新能源动力、医疗仪器、地下勘探、高功率脉冲等行业的高速发展对介质电容器的要求越来越高。聚合物基薄膜电容器的高功率密度、高击穿场强、高可靠性、低损耗、小体积等优点备受关注。但由于聚合物本身低介电常数的特点导致了其能量密度较低,限制了其在高端领域的应用。而聚合物通过不同方式与其他有机或无机物的复合都是提升能量密度的有效途径。介绍了聚合物基薄膜电容器与无机物的复合方式研究现状,分析了不同复合方式的优势与不足,并讨论了未来聚合物基薄膜电容器的发展前景。

三水醋酸钠(sodium acetate trihydrate, SAT)是一种可用太阳能光热转换和热能储热的固液相变材料。然而其过冷度的存在导致储存的潜热无法及时释放利用。采用十二水磷酸氢二钠(disodium hydrogen phosphate dodecahydrate, DSP)作为分子成核剂,当DSP的添加量为3%时,SAT的过冷度被降低至0.4 ℃,对应的相变焓值和热导率分别为226.08 J/g和0.63 W/(m·K)。将高太阳能吸收率的碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)与SAT/DSP蓄热单元结合后得到了具有太阳能光热转换和热能储存SAT/DSP/CNTs的装置,实现了太阳能温差发电。研究为三水醋酸钠在太阳能利用方面提供了一种可行和有效的方法。

传统的液体电解质在充放电的循环过程中易在负极产生枝晶,导致电池短路,且液体电解质存在易燃、易爆、泄露等安全问题。固体电解质能够很好的解决上述安全性问题,并且具有较好的稳定性,是替代液体电解质的不二选择。固体电解质需要满足高的离子电导率、宽的电化学窗口、优良的化学相容性、简单的制备工艺、低廉的成本等要求,因此需要进一步研发高性能固体电解质或电极/电解质界面改性材料,便于优化和提升固态电池的电化学性能。金属有机骨架和共价有机框架化合物是近年来新兴的、具有周期性结构的多孔材料,在电池领域的应用已经崭露头角。综述了金属有机骨架和共价有机框架化合物在固态锂离子电池上的应用及研究进展,并对如何改进金属有机骨架和共价有机框架固体电解质的电化学性能提出建议。

设计并合成了两种亚硫酸甘油酯衍生物:(1,2-环亚硫酸甘油酯)苯磺酸酯(ODMB)和(1,2-环亚硫酸甘油酯)对甲苯磺酸酯(ODMM),通过库伦效率、恒流充放电,交流阻抗和扫描电子显微镜等测试研究了其作为电解质添加剂对LiCoO₂/Li电池电化学性能的影响。结果表明,ODMB和ODMM均具有良好的热稳定性,分解温度分别为256和255 ℃。掺杂0.7%(质量分数) ODMB的电池放电容量为147.98 mAh·g^-1,在50次循环后仍保持其初始放电容量(151.76 mAh·g^-1)的97.51%。与空白电解液相比,添加了ODMB和ODMM的电解液的电极表面具有更致密和稳定的膜结构,显著降低了电极的电荷转移阻抗。浸润性测量结果表明,0.7%(质量分数) ODMB电解液比空白电解液具有更好的浸润性,可以有效改善电池的组装过程。

电极/电解液界面作为制约锂离子电池高比能量和电化学稳定性的关键因素,其高温稳定性对电池的电化学性能有着重要影响。综述了近几年来改善锂离子电池高温稳定性的研究进展;介绍了高温环境对锂离子电池电极材料和电解液的主要影响;主要从电解液组成角度出发分析了如何设计高温条件下可稳定存在的电极/电解液界面膜,进而有效地改善锂离子电池的高温性能;最后对锂离子电池高温电解液未来的发展和研究方向进行了展望。

