Reviewing electrochemical stability of ionic liquids-/deep eutectic solvents-based electrolytes in lithium-ion,lithium-metal and post-lithium-ion batteries for green and safe energy

Sustainable energy is the key issue for the environment protection,human activity and economic development.Ionic liquids(ILs)and deep eutectic solvents(DESs)are dogmatically regarded as green and sustainable electrolytes in lithium-ion,lithium-metal(e.g.,lithium-sulphur,lithium-oxygen)and post-lithium-ion(e.g.,sodium-ion,magnesium-ion,and aluminum-ion)batteries.High electrochemical stability of ILs/DESs is one of the prerequisites for green,sustainable and safe energy;while easy electrochemical decomposition of ILs/DESs would be contradictory to the concept of green chemistry by adding the cost,releasing volatile/hazardous by-products and hindering the recyclability.However,(1)are ILs/DESs-based electrolytes really electrochemically stable when they are not used in batteries?(2)are ILs/DESs-based electrolytes really electrochemically stable in real batteries?(3)how to design ILs/DESs-based electrolytes with high electrochemical stability for batteries to achieve sustainability and green development?Up to now,there is no summary on this topic,to the best of our knowledge.Here,we review the effect of chemical structure and non-structural factors on the electrochemical stability of ILs/DESs in simulated conditions.More importantly,electrochemical stability of ILs/DESs in real lithium-ion,lithium-metal and post-lithium-ion batteries is concluded and compared.Finally,the strategies to improve the electrochemical stability of ILs/DESs in lithium-ion,lithium-metal and post-lithium-ion batteries are proposed.This review would provide a guide to design ILs/DESs with high electrochemical stability for lithium-ion,lithium-metal and postlithium-ion batteries to achieve sustainable and green energy.

氮化锂对金属锂制备硫化锂改性研究

以金属锂为锂源、硫粉为硫源、氮化锂为添加剂,采用固相法制备了硫化锂。热力学分析结果表明,氮化锂可促进金属锂与硫粉合成硫化锂的反应;Li_(3)N先与硫粉反应释放N_(2),在熔融的金属锂片上形成孔洞,进一步扩大金属锂与硫粉接触面积,得到疏松多孔的骨架结构,有利于后续破碎且减少球磨过程中二次反应的风险。当Li∶S∶Li_(3)N=2∶2∶0.4(物质的量比)时,在100℃下反应8 h即可得到粗品硫化锂,再经700℃煅烧、除杂和球磨后可以得到纯度大于99.95%、粒径小于15μm的电动汽车用硫化锂产品。该方法为工业化生产硫化锂产品提供了新思路。

废旧磷酸铁锂浸出工艺的优化及宏观动力学

采取有效方法回收利用废旧磷酸铁锂中的有价组分对环境保护和资源循环具有重要意义。大量退役的磷酸铁锂电池,现有研究大多只针对其中锂的选择性浸出,并未考虑其他元素(如铁、磷、铝、铜等)的浸出行为紧密相关的问题。本文对废旧磷酸铁锂粉料的硫酸浸出过程进行了条件优化和宏观动力学研究,系统探究了温度、酸料比及反应时间对铁、磷、锂、铝和铜元素浸出过程的影响规律,讨论了以上元素浸出的宏观动力学。结果表明:优化条件下铁、磷、锂、铝和铜的浸出率分别为97.2%、96.9%、89.7%、76.1%和43.4%。其中,铁、磷、锂和铜的浸出符合内扩散模型,受扩散反应控制;铝的浸出符合混合控制模型,受扩散反应和化学反应协同控制。根据动力学模型拟合得出铁、铝和铜浸出的表观活化能分别为8.20kJ/mol、34.11kJ/mol和11.49kJ/mol。本研究明晰了废旧磷酸铁锂中各元素的浸出动力学,为元素的选择性浸出提供理论指导。

废旧三元锂离子电池正极材料的酸浸回收与再生试验研究

系统研究了废旧三元锂电池中有价金属元素的回收及电极材料再生。以正极材料粉体为对象,采用酸浸—除杂—共沉淀—高温固相合成的工艺路线,开展了Ni、Co、Mn和Li等有价金属元素的回收研究。考察了H_(2)SO_(4)浓度、H_(2)O_(2)用量对酸浸的影响,通过NaOH调节浸出液pH去除Fe^(2+)、Al^(3+)杂质,进而合成三元锂电池正极材料前驱体及再生前驱体活性物质,并探讨了再生正极材料的电化学性能。结果表明:以0.3 mol/L H_(2)SO_(4)和8%H_(2)O_(2)为酸浸剂,Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+)、Li^(+)浸出率可分别达99.7%,99.1%,97.2%,99.5%;在pH为4.5~6.5条件下可完全沉淀去除Fe^(2+)、Al^(3+)等杂质,当pH升至10.0时即可完全共沉淀Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+),获得前驱体;通过加入锂源可再生正极材料;电化学性能测试结果表明,在1 C下,三元锂电池循环1次的放电比容量可达143.7 mAh/g,循环100次后性能稳定,CV曲线有明显的氧化还原峰,不同倍率下循环放电性能良好。

