电化学阻抗谱识别不同化学体系退役动力锂离子电池

退役动力锂离子电池梯次利用可充分提高动力电池的经济性,然而目前动力电池标识信息混乱、电池荷电状态差异和工作电压重叠均导致无法直接或依据开路电压准确分辨磷酸铁锂动力电池与镍钴锰三元动力电池。为此,基于动力锂离子电池的结构和等效电路,建立了容量与动力电池界面电容、反应电阻、韦伯阻抗和液相电阻的对应关系,通过分析动力电池容量对电化学阻抗实部和虚部的影响探讨了利用阻抗法快速识别退役动力锂离子电池化学体系的可能性。结果表明电化学阻抗实部与虚部的比值与电池容量无关,据此可利用该比值随频率的变化差异快速识别不同化学体系的动力锂离子电池,从而避免依据充放电判断电池化学体系的低效率。此外,软包装磷酸铁锂和镍钴锰三元电池的测试结果也表明10 Ah、12.5 Ah和50 Ah的磷酸铁锂电池阻抗虚部与实部比值随交流信号频率的变化基本相同,但与镍钴锰三元电池明显不同,初步验证了该方法的有效性。

LiFePO4锂离子电池的低温性能

采用循环伏安和充放电测试研究了LiFePO4和碳负极材料的低温性能。LiFePO4在25℃时的0.1C和0.3C放电比容量分别为156 mAh/g和148 mAh/g,在-20℃时分别为91 mAh/g和65 mAh/g。碳负极材料在-20℃下以0.1C和0.3C放电,几乎可放出25℃时的全部比容量,约330 mAh/g。LiFePO4是LiFePO4锂离子电池低温容量的主要影响因素。

锂离子电池安全

本文在生产实践的基础上,结合其他关于锂离子电池安全问题的科研文献,对几种影响锂离子电池安全的因素进行了分析和讨论,给出了一些对锂离子电池安全性的认识,同时简单介绍了几种提高锂离子电池安全性的方法,希望对这个领域内的其他研究者有所帮助。

电镀光亮锡铋合金工艺研究

用小槽试验与Hull槽试验 ,对合成出的若干种作为电镀Sn Bi合金光亮剂的有机物进行了研究 ,讨论了在各种工艺条件下该光亮剂对合金镀层外观的影响以及工艺条件对镀层中铋含量的影响 ,并确定了最佳工艺。运用稳态极化曲线对光亮剂在镀液中的电化学行为进行了初步研究 ,还对合金镀层进行了SEM观察和分析。

锂离子电池过充短路添加剂

为了提高锂离子电池的抗过充性能,研究了二苯醚做为锂离子电池过充短路添加剂的性质。实验结果表明在锂离子电池有机电解液中,当电极电位高于4.5V(vs.Li/Li+)时二苯醚在铂盘电极上发生电氧化聚合,形成具有良好电化学活性的导电聚合物,同时LiMn2O4粉末微电极的结果表明在电极电位到达4.25V之前,二苯醚没有对正极材料产生明显的不利影响。LiMn2O4/Li模拟电池的结果表明当电池过充到约4.5V时,电池电压不再升高,同时扫描电子显微镜观察发现二苯醚在正极上发生了聚合。此外在聚合过程中产生的H+在负极上被还原为H2,增加了电池的内压,因此可以通过激活安全阀提高锂离子电池的安全性。

负极材料为Li_4Ti_5O_(12)的18650型锂离子电池的性能

研究了以Li4Ti5O12为负极材料的18650型锂离子电池的充放电性能。对2025型Li4Ti5O12-Li模拟电池的研究表明,Li4Ti5O12以0.1C在1.00～2.00 V循环,首次放电比容量和充放电效率分别为150 mAh/g和95%。18650型LiFe-PO4-Li4Ti5O12电池的0.2C充电平台集中在1.9 V,而放电平台约为1.8 V,充放电平台很平稳;LiCoO2-Li4Ti5O12和LiMn2O4-Li4Ti5O12电池的充放电平台集中在2.2～2.5 V。以Li4Ti5O12为负极材料的电池充电结束时的电压变化比以石墨为负极材料的电池明显。

