人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的应用研究EI北大核心CSCD

锂金属具有最低的氧化还原电位(-3.04V vs标准氢电极)和极高的比容量(3860mAh·g^-1),是理想的锂二次电池负极材料.然而电化学循环过程中,由于锂的不均匀成核生长,其表面产生锂枝晶,锂枝晶持续生长会刺穿隔膜,造成电池短路甚至引发火灾.因此需要对锂金属负极进行保护,抑制负面问题,发挥高性能.人造固态电解质界面技术是一种有效的锂金属负极保护策略,本质是预先在锂金属表面涂覆上保护层,保护层具有较高的离子传导性和电化学稳定性、较好的阻隔性和机械强度,可得到高效率、长寿命和无枝晶的锂金属负极.本文将近年来人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的研究进展进行综述,对其制备方法、结构特点、锂金属负极循环性能、全电池电化学性能等方面作了详细介绍,分析当前存在问题并指出锂金属负极研究不仅需要加深机理研究还得与实际应用相结合.     

高浓度石墨烯水分散液的制备与表征

利用高压均质液相剥离法,以鳞片石墨为原料,水为介质,制备高浓度石墨烯水分散液。采用紫外可见光谱研究表明活性剂浓度、高压均质压力和循环次数对石墨烯水分散液浓度C_G的影响。通过拉曼光谱、扫描电镜、透射电镜、激光粒度仪分析水分散液中石墨烯的结构和形貌。结果表明:通过调节各工艺参数,获得了浓度为324.3mg·L^-1的石墨烯水分散液,所得浓度是超声液相剥离法的10倍;石墨烯水分散液中石墨烯缺陷少、厚度薄、片径大,具有良好的品质;将所得石墨烯分散液制备石墨烯自支撑膜,其电导率可达3.2×10~4S·m^-1。     

磷酸铁锂/石墨烯复合材料的合成及电化学性能

采用研磨、超声分散与搅拌干燥的工艺方法制备磷酸铁锂/石墨烯复合材料。利用TEM,SEM,XRD和Raman对材料组织结构进行表征,并组装成扣式电池进行电化学性能测试。SEM图像表明,在该工艺所制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料中,石墨烯贴附在磷酸铁锂颗粒表面,并且均匀地分散在复合材料中形成良好的导电网络。电化学测试结果显示,添加2%(质量分数)石墨烯后,磷酸铁锂的倍率性能和循环性能都得到明显提高。具体表现为:倍率性能方面,在5C充放电条件下,放电比容量提高到94.2mAh·g~(-1),是添加前的2.53倍;循环性能方面,100次循环(1C充放电)后容量衰减由添加前的43.5%下降到添加后的9.6%。这种简便的工艺能够实现石墨烯在电极材料中的均匀分散,充分发挥石墨烯优异的导电性,进而提升磷酸铁锂正极材料电化学性能。     

喷雾干燥法制备石墨烯包覆富锂锰基材料Li1.22Mn0.52Ni0.26O2及其电化学性质

本工作采用喷雾干燥法制备了小片径石墨烯包覆的Li1.22Mn0.52Ni0.26O2富锂锰基材料(G-LNMO),系统研究了包覆前后材料的晶体结构、微观形貌及电化学性质.扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)结果表明,该方法实现了石墨烯对富锂锰基材料(LNMO)的均匀包覆.充放电测试表明,石墨烯包覆后将LNMO材料在0.1 C和1 C倍率下的放电容量分别从199.8 mA·h/g和87.1 mA·h/g提升至220.2 mA·h/g和117.6 mA·h/g.在0.5 C倍率下经过100次循环后,G-LNMO材料的容量保持率为88％,相比于LNMO材料提升了17％.电池充放电曲线及电化学阻抗分析显示,石墨烯包覆能够显著提升电极动力学,降低电池在充放电过程中的极化,减缓电极/电解液界面副反应的发生,进而提升材料的循环稳定性和倍率性能.     

石墨烯负载花球状二氧化锰复合材料制备及其电容性能研究

利用高锰酸钾与乙醇之间的氧化还原反应,在多孔石墨烯表面沉积纳米二氧化锰花球,获得了一种新型的复合电极材料。通过XRD,TG,SEM,TEM等分析手段确定了材料的晶体结构、化学成分、微观形貌特征。电化学性能测试表明:纳米二氧化锰花球具有优异的比电容,但是倍率性能和循环性能不足。通过在石墨烯表面负载纳米二氧化锰花球,能够显著增加石墨烯的比电容,同时改善纳米二氧化锰花球的倍率性能和循环性能。采用0.5mol/L K_2SO_4电解液,进行三电极循环伏安测试,复合电极材料在2mV·s^-1扫速下的比电容高达295F·g^-1,在1000mV·s^-1扫速下,比电容仍然可达102F·g^-1,同时100mV·s^-1,1000次循环后,电容循环保持率可达96.3%。这表明石墨烯负载花球状二氧化锰材料是一种极具潜力的超级电容器电极材料。     

表面活性剂对高浓度石墨烯水分散液制备的影响

分别选取阴离子型、阳离子型和非离子型3种类型表面活性剂,通过紫外可见光谱研究表面活性剂结构和浓度对高压均质-液相剥离法制备的石墨烯水分散液浓度的影响。通过高分辨透射电镜和激光粒度仪对所制备的石墨烯的品质进行分析。结果表明:长的疏水链段、双键和苯环官能团是促进表面活性剂作用发挥的关键结构,表面活性剂最优浓度略高于其临界胶束浓度。在测试范围内,Tween80效果最佳,其最佳作用浓度为0.012mmol·L^-1,所得石墨烯水分散液浓度为564.3mg·L^-1。表面活性剂的结构和浓度对石墨烯的品质无明显影响。     

合金材料在锂金属负极中的应用研究进展

金属锂具有极低的电极电势及超高的比容量，是高比能锂二次电池的理想负极材料。然而，锂枝晶生长、体积膨胀效应及界面不稳定等问题限制了其商业化应用。通过合金负极、界面保护、负极结构设计及固态电解质等策略，可显著改善上述问题。锂合金材料具有高比容量、高离子电导率及良好亲锂性等特点，在上述策略中均扮演着重要角色。本文介绍合金材料的电化学性质，综述近年来合金材料在锂金属负极中的应用研究进展；最后梳理合金材料在锂金属负极中应用所面临的问题，并提出加强基础理论研究等建议。     

合金材料在锂金属负极中的应用研究进展EI北大核心

金属锂具有极低的电极电势及超高的比容量,是高比能锂二次电池的理想负极材料。然而,锂枝晶生长、体积膨胀效应及界面不稳定等问题限制了其商业化应用。通过合金负极、界面保护、负极结构设计及固态电解质等策略,可显著改善上述问题。锂合金材料具有高比容量、高离子电导率及良好亲锂性等特点,在上述策略中均扮演着重要角色。本文介绍合金材料的电化学性质,综述近年来合金材料在锂金属负极中的应用研究进展;最后梳理合金材料在锂金属负极中应用所面临的问题,并提出加强基础理论研究等建议。