锂是科技时代不可或缺的能源金属,锂资源的绿色、高效开发是保障相关产业健康发展的关键。锂矿石等固态锂资源的储量有限,已经难以满足人们的需求,储量巨大的液态锂资源正在成为人们关注的焦点。近年来,研究人员开发了多种从富含Li⁺的盐湖卤水和海水等液态锂资源中提锂的技术。相对于其他方法,吸附法具有无污染、工艺简单、效率高和可循环等优点,已经成为广泛应用的提锂方法,其中吸附剂是该技术的核心。对近年来国内外吸附法提锂用锂离子筛的研究进展进行了综述,主要介绍了锰基锂离子筛和钛基离子筛吸附剂的化学结构、离子的嵌入/脱嵌机理、制备方法、掺杂改性的工艺以及不同的成型技术。并进一步阐述了未来锰基锂离子筛和钛基锂离子筛吸附剂材料的研究重点和发展方向。

微晶石墨存在加工性能差、低首效的缺点,对此采用了高温石墨化、碳化包覆对微晶石墨进行改性,引入了超高分子羧甲基纤维素钠(CMC)作为分散剂。与改性前的微晶石墨对比,加工性能和电化学性能得到大幅度提升。利用激光粒度分布仪等表征了其物理性能,利用SEM等分析了微晶石墨的结构和表面形貌,利用浆料粘度的变化表征其加工性能,并通过扣电测试了其电化学性能。结果表明:高温处理后的微晶石墨扣电首效由64.2%提升至87.1%,克容量发挥275.2 mAh/g提升至343.3 mAh/g;包覆后的微晶石墨浆料稳定性更好,克容量发挥达到394 mAh/g;使用超高分子CMC保证浆料稳定性的同时,也改善电池的倍率性能。

采用超声辅助浸渍-烘干、化学沉积与阳极氧化方法制备了由棉织物(CF)、多壁碳纳米管(MCNT)和核壳结构镍@氢氧化镍(Ni@Ni(OH)₂)构成的多级结构复合电极材料(CF-MCNT/Ni@Ni(OH)₂),并利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、电化学测试等手段对其结构与性能表征。结果表明,该电极在2 mol/L KOH溶液中0.5 mA/cm²电流密度下面积比电容可达6 300 mF/cm²(3 mA/cm²时为4 927 mF/cm²),与CF-Ni@Ni(OH)₂相比具有较大提高,同时充放电循环性能也有提升。MCNT的引入有利于CF表面形成粗糙导电膜,为优化电极结构以制备具有高性能储能器件提供了借鉴。

随着移动便携式电子设备的更新换代,人们对于锂离子电池性能的提升有了更高的要求,而作为影响其储锂电化学性能的关键因素--负极材料,其最新研究动态已经成为人们广泛关注的热点。通过插层法将α-Sn(HPO₄)₂·H₂O剥离成Sn(HPO₄)₂纳米片(SNS),在保留其层状晶体结构的同时暴露出更多的储锂活性位点,并进一步利用化学镀法将剥离得到的SNS与具有高储锂比容量的金属Sn纳米颗粒进行复合。研究表明,制得的Sn/SNS复合材料具有显著优于SNS的综合储锂电化学性能,其中,Sn/SNS-Ⅲ在0.1 A/g电流密度下的比容量为475.7 mAh/g,在0.2 A/g电流密度下经过500次循环后比容量为449.5 mAh/g,在5 A/g电流密度下经过1000次循环后容量保持率仍为63.49%。这主要归因于均匀分布在SNS表面的Sn纳米颗粒(~10 nm)能够提供额外的储锂位点,同时SNS对Sn纳米颗粒的有效支撑能够抑制其团聚并缓解其在充放电过程中的体积膨胀,因此,Sn/SNS复合材料表现出高的储锂容量和良好的循环稳定性。

SiO₂因理论比容量高(1 965 mAh·g^-1)、循环稳定性好、丰度高和低成本等特点,被认为是一种具有前景的绿色锂离子负极材料。实际上当SiO₂作为锂电池的负极材料时,由于其Si-O之间的键能大,对Li⁺表现出惰性而没有展现出良好的电化学性能。然而,通过对它进行表面修饰或构造3D纳米结构,则表现出对锂的活性。为了进一步了解这一负极材料,综述了SiO₂作为锂离子负极材料的锂化反应机理,并从尺寸大小、结构、与金属氧化物复合以及表面改性等方面讨论其电化学性能。最后,提出了SiO₂作为负极材料的挑战和工作展望。

以聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEM)为PEO基体,通过自由基聚合反应接枝2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)单体,并用氢氧化锂溶液进行锂化反应,最后得PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固态电解质。PEGMEM为锂离子提供迁移路径,接枝单体AMPS可有效抑制PEGMEM中氧乙烯(EO)链段的结晶,同时将锂离子引入到共聚物中形成单离子电解质。该电解质具有良好的锂离子迁移数和电化学窗口,且与正负电极接触表现出良好的界面相容性,展现了高性能单离子聚合物电解质在提升锂离子电池安全性及倍率循环稳定性上潜在的应用价值。

电池隔膜是锂离子电池的核心组件之一,随着锂离子电池的发展而逐渐完善、创新。由于商品化程度最高的聚烯烃类微孔膜受到性能限制,亟需开发新的工艺制备综合性能优异的电池隔膜,优化隔膜的产业结构。综述了近年来使用非织造技术制备的锂离子电池隔膜,包括熔喷法、纺粘法、湿法非织造工艺及静电纺丝法,评价电池隔膜的性能及制备工艺,列举针对各个制备工艺获得的隔膜的改性方法,对锂离子电池隔膜的发展方向做出了设想与展望。

硅材料因其超高的理论比容量、较低的放电电压及锂离子扩散势垒,成为最有发展前景的高容量锂离子电池负极材料之一。然而,硅负极在充放电过程中会引起巨大的体积膨胀,严重影响其电化学性能。设计具有纳米尺寸和多孔结构的硅负极材料是实现高容量硅负极的有效途径。但目前大多数的制备方法通常工艺复杂、成本高、产率低,限制了其商业应用。因此,采用低成本的方法实现优异电化学性能的多孔纳米硅材料的大规模制备成为了关键。综述了低成本的二氧化硅源镁热还原制备锂离子电池纳米多孔硅负极材料的研究进展,并对硅负极材料未来的商业化应用进行了展望,将为低成本制备锂离子电池纳米多孔硅负极材料的研究提供有用的资料。

锂离子三元正极材料由于其结合了镍酸锂、钴酸锂、和锰酸锂材料的特性一直是人们研究的热点,但不同比例的三元材料有着不同的优势和缺陷。LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂材料虽倍率性能较好但是循环性能比较差,不能满足人们对日常生活更高的需求。因此提高材料的电化学性能一直是学者们所追求的目标,掺杂和包覆是两种对材料进行改性的有效手段。通过共沉淀法制得LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂并用NaAlO₂对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂进行包覆改性。通过一系列表征手段和电化学测试,证明了NaAlO₂包覆LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂材料作为一种方法能明显提高LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的循环性能和倍率性能,并对电化学性能改善的原因进行了简要地分析。

硅基材料作为锂离子电池负极的理论容量达到4 200 mAh·g^-1,被认为是最有发展前景的负极材料。但其体积膨胀过大,导致循环稳定性较差。通过球磨+碳包覆的方法,对线切割的纳米片层状多晶硅硅泥进行改性,使其作为锂离子电池负极材料的电化学性能得到了改善。结果表明,球磨使原料硅泥粒径明显减小。在电流密度为200 mA·g^-1时,原料硅泥球磨20 h后碳包覆的C-Si₂₀的首次充电比容量为1 784.2 mAh·g^-1。循环75次后充电比容量为640 mAh·g^-1,充放电库伦效率保持在98%以上。材料具有比较好的循环性能,可以为光伏产业硅泥废料的回收再利用提供一定的借鉴意义。

对电极材料在固定温度下热力学性质的评价,有助于准确描述锂离子电池(LIBs)的性能。为了全面了解层状锂LiMO₂(M=Co、Ni、Mn)的特性,大量理论计算被用来预测该类材料的各种物理、化学性质,包括嵌入电压、Li空位有序化、Li扩散、复杂过渡金属有序化以及电子迁移路径等。然而,在高功率下,电池由于高速运转产生了更多的热量,导致一系列热力学问题出现。目前,大多数基于密度泛函理论(DFT)的研究只考虑了0 K下的热力学性能,而忽略了高温下晶格振动对性能的影响。基于此,在DFT的基础上,通过精确地模拟Li、LiCoO₂及Li_□CoO₂声子谱和晶格振动等热力学参数,计算并绘制了关于Li、LiCoO₂及Li_□CoO₂的温度与赫姆霍兹自由能的关系图;并根据不同温度的相关影响对脱锂电势进行了修正处理,发现随着温度的不断升高,晶格振动会进一步造成脱锂电势的逐步降低,从而导致正极材料的容量减小。

