微型扣式Li-MnO_2蓄电池的研制

为了填补微型Li-MnO2扣式蓄电池主要依赖进口的局面,采用掺Bi改性的锂锰复合氧化物(CDMO)作为活性物质,选用合适的负极材料及电解液,研制出了ML621型3V级扣式Li-MnO2蓄电池,具有工艺简单、放电电压稳定、内阻小、循环性好等特点,基本上达到了日本同类产品的性能,可以用作记忆体备份电源等用途。

Li-MnO_2电池新型正极材料——λ-MnO_2的合成与电化学性能研究

采用酸处理尖晶石型LiMn2O4的方法合成了λ-MnO2。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流放电测试等对λ-MnO2的结构、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,合成的λ-MnO2具有类似于LiMn2O4的尖晶石型晶体结构,形貌规则,晶粒细小,粒径分布均匀;将其作为正极材料组装成Li-MnO2电池,以0.025C倍率放电,得到了3.98V和2.88V两个放电平台,放电比容量达268mAh/g,且其放电平台和比容量受放电倍率影响较小。

Li-MnO_2电池低温电解液研究

研究了电解质盐为LiClO4的一系列新型电解液体系,在-40～25℃温度区间内,测定了各体系的离子电导率,并进行比较。选择电导率较好的1mol/LLiClO4/PC/MA(1∶3)电解液体系组装成扣式Li-MnO2电池,进行常温和低温放电性能的测试,并与使用常用电解液体系1mol/LLiPF6/EC/DMC(1∶1)及1mol/LLiClO4/PC/DME/DOL(1∶1∶1)的Li-MnO2的常温和低温放电性能进行了比较。探讨了电解液低温电导率提高的机理,特别是线性羧酸酯的加入对电解液低温电导率和放电性能的影响。

不同碳气凝胶导电剂对Li-MnO_2电池性能的影响

以间苯二酚、甲醛为前驱体,通过溶胶凝胶法,采用CO2超临界干燥、冷冻干燥、常压干燥制备碳气凝胶.采用N2低温吸脱附法、四探针法、扫描电镜对碳气凝胶的电导率、孔结构等进行考察,研究碳气凝胶作为导电剂材料对锂-二氧化锰电池大电流放电性能的影响.结果表明:不同干燥方法制备的碳气凝胶电阻率相近,比表面积差异较大,CO2超临界干燥制备的碳气凝胶比表面积最大(1 017.85 m2/g);以CO2超临界干燥制备的碳气凝胶为导电剂的电池放电比容量最大,100 m A恒流放电比容量达到101 m Ah/g,其放电平台比常压干燥的碳气凝胶高80 m V左右,1 m A恒流放电比容量则差异较小.结果显示碳气凝胶导电剂比商业乙炔黑导电剂性能更优.

Li-MnO_2电池用EMD热处理温度的研究

Li-MnO2电池用电解二氧化锰(EMD)的热处理温度对电池的综合电气性能有较大的影响。采用XRD法研究了不同温度下热处理的EMD的晶相结构,并制备成电池测试了开路电压、短路电流、内阻以及恒流和脉冲放电性能。结果表明,在380℃温度下处理EMD获得的β-MnO2比在300℃～350℃温度下获得的γβ-MnO2更适合作为Li/MnO2电池的正极材料。

锂中和EMD对Li-MnO_2电池性能的影响

研究了锂中和电解二氧化锰(LiEMD)对锂二氧化锰(Li-MnO_2)一次电池内阻、开路电压及放电性能的影响。钠中和电解二氧化锰(NaEMD)、LiEMD制备的Li-MnO_2新鲜电池的平均内阻为330.9 mΩ、325.9 mΩ;60℃存储后平均内阻为569.7 mΩ、408.7 mΩ;80℃存储后平均内阻为1 090.1 mΩ、852.3 mΩ;LiEMD制备的电池内阻更低、分布一致性更好。高温存储后LiEMD制备的电池容量均比NaEMD高。LiEMD有利于提高电池的内阻电压一致性和存储性能。

Li-MnO_2电池LiClO_4系电解液低温性能的研究

研究了以LiClO_4为电解质盐,采用不同配比的溶剂、添加剂配制成的系列电解液体系,在0℃工况,对采用不同配方电解液电池的放电性能进行了测试,且讨论了几种电解液的交流阻抗图谱。研究发现:加入配比为DME∶PC∶DOL体积比为5∶2∶3电解液的电池,界面阻抗小,稳定性好,容量保持率高。