羟基化多壁碳纳米管三明治隔膜对锂硫电池电化学性能的改善

先利用羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)与纸纤维制备了复合纤维纸(MWCNTs-OHP),然后将该复合纤维纸夹在两层PP隔膜之间组装三明治结构隔膜(PP@MWCNTs-OHP@PP)并应用于锂硫电池.利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱和元素能谱分析(EDS)等对材料进行结构和性能表征.电化学测试结果表明,PP@MWCNTs-OHP@PP三明治隔膜有效提高了锂硫电池的性能.在0.1C倍率下,电池首次放电比容量达到1532 m A·h/g,活性物质的利用率达到91.5%.在1C倍率下充放电循环500周后,放电比容量依然维持516 m A·h/g,每周循环衰减率为0.028%,库仑效率保持在96.4%以上.充放电倍率从3C减小到0.1C后,放电比容量从336 m A·h/g恢复到820 m A·h/g,显示出极佳的倍率性能.

多壁碳纳米管夹层抑制锂硫电池穿梭效应

以多壁碳纳米管(MWCNTs)薄膜作为锂硫电池正极片与隔膜之间的夹层,可抑制多硫化物的溶解和扩散,阻止穿梭效应,减小活性物质的损失,提高锂硫电池的容量和循环性能。本文利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,含MWCNTs夹层的锂硫电池在0.2C倍率首次放电比容量达到1352m A·h/g,首次库仑效率接近100%,循环20次后比容量还保持在1028m A·h/g。在1C、2C和5C倍率下充放电,电池比容量分别达到902m A·h/g、782m A·h/g和509m A·h/g。

Perspective on ultramicroporous carbon as sulphur host for Li-S batteries

Lithium-sulphur(Li-S)batteries are currently considered as next-generation battery technology.Sulphur is an attractive positive electrode for lithium metal batteries,mainly due to its high capacity(1675 m Ah g^(-1))and high specific energy(2600 Wh kg^(-1)).The electrochemical reaction of lithium with sulphur in non-aqueous electrolytes results in the formation of electrolyte soluble intermediate lithium-polysulphides.The dissolved polysulphides shuttle to the anode and get reduced at the anode resulting in Li metal corrosion.The solubility of polysulphide gradually reduces the amount of sulphur in the cathode,thereby limiting the cycle life of Li-S batteries.Several strategies have been proposed to improve the cycling stability of Li-S batteries.A unique approach to eliminate the polysulphide shuttle is to use ultramicroporous carbon(UMC)as a host for sulphur.The pore size of UMC which is below 7A,is the bottleneck for carbonate solvents to access sulphur/polysulphides confined in the pores,thereby preventing the polysulphide dissolution.This perspective article will emphasise the role of UMC host in directing the lithiation mechanism of sulphur and in inhibiting polysulphide dissolution,including the resulting parasitic reaction on the lithium anode.Further,the challenges that need to be addressed by UMC-S based Li-S batteries,and the strategies to realise high power density,high Coulombic efficiency,and resilient Li-S batteries will be discussed.

V_2O_5(TiO_2)/S复合材料作锂电池正极的性能研究

为了改善锂硫电池的循环性能,将单质硫分别与纳米金属氧化物(V2O5,TiO2)机械混合。用XRD对材料的晶体结构进行了表征。通过循环伏安、交流阻抗和电池性能的对比,对材料的电化学性能进行了分析。结果表明:采用V2O5改性的硫材料,首次放电比容量达844.68 mAh.g–1,样品循环容量衰减明显改善,30次后比容量保持在696.71 mAh.g–1。而TiO2/S复合材料,初始放电比容量为578.21 mAh.g–1,30次循环后比容量为347.71 mAh.g–1。

4种矿物源农药对冬型中国梨木虱卵灭杀效果的研究

为探究矿物源农药对冬型中国梨木虱卵的防控效果,本文测试比较了4种矿物源农药(石硫合剂、松脂酸钠、矿物油、石硫·矿物油)和1种化学对照农药(吡丙醚)对冬型梨木虱卵的防控效果.结果表明,石硫合剂、松脂酸钠、矿物油、石硫·矿物油、吡丙醚的LC_(50)值分别为1.14 Be°、1107.98 mg/L、3564.13 mg/L、1202.24 mg/L和75.85 mg/L.在4种矿物源农药中,以石硫合剂杀卵效果最好,其次为松脂酸钠、石硫·矿物油和矿物油,建议选用石硫合剂、石硫·矿物油作萌芽前的杀卵药剂.

