电流密度、温度、阴极孔隙率和N_(2)溶解度因子对Li-N_(2)电池放电性能的影响

Li-N_(2)电池是一种具有电化学固氮功能的新型储能系统,文章利用有限元软件COMSOL耦合多物理场建立的电化学模型能揭示各因素对其放电性能的影响。模拟结果表明:放电电流密度、温度、阴极孔隙率和电解液中的N_(2)溶解度因子对Li-N_(2)电池的放电性能均有影响;较大的放电电流密度会降低该电池的电压和容量;阴极孔隙率和电解液中的N_(2)溶解度因子是影响该电池电压和容量的关键性因素,提高阴极孔隙率和电解液中的N_(2)溶解度因子均能增加该电池的电压和容量;电池放电的平台电压随温度升高而升高,但放电容量几乎不受温度影响。

2023年LIS期刊论文研究方法应用态势

研究方法的选择和运用影响研究的深度和可靠性,对科学研究发展十分重要。文章在总结LIS领域方法论研究的基础上,将LIS领域常用的研究方法整理、汇总、编码,以LIS领域11种TOP期刊2023年收录的论文为数据源,统计分析LIS期刊论文的研究方法应用态势,探讨LIS学科性质、研究对象、作者学科背景等因素对研究方法的影响。研究发现:LIS领域论文使用的研究方法内容不断演进,跨学科和新兴理论方法以及多元研究方法的应用促进了研究的深入和丰富。

Sc对铸造Al-Li合金组织及力学性能的影响

铸造Al-Li合金可用于成型复杂薄壁构件,在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。细化铸造Al-Li合金组织,提高合金强塑性对其实际应用具有重要意义。本文通过金属型铸造制备不同Sc含量的Al-2Li-2Cu-0.5Mg-xSc合金,分析了Sc含量对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Sc含量逐渐增加,合金晶粒由树枝晶向近等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。δ'(Al_(3)Li)相倾向于以Al_(3)Sc相为形核核心,形成Al_(3)(Li, Sc)复合粒子,这些粒子在变形过程中不易被位错切过,减少了Al_(3)Li粒子引起的共面滑移。当添加0.3%Sc(质量分数)时,合金具有较好的综合力学性能,经过175℃/32 h的峰值时效处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别可以达到381.3 MPa、449.5 MPa和5.8%。

通过Mo掺杂诱导低Li/Ni混排程度增强Li_(1.2)Ni_(0.13)Fe_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)可逆容量与循环稳定性

富锂层状氧化物因能量密度高和成本低,有望成为下一代锂离子电池正极的重要候选材料.然而,富锂正极材料中阴离子氧化还原反应使晶格氧不稳定,导致电压衰减和不可逆容量损失.尽管铁代无钴富锂材料可以实现较少的电压衰减,但存在严重的阳离子混排和较差的动力学.采用一种简单易行的高价离子掺杂策略,在Li_(1.2)Ni_(0.13)Fe_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)(LNFMO)中掺入Mo元素,拓宽了锂层间距,为Li^(+)的传输提供了更宽的通道,改善了Li^(+)的扩散动力学,有效抑制了阳离子混排,进一步稳定了层状结构.得益于此,Mo掺杂后的富锂材料表现出显著增强的电化学性能,在0.2 C电流密度下表现出209.48 mAh/g的初始放电比容量.1C下的初始放电比容量从137.02 mAh/g提高到165.15 mAh/g;循环300次后,仍有117.49 mAh/g的放电比容量,电压衰减由2.09 mV/cycle降低为1.66 mV/cycle.本文对Mo掺杂后的正极材料进行了系统表征并揭示了循环稳定的机理,为高性能富锂正极材料的设计提供了重要参考.

Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

钙钛矿结构Li_(0.33)La_(0.557)Ti_(0.7)Cr_(0.3)O_(3)包覆稳定富锂锰基正极

富锂锰基层状氧化物凭借超高的放电比容量和较低的价格成为了极具发展前景的锂离子电池正极材料,然而,首次库仑效率较低、容量衰减严重以及较差的倍率性能等缺点制约了其进一步的应用。选用离子-电子混合导体Li_(0.33)La_(0.557)Ti_(0.7)Cr_(0.3)O_(3)作为包覆层材料,并采用共沉淀法和高温退火法将其包覆于正极颗粒上。包覆量为2%的样品性能最佳,在0.5 C下、2.0~4.8 V电压范围内,200次循环容量保持率可以达到88.2%,相比于原始样品的62.1%有了明显的提升。