通过前驱体MIL-88热解制备出具有碳壳包覆的纺锤状Fe₂O₃纳米粒子(Fe₂O₃@C)。当用来作为锂离子电池的负极材料时,这种具有碳包覆的Fe₂O₃纳米粒子不仅可以促进电极与电解液的接触、调节循环测试所引起的体积变化,而且可以提高电极的导电性。得益于这种独特的碳包覆的框架结构,该复合材料展示出1350 mAh/g的高首次放电比容量,以及优异的循环性能(循环100圈后得到800 mAh/g的可逆比容量)和倍率性能。

分别以尿素、硫脲、三聚氰胺为前聚体,采用热缩聚法在550 ℃下制备了3种石墨相氮化碳,与硅粉复合后合成Si@C₃N₄-u、Si@C₃N₄-t、Si@C₃N₄-m 3种材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR、BET等测试方法表征了3种原材料和复合材料的形貌及晶体结构,并采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试了复合电极的电化学性能。结果表明,以硫脲为前聚体合成的氮化碳有着更加合适的片层以及多孔结构,C₃N₄-t上残留的含S基团还能与硅颗粒能形成氢键,部分硅可以进入片层之间以及大的孔洞中,从而缓解了硅的体积效应,使电极的电化学稳定性有所提高。以硫脲为前聚体合成的氮化碳与硅复合后的材料在500 mA/g的电流密度下,充放电循环200 次后,容量可以保持在971.7 mAh/g。

采用简单的水热法制备了ZnO@ZIF-8电极材料,XRD、SEM、TEM等测试表征表明,所制备的ZnO@ZIF-8电极材料具有较好的形貌及晶体结构,与纯相ZnO对比,形貌发生明显改变,电化学性能测试表明,制备的ZnO@ZIF-8具有较好的循环稳定性以及倍率性能,其首次可逆比容量为1136 mAh/g,循环50次后可逆比容量为412.3 mAh/g,电化学性能较纯ZnO有明显的提高。

利用混合法,将石蜡(PW)和石墨烯(GO)混合,制备了PW/GO相变材料;然后将PW/GO相变材料和普通水泥复合,制备了PW/GO/水泥复合材料。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对PW/GO相变材料的表面形貌进行表征;采用傅里叶红外光谱(FT-IR)对PW/GO相变材料的分子结构进行表征;采用力学万能试验机对PW/GO/水泥复合材料试样进行抗压性能、抗弯性能测试;采用差示扫描量热仪对复合材料进行热性能分析,并采用自制装置对复合材料的热调节能力进行了研究。SEM和FT-IR分析可知,PW/GO相变材料在多层GO缝隙中填充了大量的PW,两者成功进行了复合,但并未改变两者的分子结构;加入PW/GO相变材料可以提高水泥基材料的热能储存效率,30%(质量分数)PW/GO含量的水泥复合材料的抗压强度和抗弯强度分别可达33.2和5.5 MPa,熔融值(ΔH_m )和结晶值(ΔH_f)分别可达34.02和33.85 J/g;PW/GO相变材料的掺入降低了室内的温度波动,提供了良好的温度舒适度,表现出良好的应用潜力。

以共聚物PEDOT-co-PEG作为锂金属阳极的表面改性层,采用磷酸铁锂复合阳极和“石榴石型”物质以及聚合氧乙烷聚合物组成的固体电解质制备了全固态锂离子电池。采用SEM分析了锂金属充电-放电反复操作后的形态学改变;采用电化学组抗谱试验研究了改性后的锂金属以及复合固体电解质接触面的稳定性并对全固态锂离子电池的充电-放电性能和界面稳定性进行了研究。结果表明,未改性的锂金属在固态电池充电-放电过程中会生成锂枝晶,从而导致全固态锂离子电池的高电流密度容量快速衰变;“石榴石型”物质以及聚合氧乙烷聚合物组成的固体电解质与改性后的金属锂具有良好的接触面,从而扼制锂枝晶的形成,提高全固态锂离子电池的机械性能;在PEDOT-co-PEG共聚物改性锂金属后,全固态锂离子电池的平稳性显著提高,且容量减弱放缓。