二硫苏糖醇/多壁碳纳米管阻隔层抑制锂硫电池的穿梭效应

二硫苏糖醇(DTT)作为剪切剂,对高阶多硫化物进行剪切阻止其溶解,抑制穿梭效应的产生。以二硫苏糖醇(DTT)和多壁碳纳米管(MWCNTs)复合薄膜作为锂硫电池正极片与隔膜之间的阻隔层,抑制多硫化物的溶解和扩散,阻止穿梭效应,减小活性物质的损失,提高锂硫电池的容量和循环性能。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,含DTT/MWCNTs阻隔层的锂硫电池在0.2C倍率首次放电比容量达到1674mAh/g,活性物质的利用率达到99.9%。在1C充放电300次循环后,容量依然保持在780mAh/g,是首次放电容量1094mAh/g的71.3%,且库伦效率保持在95.3%以上。在5C和10C倍率下充放电,电池比容量分别达到597和214mAh/g。

硫/聚吡咯复合正极材料的第一性原理计算

利用Material Studio软件中的分层模建工具构建了硫(S)/聚吡咯(PPy)模型,采用DMol 3模块对构建好的模型进行几何优化,并完成计算。基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算了S、PPy和S/PPy的结合能和态密度。计算结果表明:单质硫与PPy复合后,不仅改善了硫电极的导电性,而且提高了硫电极的循环稳定性。

氢氧化锂完成液除硫方法研究

对单水氢氧化锂生产中完成液的除硫工艺条件进行了研究．获得了较为满意的结果．

S-Y复合掺杂LiMn_2O_4的电化学性能研究

用高温固相反应法合成了锂离子电池正极材料锂锰氧化物,并对其进行了硫、钇掺杂及硫和钇的复合掺杂修饰。对材料进行了X射线衍射、恒电流充放电、交流阻抗等测试。实验结果表明:固相反应法合成的硫和钇复合掺杂的材料具有标准尖晶石结构;掺杂硫其首次放电容量达196.1mAh/g,但容量衰减较快;掺杂钇后正极材料在0.2C充放电速率下,循环20次后容量保持率为98.6%,但是初始容量较低;而硫钇复合掺杂综合了硫掺杂效应和钇掺杂效应,有较好的电化学性能。

由含铝金属有机骨架材料制备的多孔碳在锂硫电池中的应用

采用水热法制备了一种含铝金属有机骨架材料,其在高温下发生炭化得到多孔碳,最后与硫复合制得锂硫电池正极材料.XRD图谱显示在高温炭化时多孔碳样品出现了部分石墨化.N2等温吸附-脱附测试分析显示合成的多孔碳材料含有微孔和介孔结构.对不同载硫量的锂硫电池进行了充放电性能测试,结果显示S质量分数为46.3%的样品在0.01 C倍率下首次放电容量达到1272 mA·h/g;在0.1 C倍率下首次放电容量为934 mA·h/g,循环性能良好.

中国科学院高能量密度锂电池研究进展快报

提高动力电池的能量密度将显著延长续航里程,对发展电动汽车具有重要的意义。中国科学院在2013年底部署了中国科学院战略性先导科技专项,通过合作研究,积极探索了第三代锂离子电池、固态锂电池、锂-硫电池和锂-空气电池等电池体系。其中,采用纳米硅碳负极、富锂正极的24 A·h的锂离子电池单体,质量能量密度达到374 W·h/kg,体积能量密度达到577 W·h/L。8 A·h固态聚合物锂电池60℃下能量密度达到240 W·h/kg,基于无机陶瓷固态电解质的固态锂电池室温下能量密度达到240 W·h/kg。37 A·h的锂硫电池单体室温能量密度达到566 W·h/kg,50℃达到616 W·h/kg。5 A·h锂空气电池单体能量密度达到526 W·h/kg。目前这些样品电池在综合技术指标方面离实际应用还有较大的距离,需要进一步深入细致的进行基础科学与关键技术方面的研究。从长远考虑,电池能量密度的提高必然进一步增加电池安全性风险,因此不同形式的固态锂电池将是未来长续航动力锂电池的发展方向。

