锂离子电池正极材料富锂锰基固溶体的研究进展

富锂锰基固溶体xLi[Li1/3Mn2/3]O2.(1–x)LiMO2具有超过目前所用正极材料1倍的高比容量,是很有潜力的下一代锂离子电池用正极材料,但是其他电化学性能,特别是功率特性尚不能满足应用要求.从机理研究、合成工艺和性能改进3方面综述了富锂锰基固溶体型锂离子电池正极材料xLi[Li1/3Mn2/3]O2.(1–x)LiMO2的研究现状,提出了下一步的研究思路和方向.     

掺Ce锂离子电池正极材料LiNi1/3Co（1/3-x/3）Mn1/3Cex/3O2

采用共沉淀法和固相烧结法相结合合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和Ce掺杂LiNi1/3Co1/3-Mn1/3O2锂离子电池正极材料.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和形貌进行了表征.结果表明,不同Ce含量的正极材料均具有良好的层状结构、结晶度高.采用电化学性能测试的结果表明,放电容量随着Ce含量的增加而有所增加,首次可逆容量的衰减也随着掺杂Ce而有所降低,当Ce含量为x=0.2,0.2C恒电流充放电时,循环50次后的容量保持为91%.     

锂离子电池硅酸盐正极材料的研究进展

聚阴离子型正硅酸盐材料由于其具有较高的理论容量、高安全性、环境友好和价格低廉等特点, 被认为是下一代锂离子电池理想的正极材料之一. 本文介绍了这种材料的结构及性能特点, 并针对材料存在的电导率低、稳定性差、阳离子易混排等缺陷, 从优化合成方法入手, 综述了不同合成方法以及烧结温度对材料性能的影响, 探讨了碳的包覆及复合、金属元素的掺杂以及特殊的介孔结构对材料物化性能的影响, 提出了锂离子电池硅酸盐正极材料未来的研究重点.     

影响锂离子电池实际容量的材料因素

正极材料的实际比容量一般都低于理论比容量,实际容量是直接影响电池能量密度的关键因素之一,不同电极活性材料的实际比容量/理论比容量的差别很大,差距主要来自充电前后的实际脱锂系数大小.通过大数据的整理,本文收集了层状LiMO_2(M=Ni和Co),尖晶石LiMn_2O_4和LiMPO_4(M=Fe,Mn和Ni)等20种典型正极材料的晶体结构和实际容量实验参数.利用第一性原理计算方法,得到了这些典型体系母体的价带和导带之间的能隙值.通过比较脱锂前后两种结构的能隙,确定了能隙比值与实际脱锂系数的关系,结果表明,脱锂前后结构的能隙越接近,正极材料的实际脱锂系数就越大,相对的实际容量也就越大.因此,通过比较能隙大小,可以了解影响锂离子电池活性材料的实际容量的本质因素.     

高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用展望

全固态锂离子电池是以固态电解质取代液体电解质的锂离子电池、它有望从根本上解决电池的安全性问题,如能实现其大容量化和长寿命,将在电动汽车和规模化储能领域具有非常广阔的应用前景.由于固态电解质比液态电解质有更宽的工作电位窗口,因此可以在全固态电池中使用具有较高电压平台的正极材料,通过提升电池的工作电压以获得高能量密度,从而实现大容量化.锂离子电池正极材料尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料都具有较高的电压平台,是全固态锂离子电池可选用的理想正极材料.本文介绍了尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料的结构和性能特点,重点阐述了与改善材料的电导率和界面性质相关的的研究,改善其作为全固态锂离子电池正极材料与固态电解质的匹配性能,从而全面提升全固态电池的性能.总结了3种材料在全固态锂离子电池中应用存在的问题,提出未来的技术攻关方向,并对其在全固态电池中的应用前景进行了展望.     

