锂离子电池用LiPF_6/PC+FEC电解液的低温性能

研究氟代碳酸乙烯酯(fluoroethylene carbonate,FEC)添加剂对锂离子电池用碳酸丙烯酯(PC)基电解液低温放电性能和常温循环性能的影响,并通过电化学阻抗谱(EIS)、X线光电子能谱(XPS)以及气质联用谱(GC-MS)等对FEC在PC基电解液中的作用机理进行探讨。研究结果表明:往PC电解液中添加质量分数为5%的FEC可以在石墨电极表面形成完整且致密的SEI膜,从而有效阻止PC在负极石墨的共嵌入;电池在低温-20℃及-40℃下0.5C放电容量分别可达到室温容量的98%及87%;FEC形成的SEI膜有效降低了锂离子电池的低温电荷转移阻抗,是提高电池低温性能的主要因素之一;FEC在正极钴酸锂材料表面形成了导电性能优异的SEI膜层,改善了锂离子电池的低温性能和常温循环性能。     

LiODFB电解液的高低温性能

采用DSC、电化学工作站和电池测试系统研究LiODFB/(EC+DMC+EMC)和LiPF6/(EC+DMC+EMC)电解液的热稳定性、高低温下的电化学窗口及其对铝箔集流体的稳定性、LiFePO4/G(石墨,graphite,简称G)电池在60和-20℃的高循环性能,通过SEM分析循环后的正负极极片形貌,探索高低温下电解液与极片的相互作用机理.研究结果表明:LiODFB电解液在250℃才会分解,而LiPF6电解液的分解温度为120℃;在-20和60℃时,LiODFB电解液的电化学窗口及其对集流体铝箔的稳定性比LiPF6电解液的大;以LiFePO4/G为电极的LiODFB电池在-20和60℃循环100次后的容量保持率均比LiPF6电池的大,LiODFB电解液能够帮助石墨表面SEI膜的形成,而LiPF6电解液在高温下会产生HF破坏SEI膜,致使电池性能降低.     

新型成膜添加剂CH3COONH4对石墨负极电性能的改善

应用循环伏安和恒电流充放电等电化学方法,结合微观测试手段傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM),剖析了电解液中加入少量CH3COONH4后对电极表面SEI膜的影响.通过与空白溶液比较显示,添加CH3COONH4能显著提高天然石墨负极首次循环过程中的充放电容量,降低不可逆容量损失,提高电极的循环性能和倍率充放电性能.扫描电镜和电极表面SEI膜组分的FTIR分析表明,添加适宜浓度的CH3COONH4有助于改善天然石墨的电化学性能.     

含菱形相的天然石墨用做锂离子电池负极材料

利用天然石墨的XRD结晶参数计算了5种天然石、圣样品的菱形石墨含量，采用恒电流充放电和循环伏安方法研究了天然石墨HT10在1mol／L LiPF6／EC EMC(1：1，体积比)和1mol／L LiPF6／EC EMC PC(3：3：4，体积比)电解液中的电化学性能．结果表明，HT10在2种电解液中均保持了较高的放电容量和较好的循环性能，且放电容量均在330mAh／g以上，首次库仑效率均大于87％．采用循环伏安和SEM分析了充放电过程中形成SEI膜的情况，良好的SEI膜保证了锂离子的通过而阻止溶剂的共嵌入；同时在1mol／L LiPF6／EC EMC PC(3：3：4，体积比)中石墨片层经多次充放电后剥离形成了疏松的多孔性物质．     

