多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合分析

具有良好化学稳定性及较高存储容量的多孔材料在锂离子电池及超级电容器中有广泛的应用,但已有的扩散-应力耦合模型大多忽略多孔材料的微观结构.基于此,建立考虑孔隙率和迂曲度的多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合模型.针对Mn_2O_4电极进行恒压充电下的数值计算,探讨孔隙率和迂曲度系数对锂离子浓度、径向应力、环向应力及体积应变的影响,并将模型结果与他人结果进行对比.数值结果表明:迂曲度系数越大,电极中锂离子的扩散越差、体积应变越小且径向应力和环向应力越大;孔隙率越大,电极中的锂离子浓度和体积应变越大但径向应力和环向应力越小;多孔电极结构更有利于提高嵌锂能力.因此,应选择孔隙率大且迂曲度系数小的材料作为高存储容量的电极材料.     

空心纳米柱状电极力-扩散耦合行为研究

文章以纳米尺度离子电池的电极结构为研究对象,建立可考虑表面效应的力-扩散双向耦合理论模型,对其在表面效应和外部载荷作用下的力学响应行为进行系统研究。借助建立的理论模型,研究尺寸效应、表面效应等对恒电压充电条件下空心纳米柱状电极中浓度场、应力场分布规律的影响并分析其内在机制。研究发现在该文条件下,表面效应对电极中环向和轴向应力场有压应力作用,且尺寸越小压应力作用越明显,而对径向应力场的作用则与位置有关。该研究为优化空心纳米柱状电极中的力-扩散耦合行为性能及应用拓展提供了一定的理论基础和参考依据。     

软包锂离子电池应力特性及其建模

锂离子电池是一个电-热-力耦合系统,对其充放电过程中力学特性的研究有重要意义。通过位移式应力传感器,测量并分析了软包单体锂离子电池在不同状态下的静态应力以及不同充放电电流下的动态应力特性。研究了电流、荷电状态、历史运行工况等因素对电池应力变化的影响规律,并通过拟合优度分析和相关性检验,建立了可靠的应力特性多元回归模型。研究表明,静态应力与电池SOC有单调对应关系;动态应力产生于充放电过程,且充电电流越大,动态应力越大。所建立的电池应力模型可较好地描述电池在充电不同阶段、不同电流下的应力变化。     

室温离子液体用作锂离子电池电解液时的电性质

室温离子液体(RTIL)具有液程宽、热稳定性好、不可燃、无蒸气压、导电性好、易回收等突出的优点,用于锂离子电池可以很好地解决电池在高能量密度下的安全性问题,使锂离子电池在电动车或其它大型动力系统中的应用成为可能．本研究了LiCoO2电极在1mol／L LiTFSI／TMHATFSI离子液体电解液中的电化学行为,探讨了温度和电流密度对电极电化学性能的影响,测定了锂离子通过电极和电解液相界面的迁移活化能,解释了影响LiCoO2电极性能的内在原因．     

微纳结构硅在锂离子电池中的研究现状

近年来,随着人们对能量需求的日益增大,已商业化应用的石墨电极已经很难满足高性能电子产品对高能量密度的需求,因此发展高能量密度的锂离子电池显得尤为重要。在已研究的先进材料中,硅已被证明存在巨大的储能潜力,其理论比容量（约4 200 mA·h·g^-1）远高于已商业化应用的石墨类电极材料。对锂离子电池中硅电极材料的微纳结构、制备方法、电化学性能及相关机理进行了总结,目的是研究不同结构的硅电极材料对电池性能的影响,以找到性能较为优异的硅电极结构。结果表明,在已被研究的硅基复合材料中,核壳结构和多壁纳米管结构硅电极材料在电化学性能方面均体现出了明显的优势。最后简要分析了硅基电极材料发展中存在的问题,并对其研究前景进行了展望。     

溶剂组成对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响

电解液的溶剂组成影响锂离子电池LiMn2O4正极材料的电化学性能.电解液在电极表面的氧化作用、电解液对电极材料的溶解性和电解液的电导率大小都是影响LiMn2O4电极容量、寿命以及电池倍率充放电性能的重要因素.本文研究了LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂的电解液中的电化学性能,探讨了影响LiMn2O4正极材料性能的溶剂因素.     