在Li/TiO_2电池中的嵌入反应

在锂电池放电过程中,锂嵌入层状结构的正极材料如TiS_2、TaS_2的晶格已为近年来众所注意的事实。本文作者研究了非层状结构正极材料TiO_2的锂电池的放电行为。X线衍射分析表明,Li/TiO_2电池的放电过程是一个     

固体粒子表面结构设计

固体粒子最重要的参数是粒子尺寸和化学组成.但是粒子结构(如结晶态),尤其是表面结构,在许多情况下是更为重要的.改变粒子表面结构和组成,能极大地提高粒子的性能,有时甚至可改变原有性能或产生新的特性.由于单个固体粒子尺寸通常在微米至纳米量级,其表面结构尺寸更为细小,通常只有几个晶胞大小,对其进行“设计”和“加工”是件十分精细的工作;不但需要原子水平上检测仪器,还需要分子级工艺技术.本工作旨在提供一些这方面成功的实例.1 金属粒子表面晶格选择和设计金属粒子可作催化剂,亦可用于制备磁性材料.当然早已广泛地用于粉末冶金.对金属粒子表面结构的设计常根据材料性能需要或加工需要进行.对于金属粒子表面进行氧化处理,使其形成极薄的氧化层或用其它材料(金属、氧化物等)对金属粒子表面进行包覆是改变表面晶格结构常用的方法.例如,铝粒子表面施加很薄的镍层,一般称为镍包铝,用于化学工业已有多年.最近,王文鼎、陈海汕和都有为等在铁粒子上采用化学共沉淀法包覆CoFe_2O_4层,其矫顽力显著增加,其目的是使其成为高饱和磁化强度和高矫顽力的新型磁记录介质.镍粒子广泛用于合成氨、制氢以及稀烃聚合等工业过程.如果使其表面包覆CeO_2层又可用于异构化、氢解和汽车尾气处理.崔作林等提出电孤等离     

中温烧结Ca[(Li1/3Nb2/3),Ti]O3-δ微波介质陶瓷

研究了B2O3对Ca(Li1/3Nb2/3)O3- 的烧结性能、物相和微波介电性能的影响. 实验结果发现, 添加0.5% ～ 4% B2O3可使该陶瓷的烧结温度从1150℃降低到1000℃而不降低微波介电性能, X射线表明材料是正交相结构, 但是非化学计量Ca(Li1/3Nb2/3)O3???随着B2O3含量的增大向化学计量Ca(Li1/4Nb3/4)O3过渡; 在Ca[(Li1/3Nb2/3)1?x, Tix]O3?? (0 ≤ x ≤ 0.5)系统中, Ti含量增大时介电常数K增大, Q@f值减小, 而谐振频率温度系数(??f)从负变正, 对于x = 0.2的试样, 得到K = 40, Q@ f = 20500 GHz, ??f = 0的一类新型中温烧结微波介质材料.     

Y_(1-x)Ca_xBa_2Cu_(3-x)Fe_xO_(7-δ)体系的超导电性

在高T_c123相超导体YBa_2Cu_3O_(7-δ)中,以Fe、Co、Ni和Zn等元素部分地替代Cu,会显著地降低其超导临界温度T_c,其中正3价元素Fe和Co主要择优替代Cu(1)。多数报道认为,Cu(1)被部分替代后载流子浓度~nH急剧下降是T_c降低的主要原因。何振辉等则指出载流子浓度是123相体系决定超导电性的一个内禀参量。Tokura和shafer等人指出,123相中载流子主要为CuO_2平面中的可迁移空穴,而Cu—O链或Ba—O层中的空穴则是局域的,CuO_2平面和Cu—O链之间的电荷通过O(4)发生转移。Takita     

碳包覆的蛋黄壳结构氧化锰锂离子电池负极材料

基于锂离子电池在循环过程中产生的体积效应严重影响整个电池的循环稳定性的问题,本研究设计了一种利用聚吡咯包覆金属有机框架的简单方法,来合成蛋黄壳结构的碳包覆氧化锰材料,并用于锂离子电池的负极材料.所制备的碳包覆氧化锰纳米颗粒在锂离子电池充放电过程中表现出良好的比容量,在0.1, 0.5和2 A g~(–1)的电流密度下分别表现出723, 651, 374 m Ah g~(–1)的比容量.在具有优异的倍率性能的同时,该材料还具有优异的稳定性.在上述3个电流密度下,该材料循环200圈后容量没有明显的衰减.该纳米结构MnO_x的制备方法和电化学理解也可以推广到其他过渡金属氧化物,最终实现高性能的锂离子电池.     

