关键词： 多孔硅   制备   机理   锂电池  

摘要： 因多孔硅具有独特的孔状纳米结构,可控的物理化学特性,巨大的内比表面积,使其在能源存储与转换、药物载体、催化等领域具有巨大应用前景。尤其是在锂电池领域使用多孔硅作为负极材料以来,由于其丰富的孔状结构能有效适应充放电过程中硅体积膨胀并缓解内部应力以防止颗粒粉化,还能给锂离子的嵌入脱出提供通道,因而引起研究者们的广泛兴趣。虽然已经有众多的多孔硅制备方法被报道,但是探索一种简单快速、成本低廉、绿色环保工艺制备出结构可控的多孔硅纳米材料仍然是一个巨大的挑战。基于课题组近年来的研究进展和相关文献,归纳了关于多孔硅纳米材料的制备方法和基本反应机理,及其在高能锂电池领域负极材料的应用,并进一步展望了多孔硅纳米材料的未来发展方向。

关键词： 锂电池   可控合成   NiCo_(2)O_(4)负极材料   储锂机制研究  

摘要： 溶剂热法可控合成NiCo_(2)O_(4)锂电池负极材料,进行XRD、ESEM、电化学性能分析并获得分散性好、晶型完整的尖晶石型NiCo_(2)O_(4)纳米片。充放电测试显示:首次比容量分别为1376mAh/g和1544mAh/g;经150次循环后,容量保持率约70%。低倍率下(0.05~2C)稳定性明显高于高倍率(10C)下,与Li+在电解液中的扩散电阻增大有关,这在交流阻抗(EIS)中得到证实。循环伏安(CV)为进一步弄清脱嵌锂机理提供了依据。EIS等效电路拟合结果显示:60次循环后,电极电阻(R1)由357Ω·cm^(2)下降到154Ω·cm^(2),与电极材料活化有关。但电解液扩散电阻(WS)从345Ω·cm^(2)增大到467Ω·cm^(2),与电极材料被破坏粉化有关。为了更好平衡这两个相互矛盾的变量,有效控制合成NiCo_(2)O_(4)电极材料十分关键,本法获得的NiCo_(2)O_(4)负极材料其电化学性能较优异。

关键词： VOC废气   锂电池   西门子PLC   废气处理   自动化技术  

摘要： 锂电池负极材料原材料石墨在生产前加入沥青,高温生产过程中产生大量氢气、烷烃等成分,本文介绍了废气处理中蓄热式燃烧炉、沸石转轮的自动控制应用,包括功能实现所需硬件、各部分温度控制、气体超燃爆比例后的自动应对措施以及核心程序代码,提高尾气处理效率、降低天然气能源消耗,达到环保局废气排放要求,保护大气环境。

关键词： 锂离子电池   负极材料   钛酸锂   改性研究  

摘要： 锂离子电池作为如今乘用车使用的重要电池,受到了广泛的关注,涉及的技术也更新较快。在锂离子电池的结构中,对电池性能起决定作用的是负极材料。传统石墨负极材料由于具有放电电位低、易析出锂枝晶、扩散速率低等缺点已逐渐被淘汰。钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)是一种无机化合物,它作为负极材料,对锂离子电池性能的提升有显著作用。就锂电池负极材料钛酸锂的优势原理进行阐述,对钛酸锂的制备及改性研究进行分析,从而为锂电池负极材料钛酸锂的制备提供参考。

关键词： 石墨烯复合材料   锂电池   负极材料   掺杂  

摘要： 伴随着我国新能源技术的发展,各种新能源复合材料也相继问世。作为新能源汽车的核心部分锂电池发挥着重要作用。目前,传统的锂离子电池负极材料的研究主要集中于名种碳材料和金属化合物以及导电聚合物等,这类材料在嵌脱锂的过程中经常会伴随体积效应,导致锂电池循环性能不能提高。为解决此类问题,对石墨烯复合材料作为锂电池负极材料的使用进行了研究。本文以石墨烯材料为基础,制备了氧化石墨烯、掺杂Fe_(2)O_(3)石墨烯,通过测试氧化石墨烯、掺杂Fe_(2)O_(3)石墨烯复合材料的充放电性能、循环伏安特性,验证了两种材料作为锂电池负极材料电极性能的变化情况。实验结果表明:经过多次循环充放电后,两种材料相比,掺杂Fe_(2)O_(3)石墨烯的充放电容量更高。

