Li_(2)ZrO_(3)原位包覆提升LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)三元材料电化学性能研究

高镍三元LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM60)因其具有较高的放电比容量以及能量密度,是一种非常有发展潜力的锂离子电池正极材料。然而由于较为严重的结构/界面恶化现象(如微裂纹,界面副反应等),NCM60材料的电化学性能及循环寿命受到严重的限制。采用单晶化策略,成功合成出了微米级单晶NCM60正极材料;并以Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_(2)前驱体为基体,采用预包覆和共锂化的方法,在单晶正极材料NCM60表面均匀包覆Li_(2)ZrO_(3)快离子导体层。一方面,表面均匀包覆Li_(2)ZrO_(3)层改善了材料充放电过程中锂离子的扩散动力学,有助于降低电极极化程度;另一方面,Li_(2)ZrO_(3)具有稳定的晶体结构,通过与NCM60材料紧密结合,提高材料机械稳定性,有效抑制微裂纹的产生并减轻界面副反应程度。正如预期,适量Li_(2)ZrO_(3)改性的材料(LZO@NCM60)展现出优异的电化学性能,在1 C(170 mA/g)电流密度,2.95~4.6 V电压范围内循环150次后仍有158.5 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达86.7%。深入研究了表面修饰对材料界面机制的影响,对下一代高能锂离子电池正极材料的开发具有一定借鉴意义。

CeO_(2)⁃Y_(2)O_(3)⁃ZrO_(2)热障涂层研究进展

随着先进航空发动机涡轮叶片热障涂层服役温度、服役寿命和隔热性能等要求的不断提升,传统的6%—8%Y_(2)O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层由于存在容易产生高温相变、变形剥落等问题,已难以适应未来高温等更加严苛的工作环境。CeO_(2)和Y_(2)O_(3)共同稳定的ZrO_(2)(CYSZ)涂层具有良好的高温相稳定性、较好的抗熔盐腐蚀性能,CeO_(2)的掺杂能使ZrO_(2)材料的热导率降低,提高涂层的隔热性能、热膨胀系数和抗热震性能。综述了国内外CYSZ热障涂层的研究成果和存在的问题,阐述了CeO_(2)掺杂对YSZ热障涂层性能的影响机制,并简要介绍了目前国内外CYSZ热障涂层及其材料的制备技术研究进展。

Li_(2)ZrO_(3)包覆富锂Li_(1.20)Mn_(0.44)Ni_(0.32)Co_(0.04)O_(2)改性正极材料的制备及电化学性能研究

富锂层状氧化物以其高放电比容量和低成本优势而成为重要的锂离子电池正极材料。将拥有供锂离子迁移的三维通道的Li_(2)ZrO_(3)导体包覆在富锂层状正极材料Li_(1.20)Mn_(0.48)Ni_(0.24)Co_(0.08)O_(2)表面,期望改善其综合电化学性能。系统地研究了Li_(2)ZrO_(3)包覆及不同包覆量对Li_(1.20)Mn_(0.48)Ni_(0.24)Co_(0.08)O_(2)的晶体结构,颗粒形貌和电化学性能影响。电化学测试结果证实Li_(2)ZrO_(3)包覆改性能够显著提高Li_(1.20)Mn_(0.48)Ni_(0.24)Co_(0.08)O_(2)的首次库伦效率,高倍率和低温放电能力,以及循环稳定性。

铂金通道表面纳米ZrO_(2)-Y_(2)O_(3)涂层的制备及性能研究

在平板显示玻璃制造中,通常采用铂金作为玻璃液流道。由于铂金通道需要长期在1400℃以上高温工作,会导致其氧化,从而造成铂金损失;此外,玻璃液中水分解产生的H+透过铂金通道壁释放到外部,富集在玻璃液中的O_(2)-会形成一定量的气泡。为保护铂金通道,提高玻璃质量,通过等离子喷涂方法在铂金通道表面喷涂ZrO_(2)-Y_(2)O_(3)涂层。该涂层与铂金通道的结合强度达到50 MPa以上,可减少铂金通道使用温度下氧化损失率约75%。同时,这种涂层与铂金通道包覆耐火材料有良好的高温适应性。