采用典型的溶胶-凝胶法,在高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极颗粒表面包覆不同含量的Li₃PO₄锂离子导体。利用X射线衍射仪,扫描电镜对Li₃PO₄包覆前后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品的晶体结构和微观形貌进行分析。结果表明,合成材料的层状结构明显,阳离子混排度低,并且Li₃PO₄成功包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂颗粒表面。另外,对4个样品进行了首次充放电,倍率放电和循环性能比较,结果表明经过Li₃PO₄包覆后的正极材料的综合电化学性能明显比未包覆样品优越。首次库伦效率从未包覆样品的84.2%提高到2%(质量分数) Li₃PO₄包覆样品的89.2%。而且在5C高倍率,2% (质量分数) Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的放电比容量是129.7 mAh/g,远远高于未包覆样品的92.6 mAh/g。同时,在常温和高温环境下循环100次后,2% (质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的容量保持率比未包覆样品分别高出7.1%和9.9%。

以废旧锂离子电池为原料,采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧的方法制备出锌锆离子共取代的钴铁氧体,并对所制备样品的结构、形貌、磁性能和磁致伸缩性能进行探究。结果表明,锌锆离子共取代的钴铁氧体具有尖晶石结构,形貌与纯钴铁氧体比较发生了变化。随着锌锆离子取代量的增加,样品的饱和磁化强度、最大磁致伸缩系数和最大应变导数整体呈现先增加后减小的趋势。在取代量为x=0.050时,样品在较低的磁场强度下取得的饱和磁化强度和最大应变导数分别是87.56 Am²/kg和-1.81×10^-9 A^-1m,这有利于铁氧体磁致伸缩材料在压力传感器和制动器方面的应用。

采用实验和分子动力学模拟相结合的方式对多孔铝硅酸盐陶瓷性质进行研究,使用Materials Studio软件建立了SiO₂:Al₂O₃化学分子比例分别为3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2、1∶3多孔铝硅酸盐模型。用软件中的Forcite、VAMP等模块对模型进行运算后得到该模型的导热率、密度、定压比热容、孔隙率和比表面积等数据。结果表明随着Al₂O₃所占比例增大,密度、定压比热容、导热率、比表面积和孔隙率都在增加,其中导热率整体变化呈分段线性增加趋势,而定压比热容和孔隙率增加缓慢。同时在实验中把刚玉粉(Al₂O₃)、硅藻土(SiO₂)及可溶性淀粉机械混合后制作成陶瓷胚体,经烧制得到多孔铝硅酸盐陶瓷后利用SEM观察多孔陶瓷内部孔隙,发现实验观察到的多孔陶瓷内部结构变化引起的热物性变化与分子动力学模拟的结果相互验证。

综述了通过多种合成/制备策略得到不同尺寸、不同形貌、不同维度的金属硫化物,以及其与石墨烯/碳纳米管等复合材料,包括层状、三明治、中空核壳状及其混合结构等形式的金属硫化物/碳复合材料。应用于锂离子电池负极时,金属硫化物复合材料表现出优异的电化学性能诸如高的放电容量、良好的倍率特性、循环稳定等。此外,我们进一步展望了金属硫化物复合材料作为电池电极材料的应用和开发前景。

石墨烯和多孔碳等碳材料在电化学储能领域得到了广泛的应用。具有协同效应的石墨烯/多孔碳基复合材料能够充分发挥出石墨烯和多孔碳自身的优势,作为储能设备的电极材料展现出了良好的电化学性能。综述了近几年来关于石墨烯与多孔碳的二元/三元复合材料的研究进展,主要从合成方法、碳前驱体、结构设计、构效关系以及在不同储能器件中的应用等几个方面进行了系统的阐述。最后对石墨烯/多孔碳基复合材料的研究方向进行了展望。

