天然石墨中的嵌/脱锂离子过程

研究了锂离子在天然石墨中的嵌入 /脱出过程 ,以及电流密度对锂离子嵌入石墨过程的影响。非现场XRD结果显示 ,石墨的层间距随锂的嵌入与脱出发生先膨胀后收缩复原的变化 ;SEM结果显示 ,小电流密度下石墨表面的SEI膜较致密、均匀 ,而大电流密度下的则疏松、不均一 ;恒电流充放电测试结果显示 ,在相同的嵌锂电位下锂与微晶石墨和鳞片石墨所形成的层间化合物 (Li GICs)不完全相同 ;合理的充放电制度有利于小幅度改善材料的大电流充放电性能。

掺杂金属对天然鳞片石墨电化学嵌/脱锂性能的影响

研究化学镀Ni、Cu和混合掺杂Zn处理后天然鳞片石墨的电化学嵌/脱锂性能。结果表明:金属微粒Ni、Cu与Zn的掺入可有效改善天然鳞片石墨的循环性能与大倍率充放电特性,金属微粒有效降低石墨电极内阻、保证石墨颗粒之间紧密的电接触是掺入金属微粒后石墨大倍率充放电性能得到改善的重要原因之一。Ni与Cu微粒改善石墨循环性能的机理与Zn的不同,Cu、Ni通过阻止溶剂化锂离子嵌入维持石墨结构稳定性,来达到提高材料循环性能的目的;金属Zn改善石墨循环性能的原因则可能是嵌锂过程中,Zn锂化所形成Li-Zn合金维持材料表面所形成SEI膜的稳定性。

杂质对天然石墨电化学嵌/脱锂性能的影响

利用恒电流充放电、循环伏安等测试方法,研究了Fe、Si、Al的氧化物杂质对天然石墨嵌/脱锂性能的影响。实验结果显示,如SiO2之类的"惰性"杂质只影响材料的比容量,而诸如Fe2O3之类的"活性"杂质除了会降低锂离子电池的比容量外,还会消耗正极材料中的锂,造成电池的循环寿命缩短;但有的"活性"杂质能改善电池的大电流充放电性能。

纯化前后天然石墨的电化学嵌/脱锂性能

研究了天然石墨的纯化工艺和纯化前后天然石墨的电化学嵌/脱锂性能。研究结果表明,采用酸浸与加碱烧结相结合纯化工艺可以得到含碳量达99%的纯化石墨,且采用该工艺没有改变石墨的微观结构;与未纯化的石墨相比,纯化石墨的第1次循环效率明显提高,第1次不可逆容量较大幅度降低;纯化前、后的微晶石墨嵌/脱锂电化学性能均比鳞片石墨的嵌/脱锂电化学性能差,这主要是由于2种石墨存在结构差异。

固相反应制备Li_(2)FeSiO_(4)/C及嵌/脱锂性能研究

本文利用直接高温固相反应,合成制备了锂离子电池正极材料Li_(2)FeSiO_(4)及Li_(2)FeSiO_(4)/C,并研究了碳复合改性对Li_(2)FeSiO_(4)的结构、电导率、嵌/脱锂性能、循环比容量等方面的影响。结果表明,材料的制备工艺流程简单易行,有利于规模化生产;碳复合改性有利于提高硅酸盐正极材料的导电性能,改善材料在成相反应后的粒度分布;特别是碳复合改性有利于提高Li_(2)FeSiO_(4)的嵌/脱锂性能和循环比容量,Li_(2)FeSiO_(4)/C在0.1C倍率下首次放电容量高达120 mAh/g以上,大大高于未经复合改性Li_(2)FeSiO_(4)的20 mAh/g。研究表明,Li_(2)FeSiO_(4)是一种很有研究价值和开发潜力的锂离子电池正极材料,碳复合改性可显著克服该材料在电导率、电化学性能等诸多方面所存在的不足和局限。

海卤水电场辅助选择性提锂研究

锂是非常重要的资源,海卤水的锂离子含量十分巨大,高效、低能耗地提取锂离子非常重要。电场辅助锂离子选择性提取技术在能源效率、阳离子选择性、绿色无污染、循环稳定性等各项指标面前具有明显优势。对锰酸锂制成的电极进行恒压脱锂制成尖晶石二氧化锰电极来进行锂的提取,以尖晶石二氧化锰作正极提锂有较好的可逆性。卤水中含有钠离子、锂离子、镁离子等多种阳离子,其中钠离子无法在尖晶石二氧化锰中进行嵌脱过程。通过循环伏安分析法扫描出的峰电流随扫描圈数的增大而减小,随扫描速率的增大而增大。卤水中锂离子的扩散系数比氯化锂溶液中要小。

锂离子电池硅薄膜电极充放电形态实验研究

硅基电极材料因其比容量高、低脱锂电位和低成本等优点被认为是最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅电极在嵌锂/脱锂过程中会产生巨大的体积膨胀,从而引起电极结构的力学损伤,使其力学和电化学性能大幅度衰减,最终影响电池寿命。因此,针对硅薄膜电极在充放电过程中的变形和损伤演化行为开展研究是非常必要的。本文采用射频磁控溅射方法沉积的非晶硅薄膜作为工作电极,以CR2032型纽扣电池为原型,设计了电极可视化纽扣电池,利用激光共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM)系统,结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法对硅薄膜电极在嵌锂/脱锂过程中的全场变形进行在线测量。基于实验数据中电极应变场和荷电状态(State of Charge,SOC)的关联关系,分析了硅电极在充放电过程中的力电耦合效应。本文结果为进一步研究硅薄膜电极在电化学循环过程中的变形及损伤提供了实验基础,对改进和优化设计新型高性能高容量的锂离子电池具有一定意义。