锂离子电池磷酸铁锂正极材料重点技术的专利分析

磷酸铁锂(LiFePO4)为橄榄石结构,是一种常见的锂离子电池正极材料,其理论比容量为170 mAh/g,工作电压为3.2 V,电子导电率为1×10-10～1×10-9 S/cm.本文主要以锂离子电池磷酸铁锂正极材料的相关专利申请作为研究对象,对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的掺杂技术和包覆技术的专利文献进行分析.通过分析...     

三维炭/还原氧化石墨烯纳米片的制备及其电化学性能

采用水热合成法,将间苯二酚甲醛树脂涂覆在还原氧化石墨烯片层上,经冷冻干燥及炭化后构筑三维炭/还原氧化石墨烯纳米片。使用SEM、TEM、FTIR、XPS等对样品的形貌与结构进行表征,利用循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗法测试了样品的电化学性能。结果表明,间苯二酚甲醛树脂成功将还原氧化石墨烯片包覆,二者构筑的三维炭/还原氧化石墨烯复合纳米片厚度为25nm;当循环伏安测试扫描速率为20mV/s时,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料的比电容分别为还原氧化石墨烯与间苯二酚甲醛树脂炭电极材料相应值的1.8和2.8倍;在0.2A/g的充电电流密度下,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料比电容为154.4F/g。     

三明治结构高性能锂离子电池碳/氧化亚硅@石墨烯负极材料

氧化亚硅因其高理论比容量和丰富自然资源被认为是下一代高比能量锂离子电池负极材料之一。然而，氧化亚硅在充放电过程中由于较大体积变化引起电极结构不稳定，造成性能的衰减。本研究提出一种碳包覆层–氧化亚硅–石墨烯的三明治结构，有效提高氧化亚硅负极材料在充放电过程的结构稳定性。石墨烯和碳包覆层构建出一个围绕氧化亚硅颗粒的三维电子传输网络，不仅提高材料的电极反应动力学过程，而且能均化材料表面的局部电流和电极反应程度，实现材料体积的均匀变化。此外，存在于氧化亚硅和石墨烯之间的硅–氧–碳键可以增强颗粒在石墨烯片层上的附着强度，防止氧化亚硅在嵌脱锂过程中从石墨烯上脱落。得益于上述结构优势的协同作用，碳/氧化亚硅@石墨烯材料表现出优异的循环稳定性，在0.1 C倍率下循环100圈后比容量为890 mAh/g，容量保持率为73.7%。另外，材料经历前35圈电流密度从0.1 C到5 C的逐步上升的充放电循环后恢复到0.1 C的低电流后，仍表现出886 mAh/g的可逆比容量，对应容量恢复率93.7%，表明材料的倍率性能优异。该研究提供一种提高高容量型锂/钠离子电池负极材料结构稳定性的新策略。     

磷酸铁锂正极材料的研究现状

磷酸铁锂正极材料具有比容量大、安全性高、性价比高以及循环寿命长等优点,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。论述了橄榄石型磷酸铁锂的晶体结构特征以及充放电反应机制,综述了近年来采用葡萄糖、活性碳和石墨烯等不同的碳源进行碳包覆, 硫离子、镁离子、镍离子、氟离子、钒离子、钠离子和银离子等不同金属离子和非金属离子进行离子掺杂以及蒸发诱导自组装法、碳热还原法和喷雾干燥法等不同合成方法进行材料纳米化等改性方式对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响。最后简要分析了目前改性方法仍存在的问题,并对其前景进行了展望。     

中空硅球/石墨烯复合材料制备及电化学性能

锂离子电池中硅基负极材料具有极高理论容量和低充放电电压平台,作为代替石墨的最佳负极材料,成为当下研究中热门的锂电池负极材料。设计中空硅球/石墨烯复合材料,H-Si球与氧化石墨烯水热条件下形成三维多孔石墨烯气凝胶内嵌硅球复合物(H-Si/GA),H-Si球与聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly dimethyl diallyl ammonium,PDDA)功能化的氧化石墨烯溶剂热条件下静电吸附形成包覆状复合物(H-Si/G)。借助结构表征和电性能测试,硅球与石墨烯紧密包覆状的H-Si/G展示出更佳的电性能。中空硅球由于静电吸附作用嵌入石墨烯纳米片中,石墨烯牢牢固定硅球,构建了稳定的导电通道,缓冲体积膨胀,并保持电极结构稳定。硅球内部的空隙空间为体积膨胀预留足够缓冲空间,缩短了电子和离子传输通道。     