水系正极中碳纳米管含量对Li-MnO_2电池性能的影响

采用水系匀浆,将碳纳米管、二氧化锰等在乙醇水溶液中搅拌均匀,涂布于铝箔上制得不同碳纳米管质量分数的正极片,然后制备CR123A型锂-二氧化锰电池。60℃高温搁置7 d后,锂-二氧化锰电池平均内阻随着碳纳米管质量分数升高而降低,开路电压则无明显规律。在-25℃下碳纳米管质量分数较低的电池放电性能差,放电曲线出现明显的电压滞后。随着碳纳米管质量分数升高,电压滞后减弱,放电中值电压升高。碳纳米管质量分数越高,电池的大电流放电性能越好。

不同正极片厚度Li-MnO_2电池放电效率研究

研究了不同正极片厚度对Li-MnO_2一次电池内阻电压、电池放电性能的影响。随着正极片厚度的增加,电池内阻逐渐升高,而电压影响不大。当正极片厚度为0.3 mm时,电池的放电比容量最高,1000 mA、300 mA、30 mA恒流放电比容量分别为189.1 mAh/g、212 mAh/g、237 mAh/g,比厚度为0.5 mm的正极片分别高25.1%、21.3%、10.3%。同时正极片厚度的增加会明显降低电池的放电效率,尤其是大电流放电效率。

LiClO_4浓度对Li-MnO_2电池高低温性能的影响

考察了碳酸丙烯酯(PC)+乙二醇二甲醚(DME)电解液中LiClO_4浓度对Li-MnO_2一次电池内阻、开路电压及高低温放电性能的影响。在-25℃,LiClO_4浓度为1.2 mol/L时,电池性能最好;300 mA放电时LiClO_4浓度为1.2 mol/L比1.0 mol/L的电池放电平台约高90 mV,放电比容量约高14%。随着温度的升高,电池放电性能的差异逐渐减小;在50℃时,不同LiClO_4浓度的电池放电平台和比容量相近。

聚3,4-亚乙二氧基噻吩修饰MnO_(2)的储锂性能

锰基氧化物材料的电导率较低且电化学动力学较缓慢,阻碍了进一步发展。目前大部分研究采用无机材料对其改性,且合成步骤复杂。通过简单的冷凝回流法合成多孔二氧化锰(MnO_(2)),并采用聚3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)修饰,形成复合材料。导电聚合物可以改善电极材料的电导率,防止活性材料与电解质的直接接触,并减小充放电期间电极材料的体积膨胀。复合材料的电化学性能较好:以0.25 C倍率在0.01~3.00 V循环500次后,放电比容量为624 mAh/g;倍率增加至3.00 C时,放电比容量仍保持在314 mAh/g。

水热法制备锂电池正极材料o-LiMnO_2及其碳纳米管改性

Mn Cl2、Li OH、EDTA和Na Cl O混合溶液一步水热反应合成锂离子电池正极材料正交LiMnO2(o-LiMnO2),进一步在反应体系中添加碳纳米管(CNTs)制备碳纳米管改性的o-LiMnO2(o-LiMnO2/CNTs复合材料)。采用X-射线衍射和扫描/透射电镜表征产物的晶体结构、微观形貌,循环伏安法和恒流充放电测试得活性材料电化学性能。结果表明,体系中nLi∶nMn控制为8∶1,在180℃反应24 h得到目标产物;反应体系中添加CNTs形成复合材料可降低o-LiMnO2颗粒粒径、提高导电率。o-LiMnO2首次放电容量为76.0 m Ah·g-1,100周后容量保持为124.1 m Ah·g-1;o-LiMnO2/CNTs复合材料首次及100周放电容量(基于o-LiMnO2/CNTs的质量)分别高达94.1和159.8 m Ah·g-1。

Li/MnO_2电池用LiTFSI系电解液的研究

为改善Li/MnO2电池的低温放电性能,制备了一系列新型LiTFSI系电解液,并且溶剂中加入适量乙酸甲酯.研究结果表明,电解液LiTFSI(1 mol/L)/PC∶DME∶EC∶MA是一种较好的体系.