铋基扣式锂硫电池应力敏感性研究

锂离子电池在机械应力等作用下往往会产生一系列的安全事故。为此,研究了扣式锂离子电池在不同应力下的力学、热学、电化学特性。通过对其进行平面和局部压缩实验并采集实验过程中的实时温度和电压,研究了不同应力下电池的容量、库伦效率和循环寿命的变化情况;通过结合力-变形响应、电压和温度的关系分析了电池在不同应力下的电化学衰减。结果表明：两种压缩下的电池容量均有不同程度的降低,压缩越大,降低的程度也越大,对电池内部结构的损坏也越大;而且局部压缩会产生更显著的影响。相同压缩率下,局部压缩后电池的带载能力明显要弱;并且局部压缩下电池的初始放电比容量也更低。为研发电化学性能和安全性能兼备的锂离子电池提供了一定的参考。     

CuO作为锂离子电池负极材料的研究进展

负极材料是影响锂离子电池性能的主要因素,CuO材料由于其理论比容量高(670mAh/g)、化学和热稳定性好、易合成、资源储量丰富及环境友好等优点备受人们的关注.主要对CuO材料作为锂离子电池负极材料的储锂机理、制备方法和对材料进行改性提高其电化学性能的方法进行综述,展望了CuO电极材料的研究趋势和发展前景.     

碳纳米管掺杂及其应用技术研究进展

作为一维纳米材料,碳纳米管(CNT)在电极材料、催化、吸附等诸多领域得到了广泛应用。为了改善CNT的电学、电化学、电催化等性能,可通过掺杂其他元素或化合物对其进行改性。本文综述了近年来CNT掺杂技术及其在燃料电池、锂离子电池、电容器和传感器中的研究进展。掺杂后的CNT常被用作燃料电池电极的催化剂或催化载体,增强了电极的电导率和稳定性;掺杂CNT结合锂盐制备的锂离子电池电极材料,可提高电极和电解质的导电性,最终改善锂离子电池的电化学性能;作为电容器的电极材料,掺杂CNT可提高离子和电子的传输效率,从而提高电容器的能量密度和功率密度;由掺杂CNT制备的复合薄膜作为传感材料,可使其表面活性位点增多,从而增强传感器对目标分析物的响应速度,改善传感器的灵敏度。     

磷酸铁锂动力电池阻抗谱参数分析

以电动汽车用动力锂离子电池为测试对象,通过等效电路拟合实际测量的电化学阻抗曲线来分析电池电极系统的动力学过程,并选取等效电路模型在不同荷电状态下的参数分析不同交流阻抗组份及阻抗特性对电池充放电特性的影响。 结果表明:基于阻抗谱测试得到的等效电路模型参数有利于得出更高精度的电池电荷转移阻抗以及扩散阻抗,并且较好地区分电化学极化和浓差极化,可以用于分析不同温度和不同荷电状态的电池充放电性能。      

共溶剂对石墨电极界面SEI膜成膜机制和膜性能的影响

在锂离子电池负极材料中 ,石墨类炭材料具有优良的嵌脱锂性能、充放电电位平台低且平稳、循环性能稳定等突出优点 ,仍然是目前锂离子电池的首选负极材料 .本文选用具有良好贮锂结构的人工石墨为研究对象 ,组配了 6种常用的电解液体系 ,考察了石墨电极在不同化学组成的液体非水电解质体系中的电化学嵌脱锂性能 ,确定了电极界面SEI膜的化学组成 ,探讨了共溶剂对电极界面SEI膜成膜机制和膜性能的影响 .以碳酸乙烯酯 (EC)为主体溶剂 ,分别与共溶剂组分二甲基碳酸酯 (DMC)、二乙基碳酸酯 (DEC)、二甲氧基乙烷 (DME)按1∶1混合 ,使用无水L…     

量子化学原理在锂离子电池研究中的应用

锂离子电池的发展强烈地依赖于相关材料的性能,因此对材料进行理论设计以寻找具有特定性能的材料以及对电池充放电过程中有关现象的理论解释已经成为材料研究的迫切要求.量子化学和现代计算技术的发展,已基本上能满足这一要求.本文综述了近年来量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.重点评述了量子化学原理在锂离子电池电极材料平均插锂电压的预测、锂的嵌入-脱嵌机理研究、锂离子电池正极材料晶格畸变的研究以及其它物理化学性质的理论计算中的应用.     

三氧化钼应用为锂离子电池负极材料研究综述

锂离子电池由于其具备的高能量密度、较长的循环寿命和无记忆效应等优点被广泛应用在储能领域。传统商用锂离子电池石墨负极理论容量为372 MAh/g,这极大地限制了电池性能的进一步发展。三氧化钼负极由于其具备较高的理论容量和特殊的电化学性质而备受关注,但仍存在着如导电性差、循环和倍率性能差等缺点。基于此,通过梳理近年来关于三氧化钼应用为锂离子电池负极的研究,综述了多种提升三氧化钼电极材料性能的方法,以期为后续的研究作为参考。     