冷冻干燥石墨烯包覆硫/多孔碳复合正极材料的制备与电化学性能测试

为了缓解锂硫电池在充放电过程中的活性成分流失以及过充电问题,本文采用冷冻干燥与后续热处理方法制备得到还原氧化石墨烯包覆的硫/碳复合材料(S@C/FD-rGO),并将其作为锂硫电池正极材料.电化学性能测试结果表明,还原氧化石墨烯的包覆有效抑制了多硫化物的溶解,所制备的S@C/FD-rGO复合材料的首次可逆容量为965.8mAh·g~(-1),循环100圈后可逆容量为488.3mAh·g~(-1),容量保持率为50.6%,相较于未包覆石墨烯的硫/碳复合材料,电化学性能得到显著提高.     

磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备与电化学性能研究

介绍了一种将石墨烯(Graphite)引入锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO_4)中获得LiFePO_4/graphite复合材料的制备方法。首先以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵和葡萄糖为原材料,采用高温固相法合成了碳包覆的LiFePO_4前躯体,再通过固相粉体混合的工艺加入不同百分比的石墨烯,制备出磷酸铁/石墨烯锂离子电池正极复合材料;对所制备的复合材料组装成纽扣电池进行性能测试;结果表明:复合材料的电化学性能显著提高,在0.1C放电倍率条件下,LiFePO_4+1wt%graphite复合材料的首次放电容量从LiFePO_4基体材料的131.75mAh/g提高到146.51mAh/g,LiFePO_4+1wt%graphite复合材料的充电性能和放电性能分别提高了5.8%和4.8%。     

超声浸渍包覆天然石墨的电化学性能

首次使用超声浸渍法在天然石墨表面包覆热解炭用作锂离子电池负极材料，使用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法研究了这种复合材料的电化学嵌脱锂性能．结果表明，超声浸渍有利于天然石墨的均层包覆和深度包覆，可以改善天然石墨的界面性质，防止溶剂化锂离子插入石墨层间造成的结构层离，提高了天然石墨用作锂离子电池负极的电化学性能．共溶剂的种类和性质影响包覆石墨电极的嵌脱锂性能，在不同共溶剂的EC基电解液中，DMC表现出与包覆石墨最佳的相容性．     

Li_3VO_4/RGO纳米复合负极材料的制备及其电化学性能

钒酸锂作为锂离子电池负极材料,因具有比碳材料更高的安全性能和比钛酸锂材料更高的能量密度,成为近年来的研究热点,但导电性能差是限制其应用的主要瓶颈。为了改善钒酸锂材料的导电性,提高其比容量和倍率性能,设计构筑了具有三维结构的Li_3VO_4/RGO(还原氧化石墨烯)复合负极材料。结果表明,RGO可以抑制Li_3VO_4颗粒的团聚,典型产物中Li_3VO_4颗粒粒径为50~200nm,均匀地分散在RGO的表面,与RGO形成良好的三维网络结构。600℃煅烧后的样品(Li_3VO_4/RGO-600)在0.5C的电流密度下首次放电比容量达到495.6(mA·h)/g,100次循环后保有365.9(mA·h)/g;在10C的电流密度下,放电比容量仍可保持332.9(mA·h)/g。     

MXene材料储能应用研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构.MXene因其独特的物理和化学特性,以及在储能、催化、电子与光电子等领域中的良好应用前景而受到广泛关注.介绍了MXene材料的制备、表征以及在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等储能器件上的最新研究成果.最后,对MXene材料的未来发展和挑战进行了介绍.     

