基于空间分辨中子衍射方法的锂离子电池电化学反应均匀性研究

锂离子电池作为一种具有复杂组成的电化学器件,其电化学反应的均匀性受多种因素影响,包括正负极材料成分、电池结构和制备工艺等。电池的局部电化学反应不均匀性将导致局部失效加剧,进而影响其电化学性能、循环稳定性和安全性。鉴于电池拆解分析不但会破坏其电芯结构,改变电极材料的化学性质,进而影响分析结果的准确性,本工作介绍并应用无损的空间分辨飞行时间中子衍射方法,对大尺寸软包锂离子电池电化学反应分布的均匀性展开研究。通过采集和分析毫米尺度测试区域的中子衍射数据,获得了全电池在初始状态和失效状态下锂离子嵌入石墨负极过程中的相变信息,并构建了全电池不同位置处的石墨负极多相含量分布和归一化后负极中的锂浓度分布图。此外,结合高精度三维X射线断层扫描方法,从电池厚度、电流密度和电解质浓度等多个角度,分析和探讨了这些因素对锂离子电池电化学反应均匀性的影响。空间分辨中子粉末衍射方法可以对不同类型和不同形状的金属离子电池中的电化学反应均匀性进行快速直接的检测,为电池结构性能优化和技术改进提供强有力的技术支持。

简化画出正交圆柱体相贯线投影的误差分析

简化画法常用于绘制两正交圆柱体相贯线平行于圆柱轴线平面上的投影。本文根据此相贯线的形状特征和投影规律,推导了简化画法所绘投影的空间曲线方程,对比实际投影的空间曲线方程,求出了两投影的轴向误差表达式,分析后得出简化画法的适用范围。

共掺杂策略协同激活阴离子氧化还原构建高容量钠离子电池层状氧化物阴极材料

作为锂离子电池的潜在替代品,钠离子电池由于成本、安全性等方面的优势吸引了广泛关注.但如何进一步提高其正极材料的能量密度仍是挑战,而通过激活阴离子氧化还原提供额外容量是一种可行的策略.本文报告了一种高性能锰基氧化物正极材料,Na_(0.67)Mg_(0.1)Zn_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)(NMZMO).通过共掺杂策略协同激活阴离子氧化还原,此材料首圈可以放出~233 mAh g^(-1)的超高容量,明显高于Mg或Zn单掺杂的同类材料.综合多种光谱技术,作者证明了更高的容量源于更强的阴离子氧化还原活性.结合中子全散射以及共振非弹性X射线散射发现,Mg与Zn在高电压下会向面外迁移至四面体位点,诱导面内重排形成空位团簇,将氧阴离子以分子O_(2)的形式困于其中.Mg/Zn共存时,刺激了彼此更多的向面外迁移,为形成更多晶内分子O_(2)提供先决条件.本文提出了关于阴离子氧化还原的新见解,并为高容量钠电正极材料的开发提供了理论依据.