锂离子电池阻燃剂的研究

通过测量电解液的自熄时间,研究了阻燃剂磷酸三氯丙酯(TCPP)对电解液燃烧性能的影响。1 mol/L LiPF6/EC+DMC电解液的燃烧性能随TCPP含量的增加而迅速减弱,当TCPP的含量超过35%(体积比)后,电解液不再具有可燃性;对于1 mol/L LiClO4/EC+DMC电解液,阻燃作用不显著。线性电位扫描的结果表明:TCPP的电化学窗口可达4.7 V(vs.Li/Li+)。循环实验的结果表明:LiCoO2的容量在含20%(体积比)TCPP的1 mol/L LiPF6/EC+DMC电解液中仍然有120 mAh/g,但是在此电解液中,中间相炭微球(MCMB)的容量下降至125 mAh/g左右。

阻燃剂TCPP与锂离子电池负极材料的相容性

为了提高阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)与锂离子电池负极材料中间相碳微球(MCMB)的相容性,在不同TCPP浓度电解液中研究了MCMB的循环伏安和充放电行为。结果表明:当电解液中TCPP的浓度为20%(体积比)时,MCMB/Li电池的首次充电比容量由空白电池的350 mAh/g增加到420 mAh/g,且1 V处平台的容量增加。当TCPP的浓度增加到30%时,MCMB已经不能进行充放电循环。当把MCMB在空白电解液中预循环后,在30%TCPP电解液中可以进行充放电,相应的MCMB/Li电池的充放电实验也得到了相似的结果。热解炭黑与阻燃剂TCPP有较好的相容性。

铈盐配合物对锂离子电池的抗过充性能

通过在锂离子电池的电解液中添加五硝酸根合铈(Ⅲ)酸四丁基铵的方法来提高电池的安全性,讨论了氧化还原添加剂的作用原理,并考察了作用效果.实验结果表明,五硝酸合铈(Ⅲ)配合物在锂离子电池电解液中的氧化电位在4.0 V左右,扩散系数为3.82×10-6cm2/s.L iFePO4/L i模拟电池的研究结果表明,当电池发生过充时五硝酸合铈(Ⅲ)配合物可以在电池的正极上氧化,并扩散到电池的负极上还原,通过在电池的正负极之间穿梭将电池的电压稳定在4.0 V.

5-硝基苊提高锂离子电池抗过充性能研究

采用循环伏安法研究了5-硝基苊在1M LiPF6/EC-DMC电解液中的电化学性质,结果表明5-硝基苊在4.4 V时发生电氧化聚合,扫描电子显微镜观察发现5-硝基苊在电极上发生了聚合.同时LiMn2O4粉末微电极的结果表明在电极电位到达4.25 V之前,5-硝基苊没有对正极材料产生不利影响.LiCoO2电池不同倍率的过充实验结果表明电池过充到约4.4 V时,5-硝基苊发生反应,产生的H+在负极上被还原为H2,增加了电池的内压,因此通过激活防爆阀提高了锂离子电池的安全性.

以p,V_(m)为参数的范德华气体的焦耳-汤姆逊系数及μJ-T-p-T图像

现有主要物理化学参考资料中较少讨论状态参数对范德华气体节流膨胀的影响,因此本文以压力和体积(p,V_(m))为参数初步讨论了范德华气体的焦耳-汤姆逊系数μ_(J-T),并在此基础上,以氮气为例,利用范德华方程将p,V_(m)参量转变为p,T参量,得到了μ_(J-T)-p-T三维图像和二维等高图,更直观地反映了状态参数p,T对μ_(J-T)的影响。

电极电势对反应速率常量的影响

讨论了处于平衡态的氧化还原电极电势对反应速率常量的影响问题.当体系中氧化态粒子浓度增加时,体系平衡电位上升,还原反应速率常量减小,氧化反应速率常量增加,无净反应发生,体系仍处于平衡态.

Ni-纳米TiO_2微粒复合电沉积研究

在Watts型镀镍液中 ,分别加入粒径为 80～ 10 0nm的TiO2 的两种同质异构体 :金红石型和锐钛型 ,得到了Ni 纳米TiO2 微粒的复合沉积层 研究了电沉积工艺体系的 pH值、电流密度、搅拌速度、镀液中TiO2 的含量及添加剂对复合沉积层的表观和沉积层中TiO2 含量的影响 ,确定了最佳工艺条件 通过能量色散谱和SEM ,对复合沉积层成分及形貌分析 ,在最佳组成及工艺条件下 ,得到了复合微粒重量为 5 %～ 10 % ,且表观形貌良好的Ni TiO2 复合沉积层 .