Janus CoSTe单层膜在Li- S电池中的应用研究

开发新的亲硫催化材料是解决锂硫电池正极多硫化锂存在的严重的穿梭效应和缓慢的动力学转化等问题的有效方案。构建了一种潜在的锂硫电池正极锚定材料—Janus过渡金属二硫属化物CoSTe单层膜,采用第一性原理计算发现多硫化物Li₂S_n团簇在CoSTe单层膜表面吸附能适中(0.88～2.85 eV),大于石墨烯表面和有机电解液中的吸附能,且高阶Li₂S_n团簇的表面吸附在一定范围内得到了优化;Li₂S_n团簇的分解不太容易自发地在CoSTe膜层上发生;Li₂S_n团簇在CoSTe单层膜表面的扩散有其微观上的“通道”;Li₂S的解离能优于石墨烯表面,CoSTe单层膜比石墨烯表面更利于硫还原反应的顺利进行;CoSTe单层膜的金属特性在吸附Li₂S_n团簇后得以保留。综上,理论上Janus CoSTe单层膜表面在锂硫电池电极中具备优异的电化学性能,具有开发应用的潜力和价值...     

LiNi0.8Co0.2O2的表面修饰及性能

锂离子电池正极材料和电解液之间的恶性相互作用引起正极材料和电池性能的劣化。将LiNi0.8Co0.2O2,LiOH*H2O和H3BO3以摩尔比100∶1∶2均匀混合,500℃热处理10h,在LiNi0.8Co0.2O2表面包覆上一层Li2O-2B2O3玻璃层。用X光电子能谱、扫描电镜和X光衍射分析对包覆前后LiNi0.8Co0.2O2的结构进行了表征。结果表明,表面修饰有效地抑制了LiNi0.8Co0.2O2和电解液之间的恶性相互作用,材料的实际比容量提高,充放电循环稳定性改善,自放电速率减小。表面修饰处理是改善锂离子电池正极材料综合性能的有效途径。     

锂离子电池能源材料研究进展

能源材料是指能源的开发、运输、转换、储存和利用过程中的材料,其中锂离子电池材料是应用和开发前景最好的一种能源材料.改善和提高锂离子电池电化学性能的关键是选取充放电性能良好的电极材料.总结上海大学环境与化学工程学院在新型电极材料领域的研究进展,其中包括锡基纳米粒子、锡基/碳复合纳米材料、碳纳米材料、碳包裹磷酸铁锂复合纳米材料、氧化钴/碳复合纳米材料、氧化镍/石墨烯复合纳米材料,并对该类材料的发展趋势进行展望.     

采用包覆和掺杂同步改性策略修复废旧LiFePO4制备高性能正极材料

随着新能源汽车的日渐普及导致动力电池的需求量和报废量呈现爆发式增长，对废旧电池正极材料进行修复再生利用具有重要的环保和经济意义。通过传统浸出方式回收正极材料中有价金属能够实现正极材料的资源化利用，但存在流程复杂、经济效益低、污染严重等问题；而仅通过补锂的方式修复得到的再生正极材料存在循环稳定性差的缺陷。本研究通过固相烧结法补充废旧LiFePO₄中损失的锂离子，并加入葡萄糖促进 Fe3+还原的同时在LiFePO₄表面形成碳包覆层。此外，在补锂过程中加入Mg2+实现修复再生和掺杂改性同步进行。结果表明，再生过程中同步掺入Mg2+可以明显提高晶体结构稳定性以及锂离子扩散系数。再生LiFePO₄正极材料表现出优异的电化学性能。在1 C倍率下，Mg-RLFP的首次放电容量为131.8 mAh?g?1，200圈和400圈容量保持率分别达到98.8%和92.2%；在0.1 C和10 C的倍率下，Mg-RLFP的放电容量分别为142.9·mAh?g?1和95.5 mAh?g?1。研究结果表明，补锂过程中采用碳包覆与镁离子掺杂同步改性的策略能够有效地修复废旧LiFePO₄正极材料。     

