锂-空气电池的高性能空气电极的性能研究

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧（LaNiO₃）催化剂,利用Super P作为催化剂载体制备了一种新型空气电极。实验结果表明,含有LaNiO₃催化剂的锂-空气电池具有良好的充放电性能,放电电压平台为2.59 V,放电容量达到1 109 mAh·g^-1。比较了2种碳材料（Super P和GNS）作为催化剂载体的空气电极对电池充放电性能的影响,发现多孔性的空气电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）中水含量的必要性。由Super P、LaNiO₃及水含量小于1×10^-5的电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）组装成的锂-空气电池具有良好的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。     

基于CoFe2O4@C锂空气电池正极催化剂的研究

锂空气电池因其具有超高的能量密度从而引起了研究者们的广泛关注,但其研究处于初级阶段。其中找到合适的锂空气电池正极催化剂是目前研究的主要方向之一。通过溶胶-凝胶联合原位水热合成法成功实现了适用于锂空气电池正极的催化剂铁酸钴@科琴黑（CFO@KB）复合材料的制备。通过调整铁酸钴与科琴黑的质量比（1∶1、3∶1、5∶1、7∶1）,得到不同性能的CFO@KB复合物,并利用XRD表征其结构,发现本研究合成的铁酸钴为尖晶石型,且CFO@KB复合物仍然呈现其特征峰。当容量限制在180 mA·h/g（以电极材料计）、铁酸钴与科琴黑质量比为1∶1时,其复合物在锂空气电池中呈现出最好的限容循环稳定性和较高的放电截止电压。其充电电压和放电电压之间的电压差为0.2 V,小于现有相关文献中报道的值。     

碳纳米管复合导电剂及其在锂离子电池负极中的应用

将准一维结构的多壁碳纳米管和零维结构的导电乙炔炭黑均匀分散制备复合导电剂,并将其加入商品化锂离子电池负极材料中,考察复合导电剂对负极电化学性能的影响。结果表明,该碳纳米管复合导电剂可有效提高电极材料的首次库仑效率和循环寿命。     

碳纳米管涂层提升电池性能

<正>理论上,以硫为负极的锂离子电池比目前销售的可充电电池可存储更多的能量,这意味着电动汽车和移动设备两次充电的时间间隔可相应延长。最近,德克萨斯州的研究人员表明,向电池的某个元件增加一层碳纳米管,取得的能效可与锂-硫电池相媲美。与当今最好的商业电池相比,锂-硫电池可储存5倍于其的能量。当锂离子电池充放电时,锂离子在两个电极之间移动并通过外部环路产生电流。电池负极容纳的锂离子越多,电池能够存储的能量     

锂离子电池铁氧化物负极材料的研究进展

铁氧化物负极材料具有较高的储锂容量和较低的电压平台,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一,而且铁氧化物负极材料具有合成方法简单、对环境友好等特点,受到研究者的关注。本文介绍了铁氧化物负极材料在锂离子电池中的应用以及最新进展情况,总结了铁氧化物材料的不同制备方法,重点分析了不同铁氧化物负极材料在电化学性能方面表现出的差异,展望了铁氧化物负极材料电化学性能的研究趋势。     

螺旋纳米炭纤维的制备及其电化学性能

以乙炔为碳源,酒石酸铜为催化剂前躯体,氩气为保护气体,采用化学气相沉积法制备螺旋纳米炭纤维,通过扫描电镜观察不同温度下制备的螺旋纳米炭纤维的形貌;制备的螺旋纳米炭纤维作为锂离子电池负极材料,通过首次充放电、循环伏安、循环性能和交流阻抗谱测试电池的电化学性能。研究表明:在580℃下制备的螺旋纳米炭纤维管径均匀、螺旋化程度高,组装的电池具有最长的充放电平台,50次充放电循环后,库伦效率能保持在98.0%以上,比容量也保持在400 mA·h/g以上,循环伏安曲线重合性好,说明电化学性能稳定,电化学阻抗最小,导电性最好。螺旋纳米炭纤维纯度越高具有更好的电化学性能。     

毛刺镀镍钢带在镍氢动力电池中的应用

泡沫镍是目前镍氢动力电池用的主要电极基体材料,但其价格偏高。采用毛刺镀镍钢带作为负极基体材料制备了方形40Ah镍氢动力电池,性能测试结果表明,电池具有较好充放电性能,每只电池成本约降低12元,但相比采用泡沫镍作为基体材料,电池充放电性能略有下降。     

