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用二氟磷酸钠改善钠离子电池“电极/电解液”界面
1
作者 黄秋洁 毛冲 +1 位作者 潘东优 杨乐文 《矿冶》 2024年第6期918-926,共9页
可充电钠离子电池(SIBs)因其与锂离子电池相似的工作原理以及钠资源的丰富性,作为一种有前景的能量存储补充技术而备受瞩目。相对于锂离子电池,钠离子电池具有资源分布广、成本低、功率特性好等优势,在储能、汽车启停电源及低速二轮车... 可充电钠离子电池(SIBs)因其与锂离子电池相似的工作原理以及钠资源的丰富性,作为一种有前景的能量存储补充技术而备受瞩目。相对于锂离子电池,钠离子电池具有资源分布广、成本低、功率特性好等优势,在储能、汽车启停电源及低速二轮车等市场具有潜在应用前景。然而,在高电压和高温等极端条件下,"电极/电解液"界面稳定性将成为制约钠离子电池循环性能的关键因素。界面不稳定可能导致电池内部发生副反应,如电解液的分解、电极材料的腐蚀以及气体的产生等,这些都会严重影响电池的性能和寿命。本文制备了一种功能添加剂-二氟磷酸钠(NaPO_(2)F_(2),简称NaDFP),该添加剂与常用的功能添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)相互协同,共同促进了稳定的负极固体电解质界面(SEI)膜和正极电解质界面(CEI)膜的形成。实验数据表明,在电解液中添加NaDFP后,所组装的NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)|硬碳软包电池的初始容量和首次库伦效率均得到明显提升,在45℃高温环境、2.0-4.0 V和1.0 C倍率下经过400次循环后,容量保持率高达96%。这主要得益于NaDFP协同VC和FEC构筑了稳定的SEI/CEI膜,显著降低了“电极/电解液”的界面阻抗,有效抑制了界面副反应,最终使得钠离子电池在高电压和高温条件下的循环性能得到了显著提升。 展开更多
关键词 钠离子电池 功能添加剂 二氟磷酸钠 “电极/电解液”界面 高电压 高温
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杂原子掺杂调控“介孔碳/电解液”界面提升储能特性
2
作者 张庆武 李嘉鑫 +2 位作者 卢浩 赵芝悦 孙庆伟 《矿冶》 2024年第6期934-942,共9页
对介孔碳材料表面进行多杂原子掺杂制备改性电极材料,是提高超级电容器能量密度的有效方法之一。使用硫酸亚铁溶液凝沉大豆蛋白,经惰性气氛碳化得到杂原子掺杂介孔碳材料(TFe)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍... 对介孔碳材料表面进行多杂原子掺杂制备改性电极材料,是提高超级电容器能量密度的有效方法之一。使用硫酸亚铁溶液凝沉大豆蛋白,经惰性气氛碳化得到杂原子掺杂介孔碳材料(TFe)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、N 2吸脱附等表征手段分析TFe的微观形貌、表面化学性质、物相组成、孔结构与比表面积。将介孔碳材料TFe与乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀后挤压成片,以150目316L不锈钢网为集流体,制成工作电极。采用304不锈钢片为对电极,Ag/AgCl饱和氯化钾为参比电极,6 mol·L^(-1)的KOH溶液为电解液,用电化学工作站对材料进行电化学性能测试。采用活性炭为正极材料,TFe为负极材料,以玻璃纤维膜为隔膜,6 mol·L^(-1)的KOH溶液为电解液,封装在CR2030钮扣电池壳中,制成非对称超级电容器,采用计时电位法测试该器件的性能。结果表明,制备的掺杂介孔碳材料具有多层次孔结构,表面含有铁、氮、磷、硫和氧等杂原子的官能团,材料中的碳主要以无定形状态存在,材料的孔径主要分布在3.7 nm左右,比表面积为276 m^(2)·g^(-1)。在多杂原子掺杂介孔碳中,Fe_(2) P为材料提供了58%的电化学比容量,显著提高了“介孔碳电极/水性电解液”的界面相容性。在三电极体系下,6 mol·L^(-1)KOH电解液中,掺杂介孔碳材料的电化学比容量比未掺杂介孔碳的提高了150%以上。 展开更多