关键词： 钨酸钠   锂电池   负极材料   复合材料  

摘要： 过渡金属氧化物WO_(3)因其放电容量高等性能优势,成为新型锂电池负极材料的研究热点。以羧甲基纤维素钠为钠源、偏钨酸铵为钨源并以多巴胺为碳源,通过水热反应制备了钨酸钠/氮掺杂碳复合材料(NaWO-C)。X射线衍射谱图表明,所得材料中的钨酸钠主要由两种物相组成。扫描电镜照片显示,所得NaWO-C为荔枝状微球结构,元素分布图则表明微球上均匀分布着N、C、W、O和Na等元素。在锂电池中,NaWO-C在50和500 mA/g电流密度下放电比容量分别为591.7和157.2 mAh/g,高于氧化钨/氮掺杂碳复合材料(WO-C)的547.6和74.7 mAh/g。在循环50次后,NaWO-C的比容量仍有452.1 mAh/g,容量保持率为74.9%,与WO-C相比有显著提高。

关键词： 锂离子电池   负极材料   碳酸钴   四氧化三钴   异丙醇   纳米/微米球   电化学性能  

摘要： 以异丙醇作为溶剂,通过溶剂热法在不同反应时间下制备了前驱体碳酸钴,再采用高温煅烧法制备了超细纳米/微米多孔四氧化三钴粉末,研究了反应时间对前驱体碳酸钴及四氧化三钴的组成及形貌的影响,并测定了四氧化三钴负极材料电化学性能。结果表明,纳米/微米球(2~4μm)由细小且均匀的四氧化三钴纳米颗粒和孔洞组成;以四氧化三钴作为锂离子电池负极材料,在0.5和1 A/g电流密度下,循环450圈后比容量分别保持在680和473 mAh/g,显示出优异的电化学性能。

关键词： 锂离子电池   SiSn/NPC复合负极材料   多孔结构   电化学性能  

摘要： 随着社会的进步,以石墨为负极的锂离子电池已经越来越难以满足人们的要求,因此,发展高比容量的负极材料刻不容缓。Si作为理论比容量最高的负极材料,表现出极大的应用潜力。然而,作为一种半导体材料,Si的导电能力难以达到人们对负极材料的要求,嵌锂过程中巨大的体积效应也严重制约着Si负极的发展。本论文通过高压碳化的方法制备了一种具有三维多孔结构的碳材料(NPC),并将其内部的孔结构作为Si、Sn合成的微型场所制备了SiSn/NPC复合负极材料。一方面,多孔结构削弱了Si负极的体积效应造成的不利影响,另一方面,多孔结构也为锂离子进入材料内部提供了大量的离子通道;而Sn作为高电导率的活性金属能提高材料体系整体的导电能力。(1)以葡萄糖和Si粉为原料,通过水热法以及高温碳化法制备了一种Si/C复合负极材料。研究表明,80-Si/C(材料中碳的质量为80 mg)负极在0.2 A/g的电流密度下经过50次循环后的可逆容量约为Si负极的2倍,碳材料良好的导电能力一定程度上提高了Si/C负极的电化学性能。(2)以微米硅粉、葡萄糖(CHO)和邻苯二甲酰亚胺为原料,通过碳化、复合以及结构设计制备了Si/C、Si/GO以及Si/NPC复合负极材料,测试结果表明,Si/NPC复合材料表现出最好的电化学性能,在经过50次充放电循环后的可逆容量达到了651.75 m Ah/g。NPC丰富的三维多孔结构以及巨大的比表面积为材料体系提供了丰富的活性位点并且能形成多孔的碳包覆层,提高材料体系的导电能力,同时也防止了电解液与活性材料的直接接触,减少了SEI膜生成过程中活性材料的大量失活。(3)在Si/NPC复合材料的基础上制备了一种SiSn/NPC复合负极材料,并探究了该复合材料最佳的制备工艺。研究表明,在800℃条件下制备的SiSn/NP-20负极材料的初始容量为3157.6 m Ah/g,经过50次充放电循环后仍然保持着1652.1 m Ah/g的可逆容量,表现出优秀的循环性能和倍率性能。Sn纳米颗粒与Si纳米颗粒形成了一种互嵌结构,这种互嵌结构可以抑制同种纳米颗粒之间的团聚,保持其原本的纳米尺寸,从而提高材料的循环性能。Sn具有良好的导电能力,Sn嵌入到NPC的孔结构中会与NPC形成良好的欧姆接触,从而提高材料体系整体的导电能力。

