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具有核壳结构高电化学性能PEDOT/PAN-b-PSS的研究
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作者 唐火强 武晶晶 +4 位作者 胡来文 郭德超 董维福 姚文强 杜显锋 《化工新型材料》 北大核心 2025年第8期269-276,共8页
聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚4-乙烯基苯磺酸(PEDOT/PSS)水分散体因具有众多优点被公认为是最有前途的商业导电聚合物之一,但由于绝缘的PSS会包裹在其颗粒表面使电荷传递能垒变高,影响导电性。合成的聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚丙烯腈-b-聚4-乙烯... 聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚4-乙烯基苯磺酸(PEDOT/PSS)水分散体因具有众多优点被公认为是最有前途的商业导电聚合物之一,但由于绝缘的PSS会包裹在其颗粒表面使电荷传递能垒变高,影响导电性。合成的聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚丙烯腈-b-聚4-乙烯基苯磺酸(PEDOT/PAN-b-PSS)在水中能形成具有核壳结构的胶束,这种核壳结构以PAN为核,PSS为壳,导电聚合物PEDOT堆积在壳上,增加了颗粒之间PEDOT的接触,可以有效降低电荷传递能垒,提高电导率(8.1S/cm→59.2S/cm),改善电化学性能,并有良好的成膜性(均方根粗糙度≤1.53nm)。将PEDOT/PAN-b-PSS应用于固态电容器中,相对于传统的PEDOT/PSS,能有效降低等效串联电阻(16.1mΩ→6.9mΩ),提高容量引出率(88.3%→95.0%)。为生产企业合成高品质PEDOT水分散体和下游企业选择更合适的PEDOT水分散体提供了技术参考。 展开更多
关键词 导电聚合物 聚3 4-乙烯二氧噻吩 嵌段共聚物 核壳结构 电化学性能 固态电容器
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磷酸锰铁锂正极材料的第一性原理研究
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作者 曹春晖 唐火强 +3 位作者 郑保平 胡来文 章志珍 王国庆 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第3期881-890,共10页
磷酸锰铁锂(LiMn_(1-x)Fe_(x)PO_(4), LMFP)具有高能量密度、低成本、高安全等优势,是新一代锂电正极材料。目前LMFP处于产业化前夕,其面临的主要问题包括电子电导率偏低、倍率性能不足以及对高温的敏感性等问题,铁掺杂量(x,摩尔分数)... 磷酸锰铁锂(LiMn_(1-x)Fe_(x)PO_(4), LMFP)具有高能量密度、低成本、高安全等优势,是新一代锂电正极材料。目前LMFP处于产业化前夕,其面临的主要问题包括电子电导率偏低、倍率性能不足以及对高温的敏感性等问题,铁掺杂量(x,摩尔分数)的优化对于改善以上问题至关重要。但是常规实验方法对铁掺杂量的研究受限于实际条件,很难准确调控单因素变量,导致研究结果通常重复性差,无法确定最佳的铁掺杂量。本文从第一性原理出发,通过对原子结构的密度泛函理论DFT计算,得到不同铁掺杂量下LMFP的晶格常数、形成能、脱/嵌锂电位、扩散势垒和能带结构等参数,方法可靠。通过对以上参数的对比分析,确定了最佳铁掺杂量范围。结果表明:最佳铁掺杂量x取值范围在0.2~0.4之间,此时LMFP的结构稳定性最好,同时又可以保持较高的能量密度。磷酸铁锂(LiFePO_(4), LFP)和LMFP不易形成完全固溶体;LFP的扩散势垒最低,为0.506 eV,说明在LFP中掺杂锰增加了锂离子的扩散难度。同时计算得到的结构参数也为LMFP后续的实验研究提供了有力的微观结构理论依据。 展开更多
关键词 磷酸锰铁锂 正极材料 第一性原理 形成能 扩散势垒 带隙
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锆掺杂以提升LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高温电化学性能 被引量:11
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作者 杨祖光 滑纬博 +4 位作者 张军 陈九华 何凤荣 钟本和 郭孝东 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1056-1061,共6页
为解决LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料在高温下循环性能差的问题,本文通过固相法对材料进行锆掺杂改性,研究了不同掺杂量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2晶体结构和电化学性能的影响。研究表明,当锆掺杂量为1%(x)时,可以降低Li... 为解决LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料在高温下循环性能差的问题,本文通过固相法对材料进行锆掺杂改性,研究了不同掺杂量对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2晶体结构和电化学性能的影响。研究表明,当锆掺杂量为1%(x)时,可以降低LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2结构中的Li+/Ni2+离子混排,有助于材料电化学性能的提高,尤其是高温循环性能。在25°C、3.0-4.3 V下,Li(Ni_(0.5)Co_(0.2_Mn_(0.3)_(0.99)Zr_(0.01)O_2在1C循环95次后容量保持率为92.13%,优于未掺杂样品(87.61%)。在55°C下,Li(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)_(0.99)Zr_(0.01)O_2在1C循环115次后容量保持率仍有82.96%,远高于未掺杂样品(67.63%)。因此,少量锆掺杂对提升LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的高温循环性能有积极作用。 展开更多
