LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2体系的结构稳定化作用和独立充放电机理

为了解释锂离子二次电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2具有的优良充放电循环性能和高比容量特征,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2和LiNiO_2的相关特性进行了研究。结果表明LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2的结构稳定性优于LiNiO2的原因在于充放电过程中体系中Ni、Co离子交替存在的价电子构型t_(2g)~6e_g^0。依据LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2体系中Ni离子和Co离子相互独立的电极反应提出了适用于LiNixCo_1-xO_2(0≤x≤1)体系的独立充放电机理(0.2C、3.0￣4.2VvsLi+/Li),并得到实验的证实。

锂离子电池正极材料LiFePO_4的结构和充放电机理的研究进展

本文阐述了LiFePO_4作为锂离子电池正极材料的特性、微观结构和充放电机理,综述了LiFePO_4材料改性的最新研究进展,分析了该类材料目前存在的问题,展望了该类材料今后研究的重点。

室温钠-硫电池电解液的研究现状与展望(Ⅱ) [续(Ⅰ)]

1.4与锂-硫电池的对比钠-硫电池与锂-硫电池的储能机理总体上相似,都是基于活性物质硫与硫化钠/锂之间的可逆电化学反应。锂-硫电池同样具有固-液-固和固-固两种充放电机理。

室温钠-硫电池电解液的研究现状与展望(Ⅰ)

由于原料丰富、能量密度高和成本低,室温钠-硫电池的应用潜力很大。多硫化钠穿梭效应、硫和硫化钠电子电导率低、钠负极腐蚀和枝晶生长给该电池的实际应用带来了很大挑战。目前,研究人员聚焦于正极材料设计和电解液优化两方面来应对这些挑战。近年来,关于室温钠-硫电池电解液改性的研究众多,但不同改性策略的优化机理和电解液的设计原则有待总结。综述近期室温钠-硫电池电解液的研究。在分析酯类和醚类电解液充放电机理的基础上,回顾并总结酯类、醚类电解液及添加剂优化改性的研究,着重探讨优化改性的具体机理。展望室温钠-硫电池电解液的研究方向。

锂离子蓄电池正极材料尖晶石型锰酸锂的制备

钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂化合物是近年来锂离子蓄电池最具吸引力的三种正极材料。从比能量、环境污染和价格方面看 ,锰酸锂化合物最具前景。重点阐述了尖晶石型锰酸锂化合物的制备方法 ,诸如 :固相反应法、Pechini法、溶胶 凝胶法、软化学法、乳胶干燥法、熔融提渍法和微波合成法 ,以及相应的电化学性能。从结构化学角度分析了尖晶石构型锰酸锂材料的充放电机理和产生Jahn Teller效应的原因。

近三年来锰酸锂二次锂电池的研究进展

二次锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。总结了近三年来二次锂离子电池的研究进展。正极材料锰酸锂LiMn2O4为尖晶石晶体结构,Li+可在Mn2O4三维网络结构中嵌入-脱嵌,并完成充放电过程。锰酸锂的制备方法有高温固相反应、微波烧结法、固相配位反应法、溶胶-凝胶法、微乳化法、Pechini法及其它新的合成方法等。通过掺杂其它阳离子和阴离子,特别是多种元素同时掺杂,可提高正极材料的稳定性和可逆性。同时讨论了负极材料的制备方法;正极材料容量衰减机理及相应改善措施;电池制备工艺和其它有关研究。最后指出了今后的研究重点:电极材料的充放电性能与电极制备工艺间的关系、锂锰氧与碳负极直接组装成试验电池、开发固体电解质在二次锂电池中的应用。

磷酸铁正极材料的研究进展

从磷酸铁(FePO_4)的晶体结构和充放电机理出发,综述了不同结构的磷酸铁的电化学性能差异,并对其充放电机理进行了分析。叙述了不同制备方法得到FePO_4的电化学性能,并对制备方法的优缺点进行了对比。同时,论述了改性手段对FePO_4电化学性能的影响,并对FePO_4作为锂离子电池正极材料的未来发展方向作出了展望。

复合氧化物Ca_(1-x)Pb_xMnO_(3-σ)的合成及其电化学性能研究

采用共沉淀法制得Ca1 -xPbxMnO3 -σ的XRD测试结果表明该样品具有钙钛矿结构 ,利用X射线光电子能谱(XPS)对Ca0 9Pb0 1 MnO3 -σ样品中各元素的价态进行了鉴定 ,结果表明各元素分别以Ca2 +,Pb4+,Mn4+以及少量的Mn3 +的形式存在 .四探针电导率测试结果发现Ca0 9Pb0 1 MnO3 -σ的电导率比无取代CaMnO3 -σ样品的电导率提高了将近两个数量级 .并且半导体的类型发生了变化 .在碱性溶液中Ca0 9Pb0 1 MnO3 -σ表现出良好的电化学性能 ,在 9mol LKOH电解质溶液中 ,5 0mg样品采用 2mA放电至 - 0 8V时放电容量为 384mA·h g左右 .