微弧氧化后Mg-8Li合金表面MgLiAlY-LDHs@GO膜层的生长及耐蚀性能

目的提高Mg-8Li合金的耐蚀性能。方法首先在Mg-8Li合金表面制备微弧氧化膜(MAO),然后使用原位水热法在微弧氧化膜表面原位生长掺杂氧化石墨烯(GO)的四元(MgLiAlY)层状双羟基金属氧化物(LDHs)智能自修复膜层。采用SEM、XRD、FT-IR、EDS、ICP等手段研究MgLiAlY-LDHs@GO膜层的形貌、结构以及成分。通过EIS、Tafel以及浸泡试验等研究膜层的耐蚀性能,分析膜层的腐蚀行为,阐释其耐蚀机理。结果GO的掺杂可以促使LDHs纳米片生长得更加致密,主体层板中具有缓蚀作用的Y3+可以提高涂层的耐蚀性,四元LDHs的生长所需要的Mg^(2+)、Li^(+)、Al^(3+)等离子来源于镁锂合金基体以及微弧氧化膜的溶解,其中Li+也可以促进LDHs纳米片生长得更为均匀细密。膜层的腐蚀电流密度为6.03×10^(–7)A/cm^(2),比MAO膜层降低了1个数量级,提高了镁锂合金的耐蚀性能。结论GO的负载使LDHs的耐蚀性能和膜层稳定性均有一定程度的提升,引入稀土元素Y会改变LDHs的骨架,造成晶格畸变,使得LDHs微观形貌呈现褶皱状,剩下部分以Y(OH)3形式存在于涂层表面,可进一步提高膜层的耐蚀性能和稳定性。

Zn和Gd元素含量和比例对铸态和挤压态Mg-8Li合金显微组织和力学性能的影响

研究Zn和Gd元素含量及其质量比对铸态和挤压态Mg-8Li合金显微组织和力学性能的影响。挤压后,析出相破碎。β-Li中分散着粒径约100 nm的球形微粒。形成了由长条状α-Mg粗晶和再结晶β-Li细晶组成的双峰结构。挤压后合金的强度和塑性显著提高,且屈服强度和极限抗拉强度随Zn和Gd含量的增加而增加。Mg-8Li-8Zn-2Gd合金表现出最优的综合性能,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为274 MPa、283 MPa和39.9%。挤压态合金主要强化机制为由β-Li的细晶强化和α-Mg的织构强化组成的双模态结构强化和析出相的弥散强化。

Cu含量对Al-Cu-Li合金淬火敏感性的影响

采用薄板叠层末端淬火的方法,通过强度测试、连续冷却转变(CCT)和时间-温度-转化率(TTT)曲线计算及X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等微观组织表征方法,研究了Cu含量(3.15%、3.63%和3.88%)对Al-Cu-Li合金淬火敏感性的影响,结合理论分析,从析出驱动力和形核位点的角度分析了Cu含量影响淬火敏感性的机理。结果表明:随着Cu含量的增加,晶格畸变能增加,Li的溶解度降低,淬火态合金中位错和残留第二相增多,含Li相的析出驱动力和非均匀形核位点增加,淬火沉淀相增多;随着临界冷却速率的增大,鼻尖温度孕育期缩短,强度残存率减小,Al-Cu-Li合金淬火敏感性提高。T8态合金强度受Cu含量和淬火速率共同作用,淬火速率较高时,主要受Cu含量的影响;淬火速率较低时,Cu含量的影响减小。

Li掺杂对铜锌锡硫硒太阳电池的影响研究

开展了基于二甲基亚砜溶剂体系的溶胶凝胶法制备铜锌锡硫硒薄膜中掺杂Li的相关研究。对不同Li掺杂量的CZTSSe薄膜分别进行了表截面形貌、晶体结构、成分比例测试,结果表明:在CZTSSe薄膜中掺杂Li可以提升薄膜的结晶质量,且随着Li掺杂量的增加,结晶质量变好。分析原因为,高温硒化过程中形成的Li_(2)Se相辅助生长改善了薄膜的结晶质量,抑制了ZnCu和SnCu等施主能级缺陷生成。但是,同样发现在Li/Cu摩尔比为1%~10%之间存在阈值,过量的Li并不能进入晶格而富集在晶界处。对不同Li掺杂的CZTSSe薄膜进行太阳电池的制备,结果表明Li/Cu为1%的太阳电池具有最高的转换效率,达到8.5%。