中温烧结Ca[(Li1/3Nb2/3), Ti]O3-δ 微波介质陶瓷

研究了B2O3对Ca（Li1/3Nb2/3）O3-δ的烧结性能、物相和微波介电性能的影响.实验结果发现,添加0.5％～4％B2O3可使该陶瓷的烧结温度从1150℃降低到1000℃而不降低微波介电性能,X射线表明材料是正交相结构,但是非化学计量Ca（Li1/3Nb2/3）O3-δ随着B2O3含量的增大向化学计量Ca（Li1/4Nb3/4）O3过渡;在 Ca[（Li1/3Nb2/3）1-x,Tix]O3-δ（0≤ x≤0.5）系统中,Ti含量增大时介电常数K增大,Q·f值减小,而谐振频率温度系数（τf）从负变正,对于x=0.2的试样,得到 K=40,Q·f=20500GHz,τf=0的一类新型中温烧结微波介质材料.     

高度有序LiNi2/3Mn1/3O2正极材料的制备与改性

用共沉淀的方法合成LiNi_2/3Mn_1/3O₂层状结构的锂离子电池正极材料, 研究了原材料中锂源用量对产物中锂的含量、锂离子和镍离子的错位以及电化学性能的影响. 结果表明, 通过调节锂源用量, 可以获得高有序度的样品, 当锂源用量为120%时, 经过600℃烧结3 h, 900℃下再烧结5 h, 产物中锂的含量接近理论计量比, 错位率可低至1.27%, 表现出很好的结构有序性, 在C/20倍率下, 首次充放电可达172 mAh/g. 进一步采用SiO²进行表面包覆改性, 可获得优异的循环性能.     

MCrAlX多层复合涂层的制备及其自分层行为

在综合考虑高温用包覆型MCrAlX涂层的表面稳定性(表面抗氧化、抗腐蚀性能)、涂层内氧化现象及涂层/基材间界面稳定性等3个方面基础上,现采用多弧离子镀、磁控溅射两种物理气相沉积(PVD)方法,在GH220超合金表面制备了GH220/Ti-N/MCrAlX/Al多层复合防护涂层.研究表明,Ti-N膜为复合膜,由δ-TiN,ε-Ti_2N及α-Ti组成.MCrAlX平均成分为Co-32Cr-2.6Al-4.5Ta-0.2Y(重量百分数),采用直流磁控溅射法制备.选择Co基而不是Ni基MCrAlX涂层的原因是:Co基涂层具有更优异的抗热腐蚀性     

羰基化合物作为锂离子电池有机电极材料研究进展

随着锂离子电池从便携式电子设备到大规模储能系统的应用,开发具有高能量密度、功率密度和长循环寿命的锂离子电池成为研究的重点之一.而锂离子电池的性能很大程度上取决于电极材料.目前,广泛使用的无机电极材料普遍存在容量提升有限、能耗高和成本高等缺陷.因此,开发新型电极材料至关重要.与传统无机材料相比,有机电极材料具有结构可控、资源丰富、清洁环保和成本低廉等优势,近年来得到了广泛关注.其中共轭羰基化合物以羰基为活性基团,因其结构多样、理论容量高和反应动力学快而被广泛研究.本文从正极、负极、全电池三方面,综述了目前国内外已经开展的关于羰基化合物作为锂离子电池电极材料的研究工作,评述了这些化合物的电化学性能及其具备的优势和存在的不足,并指出了有机化合物作为锂离子电池电极材料需要解决的关键问题.     

商用SCR脱硝催化剂(V_2O_5-WO_3/TiO_2)碱金属中毒及再生

实验室模拟商用钒钛系脱硝催化剂的氧化钠和氧化钾中毒,并通过水洗、稀硫酸洗及超声波辅助等方法进行再生.采用NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)方法对催化剂失活原因进行了研究与分析.活性测试结果表明,Na2O对催化剂的中毒效应比K2O强,但催化剂K2O中毒后的再生难度较大.NH3-TPD结果表明,催化剂表面酸性位的降低导致氨吸附量的减少是催化剂活性下降的原因之一.XPS结果显示,Na2O引起催化剂表面活性氧含量的严重降低和K2O引起催化剂O 1s结合能的明显偏移与宽化可能是造成K2O对催化剂的中毒效应比Na2O弱但再生难度较大的主要原因.另外,通过酸洗再生可引起催化剂表面硫酸化,增加了酸性活性位,从而促进催化剂的脱硝性能.     