锂-空气电池的电化学控制

<正>由于能量密度可达同等质量锂离子电池的10倍,锂-空气电池至少在纸面上看起来非常惊人。但在实践中,它们的状况并不佳,要防止这些电池快速失效,需要控制充放电过程中发生的复杂的、至今未完全了解的化学反应。电化学家已经朝这个方向迈出了一步,他们制备了一系列由具有纳米材料特性的电极组成的锂-空气电池,证实这些电池的化学性能与电极     

MCMB/水性粘结剂体系锂离子电池负极制备工艺研究

在锂离子电池炭负极的制备中，粘结剂和导电炭黑用量、不同的碾压及封装条件都将影响电池的电化学性能。通过循环伏安及恒电流充放电测量技术，研究了中间相炭微球（MCMB）／水性粘结剂负极制备中上述因素的影响，发现水性粘结剂含量为2wt％（羰甲基纤维素钠：丁苯橡胶=1：1，质量比）、导电炭黑含量为3wt％、负极碾压压力为25MPa、封装压力50MPa时，MCMB作为负极材料时表现出了较好的充放电性能，可逆放电容量达到了320．3mAh／g。且水性粘结剂工艺性能良好，可以考虑代替成本高且对环境有污染的有机粘结荆。     

基于树叶制备的多孔碳材料作为锂电池负极的应用试验

以树叶作为廉价易得的碳源,采用硼酸处理改善其电化学性能,并用氢氧化钾(KOH)进行活化提高材料比表面,以获得更多的储锂活性位。制备电池并对其进行测试。测试表明,活化材料作为锂电池的负极材料,具有较高的比容量,经过40次充放电循环后,仍然能够保持相当高的比容量,并且有着出色的大电流放电能力。因此,它作为锂离子电池的电极材料具有潜在的商业价值。     

GO-PTAm:一种高性能锂离子电池正极材料

通过原子转移自由基聚合法（ATRP法）制备了聚（4-丙烯酰胺基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基）-氧化石墨烯（PTAm-GO）复合材料。采用红外、拉曼、X射线衍射、热重、电子顺磁共振等手段对复合材料进行了表征，将活性材料作为正极组装成扣式电池，测量扣式电池的循环伏安图、电化学阻抗谱和充放电循环容量。结果表明，PTAm-GO电极可以发生可逆的氧化还原反应，且具有比PTAm更低的电化学阻抗和高出约两倍的充放电容量，经过300次充放电循环后，电极比容量保持在138 mAh/g，容量保持率为96.5 %。这对有机电池的发展，特别是对氮氧化物自由基聚合物电极材料的研究具有重要的参考价值。     

精制石油焦基负极材料的电化学性能研究

以精制石油焦为原料,经球磨、炭化和石墨化制备负极材料,并组装成扣式电池。考察影响电化学性能的石墨化关键性能,包括表面形貌、比表面积、粒度分布、石墨化度、元素组成等,进行充放电、循环伏安、交流阻抗测试。结果表明,首次嵌锂容量为349.2 mAh/g,首次库伦效率为78%;500次循环后,容量上升为440.6 mAh/g,充放电效率接近100%。精制石油焦制备的负极材料具有稳定充放电平台、低的电极电位及良好的循环性能。     

十二胺功能化石墨烯量子点/硅复合材料的制备及在锂离子电池中的电化学性能研究

通过热裂解法以十二胺、柠檬酸和叶酸为碳源制备了十二胺功能化的石墨烯量子点(D-GQD),将量子点均匀包覆在硅表面制备出复合物作为锂离子电池的负极材料。根据硅在充放电过程中巨大的体积效应这一特征进行研究和提升。通过研究不同电流密度下电极的充放电曲线及交流阻抗图谱的特征,可以发现复合电极中D-GQD对可逆容量的提高,高倍率性能的改善以及电极表面的电荷转移电阻的降低起到关键的作用。这主要归于石墨烯量子点边缘具有丰富的亲水基团,促进和海藻酸钠粘剂的融合,提升海藻酸钠膜的弹性性能。     