锂离子电池用富锂正极材料的研究进展

富锂材料xLi2MnO3.(1-x)LiMO2(0<x<1,M=Mn,Co,Ni)的高比容量(≥250 mAh·g-1)和低廉的价格已引起人们的广泛兴趣.但其首次充放电循环的较大不可逆容量损失、较差的倍率性能和循环过程的材料相变等关键问题制约了其发展.富锂材料结构解析和充放电机理探索一直是研究的热点.目前,富锂材料是否为固溶体仍有争论,首次充电4.5 V平台的氧流失机理已得到确认.为了提高富锂材料的电化学性能,可从体相掺杂、表面包覆和结构形貌控制等方面对材料进行改性,其电化学性能有显著提升.本文综述了富锂材料最新研究进展,归纳了相关制备方法,重点介绍了富锂材料的结构特点、锂嵌脱机理和改性方法,并展望了今后的研究方向.

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非石墨类碳基负极材料的分类和掺杂改性研究进行了详细介绍。石墨类材料有石墨和石墨烯,非石墨类材料有软碳和硬碳;元素掺杂改性主要是以N和S为主,并分别阐述了各种碳基负极材料的电化学性能及可能的充放电机理。分析了目前碳基负极材料面临着首次库仑效率较低、电压滞后现象严重、循环稳定性能不佳等问题,未来的发展方向主要是增大碳基负极材料的碳层间距、结构的纳米化以及优化制备工艺,以确保循环稳定性及倍率性能的优异性。

面向金属离子电池研究的固体核磁共振和电子顺磁共振方法

电池,尤其是锂离子电池的快速发展极大改变了我们的生活。从移动电子设备到新能源汽车再到电网储能,电池应用于多个领域且目前在能量密度和功率密度方面难以被取代。电池技术的向前发展要求我们对其电化学反应机理有完整的认识,这需要来自不同领域研究人员的交叉碰撞。磁共振波谱技术包括核磁共振波谱(NMR)和电子顺磁共振波谱(EPR),前者适合于研究Li、Na、P、O等电池材料中常见的轻元素,后者适合于研究Co、Mn、Fe、V等电池材料中常见的过渡金属。加上它们具有对样品无损、对结晶度无要求、能够定量分析等优点,NMR和EPR在过去三十年的电池研究中不断进步,日益成为电池表征的重要角色。本文从磁共振方法的角度出发,首先概述了固体NMR和EPR中的主要相互作用及其哈密顿表达形式,接着概述了固体NMR和EPR常用的重要方法及其在金属离子电池研究领域的代表性应用。本文有助于让我们直观地了解磁共振技术本身在金属离子电池研究领域的重要价值,并有望为解决利用固体NMR和EPR进行电池研究的过程遇到的困难提供指导。

α-MoO_3纳米带的制备及电化学性能

采用双氧水氧化辅以水热法制备α-Mo O3纳米带正极材料,用XRD和SEM对结构和表面形貌进行分析,用循环伏安法和恒流充放电研究电化学性能。在200℃水热条件下制备的α-Mo O3纳米带呈板条状;在180℃下制备的呈细条带状。α-Mo O3首次循环伏安曲线上出现的两对还原氧化峰（2.73 V、3.06 V）和（2.24 V、2.74 V）,分别对应于Li＋在α-Mo O3八面体层内的不可逆嵌脱和层间的可逆嵌脱。以0.2 C在1.5-3.5 V充放电,板条状和长条状α-Mo O3纳米带的首次放电比容量分别为294.7 m Ah/g和300.0 m Ah/g,50次循环的容量保持率分别为49.9%和63.4%。给出了α-Mo O3的充放电机理,发现容量衰减主要是Li＋在α-Mo O3八面体层内的不可逆脱嵌引起的。

锂离子电池正极材料Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)的改性研究进展

单斜晶型的Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)材料具有197mAh/g的理论容量、4.1V的工作电压,以及良好的循环性能,是一种极具发展潜力的锂离子电池正极材料。综述了近几年来Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)材料改性研究的最新进展,并分析了改性研究过程中存在的问题。