氟化锂及氮化亚铜人工固态电解质膜对锂离子电池正极三元材料的改性

在锂离子电池充放电过程中,电解液与电极材料发生反应,形成的固态电解质膜(solid electrolyte interphase,SEI)随着充放电次数的增加而变厚,这将降低电池的循环稳定性。所制备的人工固态电解质膜(a-SEI)可改善锂离子电池的循环稳定性,其主要成分为使用液相法制备的氟化锂(LiF)、氮化亚铜(Cu 3N)纳米颗粒。通过两种不同路径,将两种纳米颗粒先后在锂离子电池正极三元材料LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2(NCM811)电极片表面和活性材料颗粒表面涂覆生成一层a-SEI。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学阻抗谱(EIS)等材料表征和电化学分析方法,解析a-SEI对锂离子电池循环稳定性的影响。结果表明,NCM811材料表面包覆Cu 3N作为a-SEI的电化学性能最好,相比纯NCM811材料,50周循环后的容量保持率可提升26.5%。     

2-噻吩甲腈在高电压锂离子电池中的应用

为了改善锂离子电池在高电压下的电化学性能,以2-噻吩甲腈作为一种新型的电解液添加剂,采用线性扫描伏安法(LSV)研究其对1 mol/L Li PF6/EC+EMC(EC与EMC质量分数之比为1:2)电解液电化学窗口的影响。通过扫描电镜(SEM)、X线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(IR)、充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)对含不同电解液的锂离子电池循环前后的正极材料表面及其电化学性能进行表征。研究结果表明:2-噻吩甲腈能优先于电解液溶剂发生氧化分解反应并在正极表面形成致密的导电聚合物膜;添加质量分数为0.1%2-噻吩甲腈的钴酸锂电池在3.0~4.5 V以0.5 C倍率循环100次后容量保持率高达91.99%,在5C倍率下放电比容量为152.8m A·h·g-1;与电解液中未添加2-噻吩甲腈的电池相比,其循环后电荷转移阻抗的增加被抑制,在高电压下表现出较好的循环和倍率性能。     

碳基片上沉积的金刚石涂层多孔电极的特性(英文)

采用化学气相沉积法(CVD)在多孔活性碳基体上制备掺硼金刚石涂层多孔电极。用扫描电子显微镜(SEM)法表征了金刚石膜的表面微观结构,采用循环伏安法和交流阻抗法研究了电极的电化学性质。结果表明,金刚石表面形态为球形,金刚石膜电极具有很宽的电势窗口,在酸性、中性和碱性3种介质中分别为4.4V、4.0V和3.0V。在铁氰化钾电解液中,金刚石膜电极表面在反应过程中始终保持良好的活性,在表面进行的电化学反应具有良好的准可逆性。     

钛表面制备多孔氧化膜的研究

以硫酸和磷酸为电解液,工业纯钛为阳极,不锈钢为阴极,恒电流阳极氧化的方式在钛表面直接获得TiO2多孔氧化膜,经过500℃热处理,促进氧化膜由非晶体向晶体的转变.采用扫描电镜和X射线衍射对阳极氧化膜的形貌和结构进行了分析,研究了电流密度、电解液种类以及浓度对TiO2多孔氧化膜形态和晶型的影响,并探讨了其形成机理.结果表明,以磷酸为电解液时钛表面仅生成锐钛矿相的TiO2,而以硫酸为电解液时钛表面生成锐钛矿和金红石两种晶相的TiO2.     

镁合金微弧氧化的电解液组分研究

利用交流微弧氧化装置对AZ91D镁合金在1组分、2组分、3组分和4组分电解液中进行了微弧氧化处理,并通过电化学测试技术研究了微弧氧化处理后膜层的耐蚀性能.实验结果表明:能显著提高镁合金耐蚀性能的微弧氧化电解液,多为含NaAlO2组分的碱性溶液;电解液中添加H2O2和C4H4O6Na2等组分,可进一步提高膜层的耐蚀性.微弧氧化处理后,膜层表面光滑、均匀、致密,并由尖晶石结构的MgAl2O4相和MgO相组成.NaAlO2组分的存在,能与膜层中的MgO相在微弧氧化过程中一起烧结形成具有尖晶石结构的MgAl2O4耐蚀相,从而提高镁合金的耐蚀性能.     