高负载硫正极功能性黏结剂研究进展

锂硫电池是高能量密度二次电池的重要体系.但硫材料固有的绝缘属性以及硫正极在电化学循环中特殊的"固-液-固"反应历程,易导致材料利用率低、极化严重、溶解性多硫化锂"穿梭"以及剧烈体积变化等负面影响,造成高负载硫正极性能发挥和稳定循环的极大困难.近年来,作为非活性组分的黏结剂在锂硫电池中被赋予了丰富的功能,如有效捕捉溶解性多硫化锂以及维持电极/导电结构长期循环稳定性等,极大地推动了高负载硫正极的发展.本文从高负载硫正极用黏结剂的关键作用、研究现状、作用机制原位解析、现存挑战以及未来发展方向等方面,重点归纳和阐述近年来高负载硫正极用功能性黏结剂的重要研究进展.     

交联网络结构Ti3C2纳米线的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其能量密度高、成本低等优势被认为是最具希望的下一代储能器件之一,然而其正极材料的发展和应用仍面临诸多挑战.本文通过将剥离的Ti₃C₂纳米片在NaOH溶液中刻蚀得到具有交联结构的Ti₃C₂纳米线,并利用熔融浸渍法负载硫颗粒,用作锂硫电池的正极材料.具有极性表面的Ti₃C₂可有效捕获多硫化锂中间体,从而抑制多硫化锂的穿梭效应.与Ti₃C₂纳米片相比,具有交联网络状结构的Ti₃C₂纳米线具有更大的比表面积和多孔结构,可以有效提供固硫所需的空间,并容纳硫在锂化过程中的体积膨胀.其较大的比表面积有利于Ti₃C₂纳米线对多硫化锂的捕获,其多孔结构有利于锂离子的扩散. Ti₃C₂纳米线/硫复合物展现出优异的电化学性能,在0.2 C的倍率下, 100次循环后,其可逆容量为658 mAh g...     

传感器电解质CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-a)的导电性能

采用固相反应法在1673 K合成了CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)(x=0,0.005,0.01,0.02)陶瓷粉体,在空气中1873K下对材料进行二次烧结10 h.X射线衍射物相分析结果确定合成后的样品中有CaZrO_3基固溶体和微量的MgO存在.为了明确CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)的电化学性能,采用交流阻抗法在1073~1473 K,富氧气氛(Ar/O_2/D_2O)/(Ar/O_2/H_2O)和富氢气氛(Ar/H_2/H_2O)/(Ar/D_2/D_2O)下测量了固体电解质的电导率及其同位素效应与气氛依赖性.通过检测电导率的H/D同位素效应,确定了固体电解质的质子导电优势区域.结果显示在富氢气氛下,测定的1073~1473 K温度范围内有明显的H/D同位素效应,表明质子是主要的载流子.在富氧气氛下,1073~1273 K温度范围内,质子也是主要的载流子.该材料有可能作为氢传感器的固体电解质.     

Bi_2Sr_2Co_2O_8薄膜光探测器应用取得进展

新型氧化物热电材料铋锶钴氧(Bi2Sr2Co2O8)因其优异的热电性能近年来备受关注,目前对该材料的研究主要集中在块体样品上,而对薄膜样品的研究甚少.究其原因,主要是由于这类错配层结构氧化物的晶体结构非常复杂,很难实现单相特别是外延薄膜的生长.最近,研究人员利     

氧吸附金刚石(100)表面的电子结构

利用基于密度泛函理论的第一原理方法, 计算了桥接型和顶接型氧吸附金刚石(100)表面的平衡态几何结构和电子结构. 结果表明, 桥接型氧吸附金刚石(100)表面带隙中不存在表面态, 价带中的占据态主要由O 2p未成键轨道和C—O轨道、C—H轨道作用诱发, 而顶接型氧吸附金刚石(100)表面带隙中存在未占据态, 来源于C 2p和O 2p的未成键轨道, 价带中占据态则由O 2p未成键轨道和C=O p键诱发.