变形处理对Mg-Li合金显微组织演变和力学性能的影响

镁锂合金具有较高的比强度和比刚度、优秀的电磁屏蔽效应和阻尼性能等优点,是目前最轻的金属结构材料,在自动化、航空、交通运输、医疗等领域有广泛的应用前景。但是,和其他金属结构材料相比,镁锂合金的强度仍然偏低,需要对镁锂合金进行合金化或者变形处理来提高力学性能。总结了各类变形处理镁锂合金的研究现状,讨论了常规变形加工和剧烈塑性变形加工对镁锂合金显微组织和力学性能的影响,并总结了变形加工过程中形变量和温度对显微组织和力学性能的影响,以及镁锂合金的几种晶粒细化机制,阐述了镁锂合金在工业应用中遇到的问题。晶粒细化和加工硬化目前仍然是提高镁锂合金性能的主要手段。强调了几种变形和结构设计(异质材料),这将有助于镁锂合金的创新工作,从而得到高强度镁锂合金。

LiODFP在锂离子电池正极氧化分解的DFT研究

使用密度泛函理论(DFT),研究锂盐二氟二草酸磷酸锂(LiODFP)作为成膜添加剂在锂离子电池正极的作用机理。各研究体系的氧化电势理论计算值的排列顺序为:碳酸酯(包括EC、PC、EMC和DMC)>ODFP^(-)(单分子)≈碳酸酯-ODFP^(-)配合物。ODFP^(-)优先于碳酸酯发生氧化反应,ODFP^(-)结构分解的路径比EC分子分解的路径更容易进行。EC+ODFP^(-)-e体系可能发生的分解反应路径是ODFP^(-)结构开环,生成CO、CO_(2)和自由基R1。R1可能进一步发生自由基终止反应,生成含有氟代磷酸盐单体的低聚物,从而抑制碳酸酯溶剂分子的氧化分解。

Li/SF_(6)反应动力学参数及燃烧现象研究

为探究不同温度及压力条件下锂/六氟化硫(Li/SF_(6))燃烧现象及反应动力学参数,利用激波诱导高压热载荷激励Li/SF_(6)燃烧实验台测量了温度范围为830~1400 K,压力范围为0.8~11 atm时的点火滞燃期;利用可视化实验段探究了Li/SF_(6)燃烧过程和基本发光现象等规律;利用点火滞燃期与温度和压力呈现出的典型Arrhenius依赖关系,通过多元线性回归法得出反应动力学参数。研究结果表明,Li/SF_(6)燃烧的点火滞燃期随温度和压力的升高而减少,发光现象随压力的升高由红色孤立火核逐渐转化为白色明亮火焰,并结合实验测定的点火滞燃期求出了指前因子A、指数因子n和活化能Ea,为明晰燃烧特性、构建数值仿真提供了重要依据。

异质双碳源对LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^(-1),达到其理论比容量的87%;在5C下最大的放电比容量为133 mAh·g^(-1);在2C倍率下经过300次循环后比容量维持在127 mAh·g^(-1),衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。

Li^(+)浓度对化学增强锂铝硅玻璃性能的影响

采用一步法化学增强工艺,研究了熔盐中Li^(+)的富集对不同厚度锂铝硅玻璃表面压应力、应力层深度、弯曲强度、硬度等性能的影响,选择Na_(3)PO_(4)作为熔盐除杂剂并对净化效果进行了评定。研究表明:熔盐中Li^(+)浓度增加至4800×10^(-6),3 mm化学增强锂铝硅玻璃的表面压应力、弯曲强度、硬度下降16.8%、16.8%、10.6%;8 mm化学增强锂铝硅玻璃的表面压应力、弯曲强度、硬度下降17.6%、14.7%、9.8%。熔盐中Li^(+)浓度的变化未对化学增强锂铝硅玻璃应力层深度产生明显影响。Na_(3)PO_(4)具有较好的除杂效果,化学增强锂铝硅玻璃的表面压应力、弯曲强度、硬度得到了明显的恢复,为保证化学增强锂铝硅玻璃在可见光波段具有较高的透光率,除杂剂Na_(3)PO_(4)的掺量不宜超过1%(质量分数)。

热暴露对Al-Cu-Li合金的组织及性能影响

Al-Cu-Li合金作为航空航天工业中一种前景广阔的结构材料,其热稳定性在实际应用中发挥着重要作用。本研究对T85态的Al-Cu-Li合金在一系列温度(100~300℃)下进行了500 h的暴露处理,并通过维氏硬度、电导率和拉伸测试对其性能进行了评估。结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了不同热暴露温度下的微观结构演变。结果表明,热暴温度低于150℃时,合金具有良好的热稳定性,这与T1(Al_(2)CuLi)相的直径和数密度不断增加相关。当热暴露温度介于150~200℃时,T1相逐渐被粗大的θ’-Al_(2)Cu和S-Al_(2)CuMg取代;同时,断续的晶界析出物(GBPs)和宽的无析出区(PFZs)利于沿晶断裂,使合金呈现出沿晶-穿晶混合断裂,导致硬度和强度的降低和延伸率的增加。热暴露温度高于250℃时,T1相全部溶解,形成了粗大的T2(Al_(6)Cu(Li, Mg)_(3))和C相,从而导致合金的强度下降,但延伸率和电导率却表现出相反的趋势。