关键词 大豆蛋白 杂原子掺杂 介孔碳 超级电容器 “电极/电解液”界面
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低温锂电池电解液的发展及展望 被引量：1
3
作者 姜森 陈龙 +3 位作者 孙创超 王金泽 李如宏 范修林 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2270-2285,共16页
锂电池因具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长以及成本低等优点,在便携式电子产品及电动汽车等领域得到广泛使用。然而,在低温条件下,充电困难、放电容量低和寿命短等问题极大地限制了其在低温环境中的应用。因此,探究锂电池低温失... 锂电池因具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长以及成本低等优点,在便携式电子产品及电动汽车等领域得到广泛使用。然而,在低温条件下,充电困难、放电容量低和寿命短等问题极大地限制了其在低温环境中的应用。因此,探究锂电池低温失效机制并改善其低温性能势在必行。本文从电解液设计角度,总结了电解液对低温锂电池的影响及失效机制,着重介绍了提升锂电池低温性能的策略及机理。在低温条件下,变缓的锂离子扩散、激增的电池内阻、不稳定的电极/电解液界面和潜在的锂沉积等是造成锂电池性能衰退的主要原因。电解液工程(如优化电解液溶剂、锂盐和添加剂等组分)可以拓宽电解液的液程、构建稳定的电极/电解液界面和加快脱溶剂化速率,能够有效地改善锂电池的低温性能。此外,本文强调了低温高性能电解液设计需同时满足高的离子电导率、稳定的电极/电解液界面膜和快速脱溶剂化能力3个条件,为未来新型溶剂合成与电解液设计提供了理论指导。 展开更多
关键词 低温电解液 电极/电解液界面 脱溶剂化 锂电池
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界面动力学对钠离子电池低温性能的影响
4
作者 要义杰 张峻伟 +2 位作者 赵燕君 梁宏成 赵冬妮 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第1期30-41,共12页
钠离子电池(SIBs)因其资源丰富、成本低廉、安全性高以及对环境友好等优势被认为是后锂时代最有前途的电池技术。然而,如果没有热保护,钠离子电池在寒冷地区和季节下的应用会受到严重限制。尽管许多单独的过程都会造成低温下SIBs常见的... 钠离子电池(SIBs)因其资源丰富、成本低廉、安全性高以及对环境友好等优势被认为是后锂时代最有前途的电池技术。然而,如果没有热保护,钠离子电池在寒冷地区和季节下的应用会受到严重限制。尽管许多单独的过程都会造成低温下SIBs常见的容量损失,但其中大多数过程都会受到电池内部液态电解液的影响。这是因为电解液流动性在低温环境中下降,而且电解液与电极之间的兼容性变差,钠离子(Na+)传输能力显著下降,这会导致SIBs性能突然下降以及循环寿命显著缩短。因此,本文从Na+在主体电解液和界面处的行为进行阐述,从电解质盐、溶剂和添加剂等方面总结了改善SIBs低温下性能的策略,并且指出Na+通过界面处的动力学下降是影响低温下电池性能的主要原因。因此本文着重介绍了关于溶剂化结构的新见解,并且对基于调控溶剂化结构来改善电极/电解液界面(EEI)膜组成以及降低脱溶剂化能势垒的低温电解液设计策略进行系统分析。最后,本文提出了一些基于提升界面动力学改善电池低温性能的潜在策略,旨在更有效地指导低温SIBs的设计。 展开更多
关键词 钠离子电池(SIBs) 低温 电极/电解液界面 溶剂化结构 脱溶剂化
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二氧化锰基柔性一体化电极制备及在锂离子全电池中的储锂性能
5
作者 孙晓霞 文浩 +2 位作者 袁光辉 许琼 王刚 《河北工业大学学报》 2025年第2期61-69,共9页