纳米材料在锂离子电池中的研究进展

锂离子电池的核心是选择高能储锂电极材料,纳米材料以其独特的物理化学性能应用作为锂离子电池电极材料,具有减小极化,增大充放电电流密度,提高放电容量和循环稳定性等优点,有利于高性能、高容量和高功率电池的发展。纳米电极材料具有非常广阔的应用前景,但目前已有的研究基本处于实验开发阶段,且主要集中在制备方法上,其微观结构和电化学性能沿需进一步研究探讨。     

羧甲基纤维素-丁苯橡胶复合黏结剂在硅基锂离子电池中的应用

黏结剂是影响锂离子电池性能的重要因素之一,将羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)联合使用,有利于缓解锂离子电池电极的体积效应,但SBR的导电性较差不利于提升电池的电化学性能.为此,制备了不同取代度(0.23~0.86)的低聚合度CMC,并和4种高聚合度CMC分别应用于硅负极,进行循环性能的比较;采用低聚合度CMC-SBR制备电极,进行电化学性能测试.结果表明,采用低聚合度CMC制备的电极的电化学性能优于高聚合度CMC,且不添加SBR时表现出相对优异的电化学性能,其中取代度为0.55的低聚合度CMC制备的电极循环性能最佳.因此,使用低聚合度CMC时不需添加SBR,既减少了用料成本,又节约了电池内部空间,有利于增加有效的电极材料.     

金属氢化物电极和金属氢化物／镍电池的电化学阻抗谱

用电化学阻抗谱（EIS）方法,对金属氢化物（MH）电极和两种商品化金属氢化物／镍（MH／Ni)电池性能进行了研究,通过建立等效电路模型分析了MH电极的电化学阻抗谱,结果表明,在不同放电深度和充放电循环时,电极的欧姆阻抗,反应电阻和界面电容等呈规律地变化,并与电极性能的变化相一致,欧姆阻抗和由制备工艺带来的电极反应性能折差别,是引起两种商品化MH／Ni电池电化学充放电性能差别的主要原因,也说明EIS可用于检测MH电极的荷电状态和反应性能,并可作为在线无损伤MH／Ni电池性能测试技术。     

二次电池储能机理的电化学谱学研究进展

随着人类社会向电动化、信息化和智能化快速迈进,对可充式二次电池的需求急剧增加.二次电池的性能在很大程度上取决于其电池材料的组成、结构与性质,以及它们在充放电循环过程中的晶相、电子结构与局域结构演化、界面形成与重构行为.深入了解电池电极材料和电极/电解质界面的特性,尤其是它们在循环过程中的动态演化行为,对于优化当前二次电池体系及开发新材料和新体系以提升其性能至关重要.近年来,随着各种谱学技术,尤其是电化学原位谱学技术的快速发展,在二次电池电化学反应机理和构效关系研究中取得了重要的研究进展,为二次电池科学和技术的发展提供了强大支撑.本文结合本课题组的研究工作,综述了几种先进的谱学技术,特别是电化学原位X射线衍射及吸收谱、固体核磁共振谱学及其成像技术在二次电池研究中的应用.     

新型高能化学电源电极过程及其研究方法的进展

简要介绍国际上新型高能化学电源的一些研究现状,并主要结合课题组的研究工作,就锂离子电池纳米相电极材料,金属氢化物电极表面电化学性能及其相关电极过程和化学电源研究中谱学电化学方法的应用等进行了总结和回顾。     

锂离子电池负极中一步球磨硅碳材料的应用

近年来,硅基类材料的高理论比容量使其在能源存储尤其锂离子电池电极材料的应用受到了广泛的关注。通过简单的高能球磨法制备了硅碳(Si/C)复合材料,同时对比了采用不同硅碳比例进行球磨后的复合材料的形貌及性能情况。球磨Si/C复合材料在作为锂离子电池负极时展现了较好的电化学性能,与碳的复合有效抑制了合金硅材料在充放电过程中由于体积膨胀导致的容量快速衰减,同时,碳硅的混合比例对其电化学性能也起到了较大的影响。通过简单一步球磨方法和调控硅碳比例制备高循环稳定性和高容量的改进方式为硅基类材料在锂离子电池中的实际应用拓展了更大的空间。     

Na在石墨烯/蓝磷结构材料的吸附和扩散行为研究

钠离子电池作为锂离子电池的可能替代品,是潜在的候选储能设备之一.使用SISETA计算软件程序,研究钠离子在石墨烯表层不同位置的吸附性能,以及分别在石墨烯和蓝磷一侧的扩散行为.理论分析认为,石墨烯/蓝磷结构材料和单纯的石墨烯有相似的电极性质,并有比单纯石墨烯稍好的扩散性能,是较理想的钠离子阳极材料.