全光亮镀铁工艺的研究

介绍了一种新型的电镀光亮铁的工艺 ,使用了“抑氢剂”,并用小槽电镀、Hull Cell实验研究了镀液的性能 .还运用线性电位扫描法、旋转圆盘电极法测试了镀液的阴极极化性能和整平性能 ;采用 SEM法观察镀层的形貌 .实验结果表明 :光亮剂的加入可增大铁沉积时的阴极极化 ,并伴有整平作用 ;而抑氢剂可增大氢在铁上析出的过电位 ,从而可提高铁沉积的电流效率并降低镀层的应力 .

光亮剂对银电沉积行为的影响

用电势阶跃法和旋转圆盘电极法 (RDE)以及SEM和XRD测试手段 ,初步研究了光亮剂对氰化体系中银电沉积行为的影响 .研究表明 ,光亮剂的加入并未导致银电沉积成核机理的改变 ,但显著增强了镀液的微观平整效应 ,并且所得镀层的表观光滑程度明显改善 .

碳酸钾溶液中硫脲在银电极上的电化学反应的研究

采用循环伏安法 ( CV)、稳态极化法和 X射线电子能谱法 ( XPS)研究了硫脲在银电极上的电化学反应 。

Li_2MnSiO_4正极材料合成过程的热反应动力学

采用热重-差示扫描量热技术研究了高温固相法合成Li2MnSiO4正极材料的反应过程。结果表明:Li2MnSiO4前驱体在加热升温过程中的两个失重区主要归因于原料的脱水和分解;在不同升温速率条件下测得的差示扫描量热曲线主要由5个吸热峰组成;利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法对前驱体分解失重阶段中三个吸热峰(>200℃)的反应活化能计算结果分别为:384.12、120.63、263.43 kJ/mol和350.78、117.16、227.59 kJ/mol;基于Kissinger法进一步确定了相关反应阶段的反应级数、频率因子和动力学速率方程。XRD测试说明:基于热力学结果的分步优化工艺能够减少终产物的杂质,改善合成质量。

真空固相法合成Li_2FeSiO_4掺碳增容的对比

为改善低电导率Li2FeSiO4材料的电化学性能,采用真空固相法制备了Li2FeSiO4/C复合正极材料.利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒径分析技术(LS)对比分析了样品掺碳前后的物相和形貌特点.结果表明:除了轻微缩小的晶粒和增加的Li2SiO3杂质含量,掺碳后产物的晶构和形态无其他显著变化.恒流充放电和容量间歇滴定技术(CITT)结果表明:Li2FeSiO4材料晶构转变需经多次循环(至少大于5次)完成;随掺碳后锂离子传输性能的改善,材料电化学性能有所提高,但基于固相合成工艺的碳包覆效果并不理想。

以氧化偶联聚合法制备主链含香豆素的颜色可调发光共聚物

用氧化偶联共聚合方法合成了几种主链上含香豆素或香豆素1的共聚物。用红外光谱和核磁共振氢谱表征了共聚物的结构。共聚物的结构均为非晶态,并且呈现良好的热稳定性,用紫外-可见光谱表征了共聚物的吸收特征。共聚物的荧光光谱表明,通过含香豆素的共聚物中两单体的不同组成可呈现蓝光、绿光、黄光和红光发射,发光波长几乎覆盖了整个可见光区,说明含有香豆素的共聚物可以成为颜色可调的发光聚合物。

电动势法测量热力学函数实验改进

以Zn电极为负极,Ag/AgCl电极为正极,ZnSO4(0.1 mol.L-1)-KCl(0.1 mol.L-1)为电解液组成Zn-AgCl可逆实验电池,以该电池为实验对象测量相应化学反应的热力学函数.实验测得Zn-AgCl可逆实验电池在25℃时的电动势为0.992 1 V,温度系数为7.2×10-4V/K.结果表明,采用该电池可以显著增强电动势法测量热力学函数实验的可行性.