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固态电池硬碳复合负极的制备及其性能研究
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作者 贺晨晨 余海天 +2 位作者 李敏慧 钦君 陈剑 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第4期537-549,共13页
固态锂离子电池在安全性和能量密度方面有超过传统锂离子电池的潜力。作为电池的重要组成部分,高性能固态负极的研究和开发具有重要意义。硬碳在充放电过程中的体积变化较小,有利于维持与固体电解质(膜)的物理接触,是固态锂离子电池负... 固态锂离子电池在安全性和能量密度方面有超过传统锂离子电池的潜力。作为电池的重要组成部分,高性能固态负极的研究和开发具有重要意义。硬碳在充放电过程中的体积变化较小,有利于维持与固体电解质(膜)的物理接触,是固态锂离子电池负极材料的首选之一。在电极中构建良好的离子和电子传导网络是制备高性能固态负极的关键。首次利用硬碳为活性物质、锂化的全氟磺酸(Li-Nafion)树脂与Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.6)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)的复合物同时作为粘结剂和电极内部固体电解质研制了固态复合负极。运用电化学测试和XPS表征,探究了固态复合负极中不可逆容量的来源。通过优化复合负极的组成和结构,实现了硬碳复合负极的稳定循环。所研制的固态复合电极在70℃下循环180次的平均库仑效率为99.82%。以Li-Nafion膜作为电池的固体电解质隔膜,将经预锂化处理的硬碳复合负极与磷酸铁锂正极组装了全电池。该电池稳定循环400次,平均库仑效率达99.80%。此外,该复合负极与单晶LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_(2)(NCM613)组装的固态软包电池,首次放电比容量以正极材料计为154.4 mAh/g,首次库仑效率为84.66%,充放电循环30次的平均库仑效率为98.51%。 展开更多
关键词 固态电池 复合负极 硬碳 离子导电网络 电极组成
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锂电池高比能量正极材料Cr_(8O)_(21)的制备及应用 被引量:4
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作者 陈淼淼 钦君 陈剑 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3011-3020,共10页
Cr_(8O)_(21)具有高比容量、低成本等优点,是一种具有潜在应用前景的锂电池正极材料。但是,Cr_(8O)_(21)的首次循环不可逆容量大,循环稳定性较差,主要用于一次电池。目前,通常在高压或常压氧气气氛中合成Cr_(8O)_(21),制备过程危险且容... Cr_(8O)_(21)具有高比容量、低成本等优点,是一种具有潜在应用前景的锂电池正极材料。但是,Cr_(8O)_(21)的首次循环不可逆容量大,循环稳定性较差,主要用于一次电池。目前,通常在高压或常压氧气气氛中合成Cr_(8O)_(21),制备过程危险且容易生成杂相。本文工作以CrO_(3)为原料,在空气气氛中通过两步热解法制得了纯相Cr_(8O)_(21),考察了其作为锂电池正极材料的电化学性能,并利用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)初步探索了Cr_(8O)_(21)的电化学反应机制。研究结果表明,所制备的Cr_(8O)_(21)在0.1 C倍率下具有高达400.4 mAh/g的初始放电比容量和1218 Wh/kg的比能量;可逆比容量为304.4 mAh/g,100次循环后的可逆容量保持率达88.7%,表现出良好的电化学性能和循环稳定性。Cr_(8O)_(21)晶体结构由2个[CrO_(6)]亚晶格单元和1个[CrO_(4)]亚晶格单元组成,[CrO_(4)]位于2个[CrO_(6)]亚晶格单元之间。XPS表征结果显示,Cr_(8O)_(21)的放电和充电反应发生的是Cr~(6+)/Cr~(3+)之间的三电子氧化还原反应。XRD结果表明,在Cr_(8O)_(21)的首次放电曲线的第一个电压平台,Li^(+)嵌入Cr_(8O)_(21)的[CrO_(4)]亚晶格区,生成无定形的反应产物;随着放电反应的继续进行,在第二个放电电压平台,反应进一步生成LiCrO_(2)微晶。在随后的充电和放电循环中,LiCrO_(2)发生可逆的电化学氧化和还原反应,材料表现出良好的可充性。 展开更多
关键词 锂电池 Cr_(8O)_(21) 两步热解 铬基氧化物正极
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助熔剂法制备单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料 被引量:4
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作者 任思佳 田雷武 +1 位作者 钦君 陈剑 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第6期1702-1713,共12页