针对二氧化锰(MnO_(2))电导率低、体积效应大导致的二氧化锰电极储锂能力未能高效发挥问题,采用简单的水热结合液相自组装法成功制备MnO_(2)基柔性一体化电极材料。一体化电极可以提升材料内部离子/电子传输、缓解充放电过程中MnO_(2)... 针对二氧化锰(MnO_(2))电导率低、体积效应大导致的二氧化锰电极储锂能力未能高效发挥问题,采用简单的水热结合液相自组装法成功制备MnO_(2)基柔性一体化电极材料。一体化电极可以提升材料内部离子/电子传输、缓解充放电过程中MnO_(2)体积膨胀及保持电极/电解液界面结构的稳定性。结果表明,MnO_(2)基柔性一体化电极材料中MnO_(2)呈均一棒状结构,直径为100~200 nm,一体化电极厚度约为20μm,柔韧性良好。在电流密度为100 mA·g^(-1)时,基于MnO_(2)一体化电极构筑的锂离子全电池首次放电比容量高达1 465 mA·h·g^(-1)。充放电循环测试200周后,放电比容量可以保持在837 mA·h·g^(-1)。 展开更多
关键词 二氧化锰/石墨烯 柔性一体化电极 电极/电解液界面 锂离子全电池 电化学性能
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电极/离子液体界面电容 被引量：5
6
作者 赵娣 黄青 +2 位作者 金先波 魏献军 陈政 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1239-1248,共10页
用电化学阻抗方法研究了铂片电极在BMIMPF6,BMIMBF4,BMIMClO4,BMIMTf2N,BMIMCl,BMIMBr,C3OHMIMBF4,C3OHMIMClO4和BMMIMPF6(BMIM:1-butyl-3-methylimidazolium;C3OHMIM:1-(3-hydroxypropyl)-3-methylimidazolium;BMMIM:1-butyl-2-methyl-... 用电化学阻抗方法研究了铂片电极在BMIMPF6,BMIMBF4,BMIMClO4,BMIMTf2N,BMIMCl,BMIMBr,C3OHMIMBF4,C3OHMIMClO4和BMMIMPF6(BMIM:1-butyl-3-methylimidazolium;C3OHMIM:1-(3-hydroxypropyl)-3-methylimidazolium;BMMIM:1-butyl-2-methyl-3-methylimidazolium;Tf2N:bis(trifluoromethylsulfonyl)amide)等离子液体中的界面电容及结构.结果表明:当阴、阳离子半径相差不大且不存在特性吸附时,在零电荷电势附近,电极/离子液体界面的电容-电势曲线将出现电容单峰或者双峰.电极的零电荷电势对应于单峰的峰电势或者双峰之间的谷电势.当电极电势远离零电荷电势时,电极/离子液体界面成紧密层结构,可由紧密层理论来描述.如果存在离子的特性吸附,相应的电容峰可能不再出现,而表现为双层电容随电极电势对零电荷电势的偏离而单调增加.还研究了添加小的Li+离子对电极/离子液体界面电容的影响.通过向BMIMTf2N中加入LiTf2N,发现Li+离子可以改变电极/离子液体界面的双层结构,但无助于界面电容的提高,甚至可能引起电容的降低.最后探讨了不同条件下,尤其考虑阴阳离子特性吸附时,电极/离子液体的界面结构. 展开更多
关键词 电化学电容 离子液体 电极/电解液界面 界面离子排列 电化学阻抗谱
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锂离子电池硅基负极人工界面层的研究进展
7
作者 杨耀宗 孙国平 +2 位作者 陈新 刘亚飞 赵海雷 《矿冶》 2024年第6期783-795,共13页
硅基材料因其理论比容量高,工作电位适中,是一种极具前景的高能量密度锂离子电池负极材料。但由于硅负极在嵌脱锂过程中体积变化巨大,易导致活性颗粒破碎以及电极电解液界面破裂,严重影响硅基材料的实际应用。人工界面层的发展为硅基材... 硅基材料因其理论比容量高,工作电位适中,是一种极具前景的高能量密度锂离子电池负极材料。但由于硅负极在嵌脱锂过程中体积变化巨大,易导致活性颗粒破碎以及电极电解液界面破裂,严重影响硅基材料的实际应用。人工界面层的发展为硅基材料界面稳定性问题的解决提供了可能性。相较于由电解液分解产生的电极电解液界面而言,人工界面层的组成和结构具有高度的可调控性。本文综述了硅基负极人工界面层的研究现状,首先介绍了人工界面层的一般设计原则与制备方法,然后对近年来用于改善硅基负极界面稳定性的人工界面层研究进行了分类总结,分析了不同功能的界面层设计在硅负极界面稳定化方面的作用机制,并对未来硅基材料人工界面层的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 硅基负极材料 电极电解液界面 人工固体电解质界面 力学稳定性