关键词： 锂金属电池   过渡金属氧化物   锂金属负极   全电池   电荷调控  

摘要： 开发高能量密度负极材料是提升锂电池性能的研究方向之一。过渡金属氧化物负极与锂金属负极是具有高理论比容量的负极材料,但是过渡金属氧化物存在导电性差、体积变化等问题,锂金属负极也存在锂离子不均匀沉积的问题。本文针对碳骨架过渡金属及其氧化物负极材料进行结构设计,并研究相应的储锂机制及电池性能。主要结论如下:（1）基于过渡金属氧化物的电化学特性,结合碳骨架的导电性,构建了由ZnO、Co3O4与NCNTs组成的复合负极（ZCO/NCNTs）,并研究了其储锂机制和电池性能。首先,通过简单煅烧ZnCo-ZIF获得ZCO/NCNTs。ZCO/NCNTs具有良好的多孔结构,可缩短离子扩散路径和提供大量活性位点,有助于加速电子/离子传输,并适应锂化/去锂化过程中的体积膨胀。其次,Co3O4的赝电容行为实现离子快速储存,ZnO的扩散控制实现离子的深层扩散,两者的协同作用使得ZCO/NCNTs具有比单一金属氧化物/碳复合材料更好的稳定性。ZCO/NCNTs电极在5 A g-1的电流密度下循环1000次后仍可提供380 mAh g-1的可逆容量。通过合理地设计,该策略也可以应用于其他碱金属离子电池二元复合材料中。（2）基于Co金属的电子会向含N碳纳米管（NCNTs）转移的特性,构建了由Co金属团簇、NCNTs与碳纤维组成的3D骨架（CC@Co-NCNTs）,并研究了其锂沉积机理与电池性能。将Co-ZIF片层复合在碳纤维上,避免了片层的堆叠,通过煅烧获得Co均匀分布的CC@Co-NCNTs,为Co与NCNTs之间的电荷转移提供有利的条件。第一性原理计算结果表明,通过Co纳米颗粒调控CC@Co-NCNTs表面的动态电荷分布,可以调节锂沉积,抑制锂枝晶生长。CC@Co-NCNTs@Li对称电池在40 mA cm-2的电流密度下可以稳定循环超过1300 h。CC@Co-NCNTs@Li/LFP全电池在1 C电流密度下循环500次仍可提供135 mAh g-1的可逆容量。这项工作为研究调节锂均匀沉积的功能性骨架提供了新思路。

关键词： 植保无人机   锂电池负极   皮秒激光切割   Burst模式   分层宽度  

摘要： 随着精准农业航空技术的发展,使用植保无人机搭载农药喷雾设备用于农作物病虫害防治已成为一种得力的辅助手段。植保无人机的使用实现了人机分离作业,避免了农药中毒,单位面积施药量小,能适应不同地块、作物,达到作业精准、适用性强、作业效率高的目的。航空植保产业的迅速发展加快了植保无人机智能农业装备的研发步伐,且植保无人机的应用大多追求大载药量、长效续航、高安全可靠性,提出了植保锂电池高品质工艺技术研发的迫切需求。针对这一问题,采用可调Burst模式的皮秒激光脉冲对植保锂电池负极材料进行切割试验。介绍了极片材料用激光切割的基本特性,及超快激光技术的特点。试验结果关注切割边缘毛刺、HAZ、分层宽度等切口特征和形貌的变化。主要研究内容如下:(1)采用面积推算法,分别对植保锂电池负极材料的铜箔和石墨材料进行了单脉冲烧蚀阈值试验,计算出分层宽度的理论值。证明了铜和石墨的烧蚀阈值差异是导致分层宽度产生的重要原因之一。(2)在单脉冲模式下,研究了激光功率对铜集流体和负极复合材料切割边缘成形形貌的影响。通过SEM观察到,铜集流体切口边缘有不规则分布的毛刺,HAZ随激光功率的增大而增大,而负极复合材料切口存在明显的分层宽度。发现由于有最低切断功率的限制,降低功率不能解决切割边缘出现的毛刺、HAZ、分层宽度等缺陷。(3)采用可调子脉冲个数的皮秒激光脉冲Burst模式对植保锂电池负极的铜集流体和负极复合材料进行切割,研究了不同Burst个数对切割质量的影响。结果表明,增加Burst个数能有效减小铜集流体切口边缘的HAZ。Burst脉冲串使铜集流体直接以快速热气化去除并带走大部分热量,少量余热使铜发生热熔化重新凝固在切口形成熔融重凝层,消除了边缘毛刺。当Burst模式应用在负极复合材料切割时,增大Burst个数可以降低分层宽度,使能量集中利用在材料去除而不是余热扩散,Burst个数N=10时,获得35μm的分层宽度。(4)通过切割试验获得了不同Burst个数下的最大切割速度,探究植保锂电池负极材料超快激光切割效率。发现最大切割速度随Burst个数的增加而增大,在37.4W和N=10时,铜集流体和负极复合材料分别获得了3800mm/s和500mm/s的最高V,分别是单脉冲模式下的6倍和2.5倍。并且,Burst个数的增大引起的最大切割速度的增幅明显比增大激光功率的增幅大。Burst模式可以实现小功率激光器的快速加工。在高速切割条件下,可完全消除铜集流体的色变HAZ,EDX能谱分析表明边缘热影响限制在熔融重凝区15μm范围内,这对于植保锂电池负极材料的切割质量和切割效率都有极大的提高。