高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)具有比容量高、成本较低和安全性较高等优点,已成为新一代高能量密度锂离子电池的首选正极材料之一。但材料晶胞在充电和放电过程中发生收缩和膨胀,导致多晶态的NCM811由于晶间应力而产生微裂纹... 高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)具有比容量高、成本较低和安全性较高等优点,已成为新一代高能量密度锂离子电池的首选正极材料之一。但材料晶胞在充电和放电过程中发生收缩和膨胀,导致多晶态的NCM811由于晶间应力而产生微裂纹,材料的循环寿命尚不理想。与多晶态的三元材料相比,单晶三元材料具有更优的力学性能、热稳定性和循环稳定性。本文优选了低熔点混合助熔剂LiNO3-LiOH,并将其应用于合成单晶NCM811材料,借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试等方法,研究了助熔剂用量和烧结温度对产物NCM811材料的结构、形貌、电化学性能的影响,并通过掺杂Mg元素对材料进行进一步的改性。结果表明,助熔剂在"助熔剂-前体"混合物中的摩尔分数为90%、烧结温度为800℃时,制备的单晶NCM811材料的粒径为1~2μm,结晶性良好,且具有优异的电化学性能和循环稳定性。Mg元素掺杂的单晶NCM811材料的循环稳定性得到进一步提高,以1 C倍率进行充放电,经过100次循环后的放电比容量为165.4 mA·h/g,容量保持率为97.7%。而采用商品前体制备的多晶态的NCM811材料,以1 C倍率进行充放电,循环100次后的放电比容量为132.9 mA·h/g,容量保持率为75.0%。表明单晶NCM811材料的循环稳定性和电化学性能均明显优于多晶态的NCM811材料。 展开更多
关键词 单晶高镍三元材料 助熔剂合成法 元素掺杂 锂离子电池
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明胶基氮掺杂大孔容多孔炭的制备及在锂硫电池硫正极中的应用 被引量:3
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作者 孙春水 郭德才 +1 位作者 钦君 陈剑 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期198-208,共11页
以富含氨基酸的明胶为前驱体、二氧化硅和冰为双模板,通过冷冻干燥法制备得到了高氮掺杂的大孔容多孔炭材料(GPC),将其作为正极硫载体。通过调整模板的配比,调控了GPC材料的孔道结构和孔容。多硫化锂吸附实验表明,氮掺杂的GPC材料对多... 以富含氨基酸的明胶为前驱体、二氧化硅和冰为双模板,通过冷冻干燥法制备得到了高氮掺杂的大孔容多孔炭材料(GPC),将其作为正极硫载体。通过调整模板的配比,调控了GPC材料的孔道结构和孔容。多硫化锂吸附实验表明,氮掺杂的GPC材料对多硫化锂具有较强的化学吸附能力。电化学测试结果表明,氮掺杂有利于加快硫的还原反应动力学,从而抑制多硫化锂的穿梭效应。同时,GPC的孔容越大,硫正极的循环稳定性越优。所制具有7.00%的高氮含量和2.98 cm^3 g^−1孔容的GPC材料,不仅可以实现78.4%的高硫含量,而且还获得了较高的硫利用率。同时,所制GPC-S正极在0.1 C倍率下,初始放电比容量高达1384 mAh g^−1,循环100次后比容量仍达到608 mAh g^−1。 展开更多
关键词 明胶 氮掺杂 多孔炭 锂硫电池
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硒掺杂硫化聚苯胺的制备及性能研究 被引量:1
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作者 杨莹莹 钦君 +1 位作者 郭德才 陈剑 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第2期144-148,共5页
提高硫化聚合物正极的反应动力学,对实现这类材料的应用具有重要意义。通过加热硫硒固熔体和聚苯胺制备了硒掺杂的硫化聚苯胺(Se@SPANI)。结果表明,硒掺杂显著降低了Se@SPANI的氧化还原过程中的超电势,加快了电化学反应速率。以0.5 A/g... 提高硫化聚合物正极的反应动力学,对实现这类材料的应用具有重要意义。通过加热硫硒固熔体和聚苯胺制备了硒掺杂的硫化聚苯胺(Se@SPANI)。结果表明,硒掺杂显著降低了Se@SPANI的氧化还原过程中的超电势,加快了电化学反应速率。以0.5 A/g电流密度进行充放电,Se@SPANI在酯类电解液中经100次循环后仍保持478 mAh/g的比容量,容量保持率为89%。即使在2 A/g的高电流密度下,其放电比容量仍可达487 mAh/g。 展开更多
关键词 硒掺杂 硫化聚苯胺 锂离子扩散
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锂硫电池硫正极催化转换反应的研究进展
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作者 钦君 陈剑 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期694-715,共22页
单质硫作为电池的正极材料,其电化学过程历经多个步骤,完全放电生成最终产物是一个2电子反应.低阶多硫化锂的生成需克服一定的能垒,且由Li2S2得到一个电子还原生成Li2S的反应是速控步骤.硫正极的反应动力学是决定锂硫电池电化学性能,如... 单质硫作为电池的正极材料,其电化学过程历经多个步骤,完全放电生成最终产物是一个2电子反应.低阶多硫化锂的生成需克服一定的能垒,且由Li2S2得到一个电子还原生成Li2S的反应是速控步骤.硫正极的反应动力学是决定锂硫电池电化学性能,如比能量、比功率、低温性能等的关键因素.提高速控步骤的反应动力学还能加速可溶性多硫化锂Li2S4向不溶性Li2S2和Li2S的转化,有利于减缓或消除多硫化锂的"穿梭效应".近年,已有大量的过渡金属氧化物、硫化物、碳化物、氮化物、磷化物,单原子催化剂和氧化还原电子中继体等被应用于催化硫正极反应,提高了电极的电化学性能和循环稳定性.但是,目前详细的催化反应机制尚不完全清晰.本文重点综述了这些化合物在硫正极反应中的作用机制,总结了近年来的研究进展,并对硫正极催化转换反应的研究和发展进行了展望. 展开更多
关键词 锂硫电池 硫正极 催化转换
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