双包覆层协同提升LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)三元材料电化学性能研究

超高镍层状材料LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)(简称NCM92)因其具有较高的能量密度和价格优势,已成为锂离子电池重要的正极材料来源之一。然而,由于该材料的界面不稳定和不可逆相变,商业应用面临特别是在高截止电压下快速的容量衰落和严重的结构退化的问题。本研究设计了一种ZrO_(2)/Li_(2)ZrO_(3)双包覆层改性超高镍单晶正极材料,同时材料表面均匀掺杂有Zr元素,通过双包覆层协同策略显著增强了正极的高压性能和结构稳定性。研究结果表明,ZrO_(2)/Li_(2)ZrO_(3)双包覆层可以有效缓解超高镍正极材料H2-H3相变的不可逆性,提高力学稳定性和界面稳定性,同时表面Zr掺杂进入晶体结构中的TM层与Li位抑制Li/Ni混排并扩宽了晶格间距,ZrO_(2)/Li_(2)ZrO_(3)双包覆层与Zr掺杂改性的材料(NCM92-Zr)展现出优异的电化学性能,在0.5 C(200 mA·g^(-1))电流密度下,2.75~4.4 V电压范围内循环150圈后仍有155.2 mA h g^(-1)的放电比容量,容量保持率高达75.5%。此研究为在高截止电压下超高镍正极的复杂机制和改进的结构稳定性提供了新的思路。

锂铝硅透明微晶玻璃析晶动力学研究

本文利用经典方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了非化学计量的锂铝硅Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-ZrO_(2)-P_(2)O_(5)透明微晶玻璃的析晶动力学,采用DSC、XRD和SEM研究了晶化温度对玻璃析晶行为的影响。结果表明:在较低的起始析晶温度下Li_(2)Si_(2)O_(5)和Li_(2)SiO_(3)析出,随晶化温度的升高,主晶相转变为LiAlSi_(4)O_(10),Li _(2)SiO_(3)晶相消失,晶体尺寸变小,在550 nm处微晶玻璃透过率由89.3%升高到90.6%;利用Kissinger方法计算出的Li_(2)Si_(2)O_(5)和LiAlSi_(4)O_(10)的析晶活化能分别为349.5 kJ/mol和184.2 kJ/mol,平均晶体生长指数分别为3.05和1.42。

基于分形方法的YSZ热障涂层有效热导率分析

陶瓷基热障涂层具有优异的阻热性能、耐热腐蚀性能以及热稳定性能,在航空发动机热端部件中广泛使用。利用大气等离子喷涂方法制备ZrO2-8%Y2O3(YSZ)涂层,利用聚苯酯(PHB)调节涂层的孔隙形态和含量,利用扫描电镜(SEM)和图像软件分析涂层的截面形貌,计算了孔隙的分形维数,建立了基于分形维数的有效热导率计算方法,优化了热导率与涂层孔隙的定量关系。同时利用导热仪测量面层的热导率,对有效热导率计算结果进行验证。结果表明:YSZ粉末中混合聚苯酯粉末可增加涂层中的孔隙含量;当PHB的质量含量达到15%时,涂层孔隙率可增加至30%左右。较高的喷涂功率会形成扁平化的孔隙,孔隙分形维数的取值在1~2,并且孔隙越扁平取值越大。孔隙含量越大、形态越趋近于扁平化,涂层有效热导率越小。把孔隙的分形维数引入到有效热导率的计算中,使得计算结果更加趋近于实测结果。

复合绝缘子及金具抗风性能本质提升方法

风沙灾害带来的输电线路故障中线路绝缘子风偏、连接金具磨损等问题尤为突出。笔者从复合绝缘子伞裙和金具两方面展开抗风性能本质提升方法研究。首先在复合绝缘子伞裙部分研究引入新型高聚物环氧材料,开展了材料选型和改性研究,具备优异电气绝缘性能、耐老化性能和较高的机械性能,有效解决大风沙尘对复合绝缘子伞裙的损伤难题。然后对于绝缘子金具,采用添加抗磨损涂层的方式提升机械性能。通过溶胶-涂覆法在抛光后的金具表面制备保护型涂层,以Al_(2)O_(3)为主要涂层,ZrO_(2)为改善层,制备了不同层数的复合涂层,研究了ZrO_(2)对金具表面Al_(2)O_(3)涂层微结构的影响,在金具表面形成致密且平整的涂层。研究结果表明,通过对绝缘子伞裙和金具的整体设计与材料研究,有效提升了复合绝缘子抗风抗磨损性能。