电压敏感性聚三苯胺修饰隔膜用于锂硫电池过充保护

本文以三苯胺为原料,通过化学氧化法制备了具有电压敏感性的聚三苯胺(PTPAn)并将其成功应用到锂硫电池隔膜上。电导率测试结果表明,PTPAn/聚丙烯(PP)隔膜的离子电导率达1.56 mS·cm^(−1);循环伏安(CV)测试结果表明,PTPAn/PP隔膜在3.5–4.2 V内具有氧化还原峰。在0.1C倍率下,采用PTPAn/PP隔膜和空白PP隔膜的锂硫电池在经200周循环后,放电比容量分别为424.8和407.2 mAh·g^(−1),库伦效率分别为99.38%和98.59%,倍率测试表明(0.1C、0.2C、0.5C、1C),采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池在不同倍率下放电比容量均高于采用空白PP隔膜的锂硫电池。与此同时,对采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池进行过充实验,在第4周过充时,充电比容量为843.1 mAh·g^(−1),放电比容量为839.8 mAh·g^(−1);第10周过充时,充电比容量为690.2 mAh·g^(−1),放电比容量为669.2 mAh·g^(−1)。第16周过充时,电池的充电比容量为538.7 mAh·g^(−1),放电比容量为512.9 mAh·g^(−1)。倍率过充测试表明,经过不同倍率过充实验后,采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池仍能正常工作,在1C倍率下过充,电池电压稳定保持在3.9 V,充电比容量为349.8 mAh·g^(−1),放电比容量为328.7 mAh·g^(−1)。

类石墨烯类活性炭材料的简易合成及其在锂硫电池中的应用研究

锂硫电池由于具有较高的理论容量被视为一种最具发展潜力的储能装置.然而,硫的利用率较低及循环寿命短等问题限制着其商业化进程.本文通过一种简单易行的方法将三聚氰胺(C3H6N6)和L半胱氨酸(C3H7NO2S)碳化,制备出一种氮掺杂类石墨烯活性碳材料(NGC).该材料的类石墨烯结构能够有效抑制锂硫电池在充放电过程中产生的体积效应,以此提升其循环性能.不仅如此,材料中含有的含氮官能团还可以促进离子转移,抑制多硫化物的溶解,进而提升硫的利用率.其中,制备出的NGC-8/PS复合电极用于锂硫电池时在0.2 C的电流密度下初始容量为1164.1 mAh·g-1,在经过400圈的充放电循环之后依然具有909.4 mAh·g-1的比容量,每圈容量衰减仅为0.05%,甚至在2C的电流密度下也能达到820 mAh·g-1的高比容量.

S/TiO2纳米复合材料在锂硫电池中的应用

为了克服锂硫电池中硫在循环过程中的不稳定性,通过一种乳液破乳-析出的方法得到了水溶液中均匀分散的硫纳米粒子,再通过水解法制备了球形的硫/二氧化钛（S/TiO2）核-壳结构纳米复合材料。X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征结果表明,硫纳米粒子粒径小于200 nm,二氧化钛均匀包覆在硫纳米粒子表面,硫/二氧化钛纳米复合材料粒径为200-400 nm,硫的质量分数为72.4%。电化学测试结果表明在500 mA·g^-1电流密度下,硫/二氧化钛纳米复合材料首次循环比容量为791 mA·h·g^-1,50次循环后比容量达623 mA·h·g^-1,库仑效率保持在99.2%。锂硫电池的电化学性能得到了显著提高。

电化学储能材料及储能技术研究进展

电化学储能材料及储能技术是新能源利用和实现双碳目标的关键。本文结合上海电力大学上海市电力材料防护与新材料重点实验室的研究成果,综述了近年来电化学储能材料及储能技术的最新研究进展,包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等,分析了各电化学储能技术目前存在的主要问题,从电化学储能机理的角度出发,介绍了正负电极、隔膜、电解质和集流体等电化学储能材料组成和结构的改进方法,为开发大容量、长寿命、高安全、低成本的电化学储能器件提供新的思路。最后,对电化学储能技术的未来发展趋势提出了展望,即探索全固态电池、金属-空气电池等新一代储能器件,拓展电化学储能器件在全温度、柔性条件下的适用性。

石墨烯包覆炭硫复合物正极材料的制备及其电化学性能(英文)

利用石墨烯作为新型的阻挡层,设计并制备出具有核壳结构的石墨烯包覆多孔炭/硫复合材料,抑制锂硫电池中的"穿梭效应",以提高正极材料的循环性能。该结构利用多孔炭材料作为储存硫的载体,而石墨烯作为阻挡层可以限制充放电过程中形成的多硫化物向体相电解液中的扩散,从而实现对正极材料的容量和循环性能的提高。此外,提出一种简便的组装方法来实现石墨烯在多孔炭/硫复合材料表面的包覆。利用氧化石墨烯在液相还原过程中官能团的去除来降低亲水性,从而使其自发地包覆在不亲水的多孔炭/硫复合材料表面,形成石墨烯包覆的核壳结构。