硅被认为是最有前景的锂离子负极材料之一,具有比容量高,电位平台低,储量丰富等优势,但初始库仑效率低等问题限制了其在锂离子电池中的应用。为此,本文通过文献调研研究了初始库伦效率偏低的内在机理,着重从包覆、预锂化、纳米化、电解液改性等技术综述提高硅负极材料的初始库仑效率的方法并对未来发展趋势做了简单的展望。

随着便携式电子设备不断的发展,其核心部件电池的能量密度和安全性越来越受到人们的关注。固态电池可避免使用安全系数较差的有机液态电解液及易燃的聚烯烃隔膜,具有高能量密度和高安全性等特征,因而被称为下一代锂离子电池。固态电池的核心技术在于开发离子电导率高、不易燃、强韧性好、环境友好型的新型固态电解质,其中PEO基聚合物电解质属于新型固态电解质中的一种。概述了PEO基聚合物电解质的研究进展,并对PEO基聚合物固态电解质提出了展望。

在锂离子电池中,粘结剂的化学和物理性质极大地影响了电池的性能,对电极的完整性和界面反应性起着关键作用。水系粘结剂成本低廉,环境友好,且无需控制湿度,可能成为油性粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)的可行替代品。首先以纤维素为碳源、SnCl₄·5H₂O为锡源,以水热法制备了具有纳米单晶结构的SnO₂@硬炭复合物,分别利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)对其成分和微观结构进行表征。然后分别采用了PVDF和海藻酸钠为粘结剂制备了锂离子电池负极,并采用恒电流充放电测试探明了其电化学性能。结果显示,两种电极材料在小电流密度下容量均较高,展现了SnO₂@硬炭复合物的容量优势。而海藻酸钠与SnO₂@硬炭复合物的相容性更好,电极材料具有更好的倍率性能与循环性能,在2 A/g的大电流密度下具有约400 mAh/g的容量,100次循环后容量保持率为89%。拆卸电池后发现,以海藻酸钠为粘结剂的电极材料在循环多次后依然与集流体粘结紧密,这应是源于海藻酸钠中富含羧基,羧基能与SnO₂形成络合物,能够形成更稳定的固态电解质膜,使得充放电过程更加稳定。

本文采用溶胶凝胶法合成了β-LiVOPO₄锂离子电池正极材料,研究了其结构和电化学性能。结果表明,在500 ℃较低温度下能够合成晶态纯相β-LiVOPO₄,其结构为正交晶系,属于Pnma空间群。这种材料具有非常稳定的电化学充放电长循环性能。在10 mA/g充放电电流密度下循环300次,其放电比容量没有衰减,维持在150 mAh/g以上。 即使在100 mA/g的电流密度下循环1 000次,其比容量保持率仍旧高达100%。本文研究结果显示,LiVOPO₄适合用作高能量长循环寿命锂离子电池正极材料。

以生物质淀粉烧制泡沫炭为基本骨架,以聚吡咯为导热、导电材料,以无机和有机混合相变材料为储能介质,构建具有传感功能的相变复合材料,使相变复合材料的温度变化能够实时地以电信号的形式给出。本文探讨了不同分子量PEG及其用量对复合材料储能和传感性能的影响。电阻-温度-时间关系的测试结果表明CF-PPy-PCM-1000-1,CF-PPy-PCM-8000-0,CF-PPy-PCM-20000-0传感功能较好。DSC测试结果显示CF-PPy-PCM-8000-0的熔融焓值为113.29 J/g,CF-PPy-PCM-20000-0的熔融焓值为124.44 J/g,二者具有作为相变储能材料的潜能。SEM图像表明,负载PCM后,PCM附着在CF-PPy骨架的孔泡壁上。尽管从PCM的填充情况看,还有进一步提升其负载量的空间,但这种非全面填充的状态也在一定程度上保证了复合材料在储热过程中不会出现相变材料的渗出泄露的问题。