高容量富锂锰基正极材料的研究进展

层状富锂锰基材料(LMR)凭借其高比容量(>250 mAh/g)和低成本等优点,有望成为新一代锂离子电池用正极材料。从该材料发现至今已有将近30年的时间,却始终没有实现真正商业化应用,主要原因包括:循环过程中,Mn^(3+)迁移进入锂空位,使层状结构向尖晶石结构转变,导致平均放电电压持续降低,造成能量损失严重且给电池管理带来巨大的挑战;Li_(2)MnO_(3)低的电子电导率使LMR材料具有差的倍率性能;较低的电极密度,造成材料的体积能量密度较低;此外,LMR材料需要在高电压下(>4.55 V)才能发挥高容量,但高电压下电解液容易氧化分解,同时伴随着晶格氧被氧化为O_(2)逸出,以上问题严重地影响了其商业化进程。本文基于多年来LMR材料的研究开发成果,综述了近年来LMR材料在充放电机理认识、前驱体工艺路线选择、体相掺杂、表面包覆、液相和气相后处理的作用效果和改性机理,以及O2/O3复合结构、单晶结构等新型特殊结构设计等方面的研究进展,并对LMR材料未来的发展方向和商业化前景进行展望,助力富锂锰基材料的产业化开发。

LiNi_yM_(1-y)O_2(M=Co,Mn,Ti,0

对LiNiO2 派生物LiNiyM1-yO2 (M =Co ,Mn ,Ti,0 <y <1)的制备和性能进行了研究。在LiNiyM1-yO2 (M =Co ,Mn ,Ti,0 <y <1)中 ,Li0 .99Ni0 .79Co0 .2 0 O2 ,Li0 .99Ni0 .69Mn0 .2 9O2 ,Li0 .99Ni0 .69Ti0 .3 0 O2 的电化学性能比较好 ,均能使放电平台提高 ,放电平稳 ,其中Li0 .99Ni0 .79Co0 .2 0 O2 的循环性能得到改善。研究了Li0 .99Ni0 .79Co0 .2 0 O2 ,Li0 .99Ni0 .69Mn0 .2 9O2 ,Li0 .99 Ni0 .69Ti0 .3 0 O2 的结构和充放电反应机理 ,它们的充放电反应机理同LiNiO2 的充放电反应机理 。

复合正极材料Li_2MnO_3-LiMO_2的研究现状

综述了锂离子电池复合正极材料Li2MnO3-LiMO2(M=Co、Ni和Mn)的研究进展;重点介绍了首次充放电过程中组成及结构的变化以及为改善首次充放电效率和倍率性能所进行的后处理。通过电化学活化、酸处理、表面包覆等方法处理后,该类材料的首次充放电不可逆容量可降低,倍率性能及循环稳定性可得到很大提高。

中国硫化锂电池材料研究获进展有望推动电动汽车进步

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张跃钢课题组自主研发设计了原位扫描／透射电镜电化学芯片，实现了其对硫化锂（Li2S）电极充电过程的实时观测；在充分理解Li2S充放电机理的基础上设计了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂材料作为电池正极，并通过控制充电容量和电压，显著提升了Li2S容量利用率及循环寿命。

第一性原理计算应用于锂硫电池研究的评述

锂硫电池凭借超高理论容量和能量密度以及硫储量丰富和环境友好等优势被认为是极具发展前景的新一代高能电池体系。然而,活性硫及放电终产物导电性差、多硫化物穿梭效应、硫反应动力学缓慢等关键问题严重制约了其实际应用。研究人员采用硫正极设计、功能隔膜/中间层、电解质改性或固体电解质等策略,在解决以上问题方面取得重要进展。然而,针对锂硫电池内部实时动态反应过程、规律和机制以及电极/电解质界面设计调控策略仍缺乏深入认识。第一性原理计算逐渐发展为化学、材料、能源等诸多学科领域的重要研究工具,有助于从原子/分子水平理解反应中间产物性质、分子/电子间相互作用、电化学反应过程和规律、电极/电解质动态演化过程等,相较于“实验试错法”,其在研究锂硫电池内部多电子和多离子氧化还原反应方面具有显著优势。本文全面综述了运用第一性原理计算研究锂硫电池电极与多硫化物相互作用、充放电反应机制以及电解质三个方面的重要进展,展望了第一性原理计算应用于锂硫电池研究的当前挑战和未来发展方向。

水系锌离子电池锰基正极材料

水系锌离子电池(AZIBs)以低成本、高安全性和高环保特性在大规模储能领域具有广阔的应用前景,当前备受关注的正极材料是研究的热点。锰基化合物因具有资源丰富、环境友好和价格低廉等优点,是最具市场应用前景的一类正极材料。本文详细综述了不同锰基化合物的结构特点以及锰基AZIBs在充放电过程中涉及的四种储能机理,讨论了AZIBs锰基正极材料目前存在的问题和优化策略。最后,提出了AZIBs锰基正极材料具有研究前景的可能性方向,以期对AZIBs的发展起到一定的预见作用。

磷酸盐文摘

摘要：磷酸铁锂（LiFePO4）作为新兴的一种Li^＋动力电池正极材料，具有安全性好、价格低廉、循环性能好、结构稳定等其他锂离子材料无可比拟的优点，是现代商业化锂离子电池首选的正极活性材料。综述了LiFePO4正极材料的充放电机理及提高LiFePO4电化学性能的改性现状：