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二氟磷酸锂作为电解液添加剂在锂离子电池中的应用 被引量：3
8
作者 张乾魁 刘思 +3 位作者 王贤树 余乐 范伟贞 李伟善 《新能源进展》 2019年第6期480-486,共7页
锂离子电池的能量密度主要由正、负极材料的比容量和电极电位决定,但其性能发挥与电极/电解液界面性质密切相关。为提高锂离子电池的性能,必须使用电解液添加剂改善电极/电解液界面性质。迄今为止,已有大量的文献报道各种类型的电解液... 锂离子电池的能量密度主要由正、负极材料的比容量和电极电位决定,但其性能发挥与电极/电解液界面性质密切相关。为提高锂离子电池的性能,必须使用电解液添加剂改善电极/电解液界面性质。迄今为止,已有大量的文献报道各种类型的电解液添加剂,但得到实际应用的却为数不多。二氟磷酸锂(LiPO2F2)是最近得到实际应用的电解液添加剂,能有效降低界面阻抗、提高充放电循环稳定性等。本文介绍该添加剂在锂离子电池中的应用效果及其作用机理。 展开更多
关键词 锂离子电池 电极/电解液界面 电解液添加剂 二氟磷酸锂
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电催化反应中的界面双电层:理论、表征与应用
9
作者 曹雪婷 察爽爽 龚鸣 《物理化学学报》 2025年第5期1-33,共33页
界面双电层是电催化反应的核心区域。催化剂表面原子、反应物、中间体、产物、溶剂分子和离子等组分,共同构成了复杂的动态反应网络。这种特殊的组成和结构赋予界面双电层以特殊的性质,深刻地影响了电催化反应的路径与结果。本文将以电... 界面双电层是电催化反应的核心区域。催化剂表面原子、反应物、中间体、产物、溶剂分子和离子等组分,共同构成了复杂的动态反应网络。这种特殊的组成和结构赋予界面双电层以特殊的性质,深刻地影响了电催化反应的路径与结果。本文将以电催化反应中的双电层为主要研究对象,围绕双电层理论模型及其历史沿革、双电层的实验表征方法和双电层对电催化反应的影响这三个方面,以若干电催化反应前沿研究为例,阐述双电层与电催化反应之间的关联,并介绍一些特定情形下电催化双电层研究的研究方法和研究逻辑。 展开更多
关键词 电催化 双电层 电极/电解液界面 理论模型 原位表征技术
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锂离子电池正极材料过渡金属离子溶出的危害及抑制研究 被引量：6
10
作者 占佳琦 邢丽丹 《材料研究与应用》 CAS 2023年第5期902-911,共10页
含锂过渡金属氧化物正极材料在循环过程中,特别是高温和高电压条件下,其界面的过渡金属离子会部分溶解到电解液中。已有学者报道通过对正极材料进行包覆、掺杂等改性手段或通过调控电解液组分的方法来稳定电极/电解液界面,以抑制过渡金... 含锂过渡金属氧化物正极材料在循环过程中,特别是高温和高电压条件下,其界面的过渡金属离子会部分溶解到电解液中。已有学者报道通过对正极材料进行包覆、掺杂等改性手段或通过调控电解液组分的方法来稳定电极/电解液界面,以抑制过渡金属离子的溶出,但目前尚未找到完全抑制溶出的方法。溶出的过渡金属离子会迁移并沉积到负极界面,增加界面阻抗;残留在电解液中的过渡金属离子还会降低电解液的热稳定性。简要综述了过渡金属离子溶出引起电池性能衰退的机制和抑制策略,希望引起更多科学家对过渡金属离子对负极和电解液的危害以及抑制研究的重视,为设计新型电解液体系和电解液添加剂提供思路和建议。 展开更多
关键词 锂离子电池 过渡金属离子 迁移和沉积 电极/电解液界面 添加剂
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