研究了一种新离子型负极成膜添加剂2D对NMC811/石墨电池性能的影响,并与当前最常用商业化负极成膜添加剂VC进行对比试验。微分容量dQ/dV显示2D先于EC和VC在2.1 V左右还原,在石墨负极形成较稳定的SEI膜,交流阻抗结果表明含2D成膜阻抗明显低于VC;含2D、VC、2D和VC复合电解液的NMC811/石墨电池的倍率循环、高温存储和高温循环等测试结果表明,含2D电解液电池的石墨负极钝化膜更加稳定,有效提升锂离子电池的循环、存储和倍率性能,60 ℃存储含2D电池的电压和电阻变化较小,高温循环200周后,不含2D添加剂电池容量损失达15%,含2D电池容量保持率在92%以上。

通过阳极氧化法和后退火处理在铜箔上合成了三维网络结构氧化铜纳米线,将其作为负极材料制备了无需添加粘结剂的锂离子电池。研究了恒压氧化时间对材料形貌和电化学性能的影响。在1C的倍率下,氧化1 000 s制备的CuO纳米线表现出最高的1 172 mAh/g首圈放电比容量和594 mAh/g的可逆比容量,500圈循环可逆比容量为607.6 mAh/g,可逆容量保留率为102.3%。交联的三维网络结构CuO纳米线相互支撑,提供稳定的结构,有效缓解了CuO纳米线作为锂离子电池负极材料中的体积膨胀问题,表现出了优异的倍率性能和循环寿命。

针对SnO₂锂离子电池负极材料长循环性能差的缺点,把非晶SiO₂引入SnO₂材料中,形成SnO₂-SiO₂纳米复合材料。采用聚苯乙烯(PS)胶晶作为模板,制备出三维有序大孔SnO₂-SiO₂纳米复合材料。研究结果表明,3DOM SnO₂材料晶体结构和3DOM SnO₂-SiO₂材料相似,但是加入SiO₂以后,3DOM SnO₂-SiO₂材料的长循环性能得到显著提高。在500 mAh/g的电流密度下循环100次,此时加0%Si的3DOM SnO₂-SiO₂材料的充电比容量急剧衰减为147 mAh/g,加5%Si的3DOM SnO₂-SiO₂材料的充电比容量达654 mAh/g,此外500次循环后加5%Si的3DOM SnO₂-SiO₂材料充电比容量增至728 mAh/g。这些结果表明SiO₂能够改善3DOM SnO₂材料长循环稳定性。

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一种“零应变”材料,在充放电过程中不会形成锂枝晶,消除了过充电对电池的安全隐患。本文系统的介绍了钛酸锂的制备方法和结构改性。在钛酸锂的合成方面固相法相对较为简单,生产效率高,较为适合工业中大批量生产,溶胶凝胶法则较为复杂,但得到的钛酸锂材料相对来说纯度、结晶度也比较高。在钛酸锂材料改性方面,纳米化、球化、多孔化都是以增大材料表面积提高材料的比容量;金属及离子掺杂改性主要是为了提高材料的导电性,其中不同的金属离子对材料的比容量有不同的影响。材料的表面复合改性是一种综合改性手段,是在提高材料比容量的同时提高材料导电性的一种改性手段。

本文以甘蔗渣作为生物质碳源制备Na₂MnPO₄F/C正极材料。通过球磨法及原位热解法制备Na₂MnPO₄F/C正极材料,利用拉曼光谱对正极材料制备条件进行表征分析,得出Na₂MnPO₄F/C最佳制备条件为碳源用量15%、煅烧温度600 ℃。利用XRD、SEM、EDS、电化学测量技术等手段对材料进行表征分析,结果表明,材料结晶性良好,碳材料很好地包覆在Na₂MnPO₄F聚氟阴离子材料表面,并且不影响材料结构。组装成纽扣电池,进行电化学性能测试。结果表明Na₂MnPO₄F/C材料电化学性能优于Na₂MnPO₄F材料,在0.1C下,Na₂MnPO₄F/C材料首圈放电比容量为8.71 m Ah/g,而Na₂MnPO₄F材料首圈放电比容量为1.94 m Ah/g,通过原位热解法进行碳包覆能有效的提高材料的电子电导性,增加容量。