Zn-Al-Ce水滑石在Zn-Ni二次电池中的电化学性能

采用水热法制备锌铝铈水滑石（Zn-Al-Ce-LDHs）,并且将其作为锌镍二次电池的新型负极材料。利用红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对制备的Zn-Al-Ce-LDHs进行了形貌和微观结构的分析。通过循环伏安曲线（CV）、Tafel极化曲线和恒电流充电放电测试研究了Zn-Al-Ce-LDHs作为锌镍电池负极材料的电化学性能。XRD和SEM分析发现,制备的Zn-Al-Ce-LDHs结晶度完好、分散均匀并且呈现出了规则六边形片状结构。电化学性能研究结果表明,Zn-Al-Ce-LDHs应用到Zn-Ni二次电池中表现出了很好的循环可逆性能和抗腐蚀性能;恒电流充电放电测试结果分析可知,Zn-Al-Ce-LDHs电极表现出了较为优异的循环稳定性以及充放电特性,经过80次循环后,循环保持率可以达到95.1%。     

锂离子电池硅基负极黏结剂的研究新进展

硅具有较高的理论比容量,被认为是极具应用前景的锂离子电池负极材料。然而,硅在充放电过程中会产生巨大的体积变化,导致电极粉化脱落和容量的迅速下降,限制了硅基负极材料的应用。黏结剂是锂离子电池中一个不可或缺的组成部分,对体积变化较大的硅基负极而言,除了满足作为锂离子电池黏结剂的基本要求外,对黏结剂的结构和性能又提出了新的要求,黏结剂的选择对于增强硅基电极结构的稳定性并实现长期循环具有更加重要的意义。总结了近年来硅基负极材料黏结剂的研究进展,重点介绍了用于硅基负极材料的交联类黏结剂、导电类黏结剂和自修复类黏结剂等几种黏结剂的性能特点和应用,为选择和设计更加适合的硅基负极黏结剂提供研究建议。     

炭负极材料前驱体对锂离子电池性能影响的研究

炭负极材料因其具有较高容量与能量密度、较好的循环性能等优点,成为现今主要的商业化锂离子电池负极材料。本文用三不同的原料焦炭制备成炭负极材料,分别采用X-RD、SEM、BET等手段对其进行表征分析,通过电池检测系统对其充放电性能进行测试和结果比较,探讨三种不同前驱体对其电性能的影响。     

锂离子电池柔性碳布负极材料的储锂性能研究

将柔性碳布用于锂离子电池负极材料,用循环伏安法及交流阻抗研究了电池电极材料的电化学性能,用充放电实验研究了电池的循环性能和倍率性能。结果表明,锂离子电池负极采用柔性碳布,具有高的锂储存容量,第一次放电比容量为157.48mAh/g,并且在随后各次的容量损失很小,电池循环趋于稳定。     

竹炭深加工及在能源电池中应用的研究

以天然毛竹材为原料,通过高温炭化、活化等处理后,得到具有高比表面积的竹炭基生物质能源电池材料。通过恒流充放电、循环伏安等电化学测试方法,考察了竹炭作为超级电容器及锂离子电池电极材料时的电化学性能。结果表明:采用KOH活化后得到的竹炭,比表面积可达2366m2/g;用作超级电容器电极材料,比容量可以达到205F/g,并表现出良好的充放电效率。作为锂离子电池负极材料在200mA/g的电流密度下30次循环后仍然具有225mA·h/g,显示了竹炭具有较高的比容量及良好的循环性能和倍率性能,作为新能源材料具有广泛的应用前景。     

多级结构SnO_2及其碳复合物的制备与电化学性能

针对SnO_2作为锂离子电池负极材料循环性能和导电性差的问题,采用水热法制备了SnO_2/C复合物。研究了多级结构SnO_2的制备工艺并以此为基础制备了SnO_2/C复合物,通过XRD、SEM、TEM等分析方法表征了材料的结构、组成和形貌;采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法表征SnO_2和SnO_2/C复合材料的电化学性能。实验结果表明,在200 mA·g~(-1)恒电流密度充放电时,SnO_2/C复合物电极充放电循环50次后比容量为346.1 mAh·g~(-1),远高于SnO_2电极;与此同时,无定形碳的引入使SnO_2/C复合物电极的倍率性能也显著提高。     

锌空气电池关键问题与发展趋势

电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点,是电能高效转换和储存的重要技术方向,无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具,还是用于新能源发电过程储能,都具有广阔发展前景。但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题,负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战,严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题,尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题,结合电池性能进行详尽讨论。归纳现有研究后认为:开发新型电催化剂和空气电极,发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺,是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。