碳基片上沉积的金刚石涂层多孔电极的特性

采用化学气相沉积法（CVD）在多孔活性碳基体上制备掺硼金刚石涂层多孔电极。用扫描电子显微镜（SEM）法表征了金刚石膜的表面微观结构，采用循环伏安法和交流阻抗法研究了电极的电化学性质。结果表明，金刚石表面形态为球形，金刚石膜电极具有很宽的电势窗口，在酸性、中性和碱性3种介质中分别为4．4V、4．0V和3．0V。在铁氰化钾电解液中，金刚石膜电极表面在反应过程中始终保持良好的活性，在表面进行的电化学反应具有良好的准可逆性。     

Lithium secondary batteries using an asymmetric sulfonium-based room temperature ionic liquid as a potential electrolyte

A new asymmetric sulfonium-based ionic liquid, 1-butyldimethylsulfonium bis（trifluoromethylsulfonyl） imide （S114TFSI）, was developed as electrolyte material for lithium secondary battery. Its cathodic potential was a little more positive against the Li/Li＋, so vinylene carbonate （VC） was added into the LiTFSI/S114TFSI ionic liquid electrolyte to ensure the formation of a solid electrolyte interface （SEI）, which effectively prevented the decomposition of the electrolyte. The properties of the Li/LiMn2O4 cell containing S114TFSI-based electrolyte were studied and the cycle performances were compared to those with a conventional organic electrolyte （1 mol/L LiPF6/DMC：EC=1：1（w/w）） at room temperature. Electrochemical impedance spectroscopy （EIS） and X-ray diffraction （XRD） were conducted to analyze the mechanisms affecting the cell performances at different temperatures. The lithium secondary bat- tery system, using the above ionic liquid electrolyte material, shows good cycle performances and good safety at room temperature, and is worthwhile to further investigate so as to find out the potential application.     

改性PVDF-HFP基凝胶电解质的合成及锂金属电池性能研究

开发高质量的固态电解质,对制造新一代安全稳定的固态锂金属电池具有重要意义。以聚偏氟乙烯–六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, PVDF-HFP)为聚合物基体,引入MOF-808作为活性填料,采用溶液浇筑法制备了新型凝胶聚合物电解质。优化后的凝胶聚合物电解质在室温下的离子电导率高达3.21 mS/cm,电化学稳定窗口可达5.0 V、具有较高的Li^＋迁移数(0.63)、与锂金属具有良好的界面相容性。组装的磷酸铁锂全电池在0.5 C倍率下循环250次,容量保持率为86.7%。高性能凝胶聚合物电解质对提升锂金属电池的循环稳定性与安全性具有重要的应用价值。     

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。     

1,3-dioxolane pretreatment to improve the interfacial characteristics of a lithium anode

1,3-dioxolane pretreatment to improve the interfacial characteristics of a lithium anode     

Two-and three-electrode impedance spectroscopic studies of graphite electrode in the first lithiation

The first lithiation of graphite electrode was investigated by electrochemical impedance spectroscopy （EIS） and scanning electron microscope （SEM） in a two-electrode button cell and a three-electrode glass cell. The results demonstrate that the study of the variation of EIS feature of the graphite electrode in the two-electrode button cell with electrode polarization potential decreasing in the first lithiation cannot be used to investigate the formation mechanism of the solid electrolyte interphase （SEI） film. However, the formation and growth process of the SEI film can be acquired by investigating the variation of EIS features of the graphite electrode in the three-electrode glass cell with the decrease of electrode polarization potential in the first lithiation. Moreover, the results also point out that the SEI film on graphite electrode is mainly formed between 1.0 and 0.6 V in the first lithiation.     

铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理

铝电解生产过程中，由于氧化铝中含有少量的氧化锂导致电解质中氟化锂含量升高，锂元素向阴极内衬中渗透.通过X射线衍射分析与扫描电镜分析，对电解质和阴极炭块中锂元素的存在形式进行了研究，探讨了铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理.结果表明:电解质中的锂主要以LiNa₂AlF₆形式存在；电解过程中，电解质中的部分锂离子被铝还原为金属锂并进入铝液中，铝液中锂摩尔分数与电解质中的氟化锂摩尔分数成正比；电解质中的锂主要以氟化物形式通过阴极炭块中的开气孔和裂缝向阴极炭块中渗透，铝液中的锂不会通过铝液向阴极炭块内部扩散.     

SrF2颗粒涂覆增强Si/C负极电化学性能

The silicon-based material exhibits a high theoretical specific capacity and is one of the best anode for the next generation of advanced lithium-ion batteries (LIBs). However, it is difficult for the silicon-based anode to form a stable solid-state interphase (SEI) during Li alloy/de-alloy process due to the large volume change (up to 300%) between silicon and Li_4.4Si, which seriously limits the cycle life of the LIBs. Herein, we use strontium fluoride (SrF₂) particle to coat the silicon?carbon (Si/C) electrode (SrF₂@Si/C) to help forming a stable and high mechanical strength SEI by spontaneously embedding the SrF₂ particle into SEI. Meanwhile the formed SEI can inhibit the volume expansion of the silicon?carbon anode during the cycle. The electrochemical test results show that the cycle performance and the ionic conductivity of the SrF₂@Si/C anode has been significantly improved. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis reveals that there are fewer electrolyte decomposition products formed on the surface of the SrF₂@Si/C anode. This study provides a facile approach to overcome the problems of Si/C electrode during the electrochemical cycling, which will be beneficial to the industrial application of silicon-based anode materials.     

非溶剂添加剂对聚醚砜超滤膜结构的影响

以聚醚砜 (PES)铸膜液体系及超滤膜为研究对象 ,研究了 2种无机添加剂氯化锂和磷酸对铸膜液性质和超滤膜结构的影响 .结果表明 ,磷酸或氯化锂的加入对皮层形态和断面结构都有明显影响 .在膜形成过程中 ,皮层的形成对水与DMAc之间的扩散造成阻力 .氯化锂和磷酸的存在 ,在一定程度上抑制了聚醚砜超滤膜亚层中大空腔的形成 ,有利于尺寸较小的指状孔的形成     

硅钨杂多酸锂作为聚并苯/锂二次电池的新型电解质研究

用聚并苯作正极活性材料,金属锂作负极,以硅钨杂多酸锂Li4SiW12O40代替高氯酸锂作电解质,制成了聚并苯/锂（PAS/Li）二次电池,对该二次电池的性能及影响因素尤其是Li4SiW12O40对电池容量、循环性能和自放电性质进行了系统研究.结果表明:与高氯酸理作电解质的PAS/Li二次电池相比,采用该新型电解质的二次电池不仅克服了高氯酸钾易吸水、易爆炸的不利因素,而且还具有较大的比容量和较小的自放电,循环性也很好,是一种新型、优秀的PAS/Li二次电池的电解质.     

Li3N film modified separator with homogenization effect of lithium ions for stable lithium metal battery

Lithium metal anode with high theoretical capacity is considered to be one of the most potential anode materials of the next generation. However, the growth of lithium dendrite seriously affects the application of lithium metal anode and the development of lithium metal batteries (LMBs). Herein, an ultrathin Li₃N film modified separator to homogenize the lithium ions and protect the lithium metal anode was reported. Due to the intrinsic properties of Li₃N, the functional separator possessed good thermal stability, mechanical properties and electrolyte wettability, and the homogenization of the lithium ion was realized without increasing the interface impedance. With this functional separator, the Li/Li symmetrical cell could achieve a long cycle with low overpotential for 1000 ​h at a current density of 1 ​mA ​cm⁻². Furthermore, when the full battery was assembled with LiFePO₄ and the discharge capacity could be maintained at 151 mAh g⁻¹ after 400 cycles at 1 ​C. In addition, the full battery also showed good rate performance, and provided a high discharge capacity of 114 mAh g⁻¹ at 5 ​C.