一种蜂窝状三维石墨烯的制备及表征

以天然鳞片石墨为原料,采用水热法和模板法,制备了蜂窝状的三维石墨烯,并对其形貌和结构进行了表征.利用Hummers法制备氧化石墨烯,将氧化石墨烯与聚苯乙烯微球制备液超声混合,进行水热反应得到氧化石墨烯包裹的聚苯乙烯微球模板.在弱碱性条件下,利用水合肼将聚苯乙烯微球表面的氧化石墨烯还原为石墨烯.之后,在强碱性条件下,利用甲苯去除聚苯乙烯微球模板,得到三维石墨烯结构.最后,经高温活化处理,得到蜂窝状的三维石墨烯.利用扫描电镜(SEM)和X线衍射(XRD)对制备的蜂窝状三维石墨烯进行了结构和形貌的表征.结果表明,本实验采用一锅法制备三维石墨烯,操作简单、成本低廉,制备的多孔三维石墨烯具有高比表面积、高导电率、强亲水性等优点,可广泛应用于导电复合材料、电池、化学和生物传感等领域.     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

SnOxSy@PANI@rGO复合材料的制备及其电化学性能

利用水热法合成二硫化锡六方晶片,通过氧化聚合包裹聚苯胺,水热还原制备锡氧硫化合物@聚苯胺@还原氧化石墨烯(SnO_xS_y@PANI@rGO)复合材料.分别利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FT-IR)光谱、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)对材料进行形貌和物相分析,结果表明:制备的六方形SnO_xS_y被PANI和rGO双层包覆.将复合材料作为锂离子电池的负极进行电化学性能研究,结果显示:由于多元复合材料中的聚苯胺和还原石墨烯增加了其导电性,缓冲了SnO_xS_y在充放电过程的体积膨胀,保持了结构稳定性,展现了优越的电性能.     

氧化石墨烯的还原和烷基化及其储能性能研究

石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的二维周期蜂窝状点阵结构,其特殊的单原子层结构使其表现出许多奇特的物理化学性质,在电子学、生物医学、储能、传感器等领域显示出广阔的应用前景.然而,由于石墨烯易团聚成石墨,使其不能均匀分散在水或常用的有机溶剂中,在很大程度上限制了它的实际应用.本研究首先利用金属锂和萘的四氢呋喃溶液还原氧化石墨烯,然后对其进行循环烷基化反应,获得了烷基功能化程度不同的石墨烯.该方法通过还原除去了氧化石墨烯中大多数的含氧官能团,很大程度上恢复了石墨烯的导电性(1 361S/m),并且,由于在石墨烯表面引入烷基链,改善了石墨烯的分散性,为石墨烯的进一步加工和应用提供新的思路.通过电化学充放电测试等手段研究了制备的石墨烯材料用作锂离子电池负极活性物质的电化学性能.     

高温固相法制备LiFePO4/C正极材料及其性能

为了提高磷酸铁锂的能量密度,本文通过两步高温固相反应法合成了锂离子电池正极LiFePO_4/C复合材料,利用XRD、SEM、TEM等方法对该正极材料的晶体结构、表面形貌进行了分析研究。实验结果表明,LiFePO_4/C具有单一的橄榄石结构,通过掺杂前驱体10%(质量分数)的葡萄糖合成的材料具有良好的充放电性能和循环稳定性能球状,LiFePO4为锂离子的迁移和扩散提供了通道,有利于电化学性能的提升。在0.1 C倍率下进行充放电测试,首次放电比容量可达161 m Ahg-1,在2 C下循环了100次后复合材料的容量为148 m Ahg~(-1),库仑效率高达98%,结果表明碳包覆的LiFePO_4样品的电化学性能得到了很大提高。     

射频等离子体处理对氧化石墨烯的影响

分别使用氢气和氩气射频等离子体放电处理氧化石墨烯溶液,快速的对氧化石墨烯进行还原,同时得到了三维多孔的表面形貌。结果显示,还原性气体(氢气)对氧化石墨烯的还原程度高于惰性气体(氩气)对其的还原;通过改变射频等离子体的放电功率,表明放电功率越大,氧化石墨烯的还原程度越高。用射频等离子体还原氧化石墨烯,方法更有效且环境友好,处理后得到的三维多孔形貌的还原氧化石墨烯有望进一步应用于超级电容器、锂电池、传感器等领域。