次,通过对固态电解质...     

基于锂硫电池科研平台的开放实验设计与研究

基于科研平台的开放实验教学是大学课堂实验教学的延伸,是从理论课堂走向创新实践、培育未来科技创新人才的卓有成效途径.以锂硫电池正极涂层材料的科学研究为例设计开放实验,带领大学生发现问题、分析问题,以培养其解决科学问题的能力.通过有效利用高校现有科研平台设计本科开放实验教学,有助于培养高校学生的科研情绪和科研趣味、激发其创造更新能力.开放实验的实施有利于为科学研究输入创新思想,实现科教相长.     

固态电池离子/电子传导及其传输线阻抗模型的研究进展

固态锂电池因其具有预期的高能量密度、宽工作温度范围及高安全性而备受青睐,成为动力电源和能源存储的主要选择.然而,固-固界面的离子/电子迁移阻力大、稳定性不足、剥离易发生等问题严重限制了其实际应用及产业化.为了改善固态电池性能,深入理解离子/电子的传导机理,不仅需要获取原始实验数据,而且还需要利用阻抗传输线模型,分析离子/电子的彼此影响及分离离子与电子的独立贡献.综述了多孔电极中离子/电子传导的7种测试方法及其特点;讨论了多孔电极中离子/电子传导及其9种传输线模型;分析了离子/电子传导机理研究中仍存在的尚未解决的基本问题;给出了能改善固态电池循环稳定性的努力方向.上述措施便于快速了解插层电极中离子/电子传导的研究现状、关键问题和发展趋势.     

锰酸锂合成的动力学研究(Ⅰ)──氧气气氛

用热分析仪测试不同升温速率下,氢氧化锂和二氧化锰在氧气气氛中的差热分析曲线,结合DoyleOzawa法和Kissinger法研究锰酸锂合成的动力学;计算各反应阶段的表观活化能,依次为59462kJ·mol-1,92672kJ·mol-1,163271kJ·mol-1和107524kJ·mol-1·并确定反应级数,频率因子,速率常数,推导出每个反应阶段的动力学方程·为制备尖晶石型锰酸锂提供理论依据,进一步优化工艺条件·     

锂硫电池用隔膜材料的研究进展

锂离子电池在生产和生活中已经得到广泛应用,但也面临更高的使用要求和技术挑战,如能量密度较低等问题.凭借高理论能量密度和低成本等优势,锂硫电池被寄予厚望.但是,容量稳定性和安全性等问题成为锂硫电池技术发展的主要瓶颈.上述问题均与膜材料的结构和性能密切相关.在锂硫电池中,隔膜除发挥基本功能外,还需解决界面、硫穿梭及锂枝晶等问题,开发功能隔膜是解决电池上述问题的有效途径.基于涂层材料的特殊结构和理化性能对隔膜或隔膜/电极界面进行修饰是当前广泛选用的方法.本文针对锂硫电池的3大问题与隔膜材料的关系,总结了锂硫电池隔膜的研究进展,并对其未来发展方向提出展望.     

蒙脱石固体电解质的二次固态电池

研究了以蒙脱石为固体电解质的一些二次固态电池的性能。蒙脱石经化学改型后为良好的高价离子导电固体电解质,室温离子电导率可达10~(-4)Scm~(-1);一些层状结构的阴极材料在高价离子的二次固态电池中具有优良的阴极性能,其中尤以Zn/V_6O_(13)和Mg/M_0S_2电池为佳。它们在24μA和45.5μA的平均放电电流下,阴极放电容量分别可达507Wh/kg和886Wh/kg。电池良好的充、放电性能表明,高价离子如Mg~(2 )、Zn~(2 )对层状结构的阴极材料同样具有良好的可逆插入特性。     

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.     

锂离子电池正极材料磷酸钒锂的掺杂

为了降低磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)材料成本并提高材料中活性元素V的利用率,该文采用溶胶凝胶/碳热还原法合成了球形锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其掺杂不同金属离子(Al3+、Cr3+、Y3+、Ti4+)的衍生物。电化学测试结果表明,经摩尔分数x为5%的金属离子掺杂修饰后的Li3V2(PO4)3材料的首次充放电容量及循环性能均优于经x=10%的金属离子掺杂的材料。其中Al3+和Ti4+的掺杂更加有效,在3.0~4.8 V、0.5 mA下、摩尔分数为5%的Al3+和Ti4+掺杂后的Li3V2(PO4)3样品中首次充电容量分别为178 mAh.g-1和174.9mAh.g-1。80次循环后放电容量均保持在123 mAh.g-1左右。     

纳米SnO2锂二次电池负极材料的性能研究

采用溶胶-凝胶法合成前驱物Sn（OH）4胶体,在不同温度下加热分解,得到一系列纳米SnO2试样.通过恒流充放电和循环伏安（CV）实验,表征了不同结构和颗粒度的纳米SnO2锂二次电池负极材料的电化学性能.结果表明,纳米SnO2试样的电化学性能对热处理温度很敏感,800℃热分解试样的电化学性能较好.