电解二氧化锰粒度对Li/MnO_2电池性能的影响

将热处理后的电解二氧化锰(EMD)进行10 h球磨,粉碎为200目、250目及300目等不同粒径,作为正极活性材料制备CR123A型锂/二氧化锰电池。使用200目、250目及300目EMD制备的电池,在60℃高温下存储7 d后的平均内阻分别为305.4 mΩ、296.1 mΩ和272.4 mΩ,30 m A恒流放电容量均约为1 300 m Ah,1.8 A恒流放电容量分别为748 m Ah、927 m Ah和998 m Ah。

MnO_2的预处理对LiMn_2O_4正极材料的影响

研究了对前躯体MnO2(EMD)进行不处理、去离子水处理和LiOH处理对合成LiMn2O4正极材料的性能影响。测试结果表明,LiOH处理得到的MnO2杂质含量少,结构稳定,制备的LiMn2O4X射线衍射峰增强,结晶性变好。LiOH处理MnO2制备的LiMn2O4的电化学性能优于去离子水处理MnO2制备的LiMn2O4和不处理MnO2制备的LiMn2O4。LiOH处理、去离子水处理及不处理MnO2制备的LiMn2O4在0.5C的放电比容量分别为115.56mAh/g、109.98mAh/g和100.67mAh/g;1C充放电90次循环下所对应的容量保持率分别为86.79%、86.56%、57.30%。

回转炉处理Li/MnO_2电池用EMD

为克服目前高温烘箱法处理Li/MnO2电池用EMD时锰粉受热不均、加热时间过长等缺点,采用自行设计的回转炉处理EMD.XRD分析结果表明,EMD经回转炉和烘箱热处理,其晶型结构均从γ-MnO2转变为γ,β-MnO2,但相同温度下,前者比后者用时短,β-MnO2含量高.将热处理过的EMD制成电池并在室温下恒电流和恒电阻连续放电,结果表明,回转炉处理的EMD放电容量较烘箱热处理高,电性能好.

α、β、γ和δ-MnO_2吸附Li^+的研究

研究了α、β、γ和δ-MnO2的晶体结构以及对Li+的吸附行为。α-MnO2的吸附效果最好,且具有很高的吸附选择性。研究了温度对α-MnO2吸附Li+的影响。α-MnO2对模拟海水和盐湖卤水中Li+的吸附量分别为23.7%和34.2%。

Ag包覆MnO_2的制备及其作为锂锰一次电池正极材料的性能研究

以AgNO_3为银源,通过热分解法在MnO_2表面包覆了一层Ag纳米颗粒,从而得到了具有核壳结构的Ag-MnO_2颗粒。利用XRD、EDS、SEM和TEM对所合成Ag-MnO_2的物质结构和微观形貌进行了表征,通过恒流放电和电化学阻抗测试表征了以Ag-MnO_2为正极的Li/MnO_2的电池性能。结果表明,在400℃下分解得到Ag包覆量为5%(质量百分比)的Ag-MnO_2性能最优,在0.5 C和1 C放电下,其放电比容量分别为172.0和110.6 m Ah·g-1,相比于未改性的MnO_2,其放电比容量分别提高了59.85%和50.68%,这是由于Ag颗粒均匀地包覆在MnO_2表面,提高了MnO_2的导电性,改善其电子传输速度,从而显著提高了电化学性能。

高比能量型软包装Li/MnO_2电池的研制

采用400℃热处理12h后的电解二氧化锰作为正极活性物质,以Al-Li(wAl=0.1%)合金为负极,研制出一种具有高比能量的Li/MnO_2电池,并在不同功率密度下对其进行放电测试。结果表明,选取合适面密度的正极后,在功率密度300W/kg条件下放电,能量密度依然优越。

Li改性MnO_2及LiMn_2O_4催化NH_3-SCR反应性能研究

采用高温固相反应法、Pechini合成方法和柠檬酸配位法，制备了系列锂锰复合氧化物LiMn2 O4催化剂，应用于NH3-SCR反应，并与固相反应法合成的MnO2进行了比较。采用N2吸附-脱附、扫描电镜、X射线衍射、H2程序升温还原、NH3程序升温脱附、NO程序升温脱附和X射线光电子能谱对LiMn2 O4催化剂进行表征。结果表明，引入Li有利于提高锰基催化剂的SCR活性和抗硫性。 Pechini法制备LiMn2 O4的NO转化率可在130～260℃达到90％以上；固相反应法制备LiMn2 O4的NO转化率大于90％的温度为90～310℃；MnO2的温度窗口则仅为140～280℃。与MnO2相比，引入Li可形成LiMn2 O4结构，因此，催化剂中更多的锰离子保持在相对较低的价态Mn3＋，并调整表面活性氧含量；同时，Li的存在调变了LiMn2 O4表面的酸位，从而减少高温下MnO2表面容易发生的NH3非选择性氧化，改善其催化NH3-SCR反应的温度窗口，也增强了抗硫性。