CNT/乙炔黑复合导电剂对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)的影响

为解决乙炔黑单一导电剂自身团聚的问题,采用含碳纳米管(CNT)的导电浆料进行改性。复合后,直径80~100 nm的球形乙炔黑颗粒均匀分散在直径20 nm的CNT表面,比表面积提高至107.96 m^(2)/g。与乙炔黑导电剂电池相比,CNT/乙炔黑电池的电化学阻抗更小、CV曲线面积更大,氧化峰和还原峰的电位差较小(0.19 V),以200 mA/g在2.75~4.20 V循环,首次充放电比容量分别为151.8 mAh/g和155.5 mAh/g,首次库仑效率为97.6%。第200次循环的放电比容量为141.9 mAh/g,容量保持率为92.4%。在5.0 C倍率下,CNT/乙炔黑电池的放电比容量为116.9 mAh/g,倍率性能更好。

花岗岩Sn-W-Nb-Ta-Rb-Cs-Li成矿作用的研究方法——以滇西南大同山稀土矿区土壤化探异常查证为例

滇西南大同山稀土矿区位于临沧花岗岩中南段,基岩主要为三叠纪黑云母二长花岗岩,属“S”型花岗岩,形成于同碰撞环境。临沧花岗岩分布区为Sn、W、Bi、B、Li、Rb、Cs、Pb、As、Sb高丰度区,在矿区内La-Y-Nb组合异常,但未进行检查。在矿区1∶50 000土壤地球化学调查中,圈定了16个综合异常。异常查证中,在13个综合异常区的半风化—微风化花岗岩中共采集19件化学分析样,分析了与综合异常相关的7种元素(Sn、W、Nb、Ta、Rb、Cs、Li)。本研究中总结了4种方法:(1)经岩石类型分析数值比较,除中粗粒黑云母二长花岗岩(ηγ^(c)T)与Cs_(2)O矿化有较密切关系外,其他岩石类型与矿化无明显关系;(2)通过样品分析数值比较,将样品划分为矿化元素、矿化程度不同的4种类型;(3)通过矿化系数分析,矿区可能存在Sn-W矿化、Rb-Cs矿化;(4)通过成矿系数分析,矿种的平均成矿系数由大至小为Rb_(2)O(0.6929)→Nb_(2)O_(5)(0.1445)→Cs_(2)O(0.0626)→Ta_(2)O_(5)(0.0378)→WO_(3 )(0.0195)→Sn(0.0101)→Li_(2)O(0.0098)。这4种研究方法对研究临沧花岗岩的成矿作用、进行成矿预测有较为重要的指导作用。在地质背景相似的地区寻找相似矿种,也可借鉴本文提出的研究方法。

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质负极界面研究进展

石榴石型固态电解质锂镧锆氧(Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO)具有高达5 V的宽电化学窗口,在固态电解质体系中,与金属锂负极具有良好的匹配性,使其有望成为下一代高能量电池。但LLZO与电极界面的稳定性问题极大地限制了其实际应用。本文从金属锂负极特性、LLZO电解质特性、LLZO/Li界面接触三个方面对LLZO/Li界面的稳定性问题展开分析,阐述界面稳定性的根源,同时对界面优化方法进行总结,提出LLZO/Li负极界面发展应注意的问题。

Mg^(2+)掺杂对富锂层状氧化物材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)的影响

Mg^(2+)作为一种电化学惰性的阳离子,由于其离子半径(0.072 nm)与Li^(+)的离子半径(0.076 nm)相近,因此被广泛应用于取代富锂层状氧化物(LLOs)材料中Li^(+)的位置。然而,Mg^(2+)对LLOs材料晶体结构的影响还存在争议。利用溶胶凝胶法成功制备了一系列Mg^(2+)掺杂富锂正极材料Li_(1.2-x)Mg_(x)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2),通过X射线衍射仪和X射线光电子能谱等对其晶体结构和元素价态进行了系统的研究。结果表明,Mg^(2+)掺杂导致LLOs材料晶胞参数的增加。通过与Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)材料的电化学性能对比发现,Mg^(2+)掺杂有效地提高了LLOs材料的电化学性能。经过优化后,Mg-0.03样品展现出最优异的电化学性能,在0.1 C倍率下的初始放电比容量为291.9 mA•h/g,首圈库伦效率为78.40%。