关键词 锂离子电池 正极材料 LI Ni0.5Co0.2Mn0.3O2 锆掺杂 高温循环性能
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电极结构对(NCM+AC)/HC混合型电容器电性能的影响 被引量:2
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作者 何凤荣 张啟文 +2 位作者 郭德超 郭义敏 郭孝东 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2051-2058,共8页
混合型电容器是一种介于锂二次电池和超级电容器之间的一种新型储能器件,在电化学储能领域有非常广泛的应用。混合型电容器的电极材料包括锂二次电池电极材料和超级电容器电极材料,在混合电容器内部形成“交叉结构”。本工作分别采用干... 混合型电容器是一种介于锂二次电池和超级电容器之间的一种新型储能器件,在电化学储能领域有非常广泛的应用。混合型电容器的电极材料包括锂二次电池电极材料和超级电容器电极材料,在混合电容器内部形成“交叉结构”。本工作分别采用干法和湿法工艺制备出(NCM+AC)混合型正极片和硬碳负极片,并装配成064060软包混合型电容器。本工作系统分析了两种电极结构的特点及其对软包混合型电容器性能的影响。实验结果表明,干法电极内部含有丰富的PTFE纤维结构,原材料颗粒之间接触更为紧密。在相同厚度下,干法电极的活性物质负载量更大,电极体积密度大、欧姆电阻及极化电阻均较小。在相同体积的软包产品内,干法电极产品的容量、能量密度较湿法电极产品均提高20%以上。在正负极面密度比及N/P放电容量比均相同的条件下,干法电极产品在高低温性能、循环性能、倍率性能及高温负荷性能方面均优于湿法电极产品。干法电极制备工艺不使用任何溶剂,绿色环保,节省成本,PTFE纤维可以牢固地兜住NCM和AC,有助于在混合型电容器电极制备中推广应用。 展开更多
关键词 混合型电容器 干法电极 湿法电极 能量密度 极化电阻
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锂离子电池用无溶剂干法电极的制备及其性能研究 被引量:16
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作者 郭德超 郭义敏 +2 位作者 张啟文 慈祥云 何凤荣 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1311-1316,共6页
采用无溶剂电极制备技术成功制备了锂离子电池用LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)干法电极片,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对干法电极片的形貌和元素分布进行了分析测试,通过倍率充放电、交流阻抗、循环充放电等测试手段... 采用无溶剂电极制备技术成功制备了锂离子电池用LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)干法电极片,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对干法电极片的形貌和元素分布进行了分析测试,通过倍率充放电、交流阻抗、循环充放电等测试手段研究了干法电极片的电化学性能。结果表明:纤维状PTFE广泛地分布在LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)活性物质颗粒的周围,在干法电极内部形成了一个致密、完整、柔性的网状黏结剂结构;电极循环500圈后,容量保持率为94.89%,循环性能明显优于传统的湿法涂布电极。500圈循环后的电极片内部仍保持着稳定的网状黏结剂结构,LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)活性物质颗粒表面的裂隙显著少于湿法涂布电极,表明由PTFE纤维构成的三维网络结构能够有效地改善电极片的抗劣化性能。由于干法电极技术在制备过程中不使用任何溶剂,有减少原材料、降低能耗、环境友好的优点,且该技术支持制备厚电极进而能够提高锂离子电池的能量密度,具有较强的实际应用价值。 展开更多
关键词 无溶剂干法电极 自支撑膜 PTFE纤维化 锂离子电池
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电极结构对锂离子电容器电性能的影响 被引量:5
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作者 郭义敏 郭德超 +2 位作者 张啟文 龙超 何凤荣 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2106-2111,共6页
分别采用干法和湿法涂布工艺制备出活性炭正极和石墨负极,制作成066090型软包锂离子电容器(LIC)单体。采用恒流充放电嵌锂法对负极进行预锂化,理论嵌锂深度为85%。通过扫描电子显微镜(SEM)、剥离强度、电性能测试等表征方法,分析了干法... 分别采用干法和湿法涂布工艺制备出活性炭正极和石墨负极,制作成066090型软包锂离子电容器(LIC)单体。采用恒流充放电嵌锂法对负极进行预锂化,理论嵌锂深度为85%。通过扫描电子显微镜(SEM)、剥离强度、电性能测试等表征方法,分析了干法和湿法涂布工艺对电极结构和形貌、黏结性能及电性能的影响。阐述了电极结构对软包LIC容量、内阻、耐久性、循环性能和低温性能的影响。结果表明,干法电极内有充分的黏结剂纤维结构,碳颗粒的接触紧密。干法电极的体积密度相比湿法涂布电极提高了8%以上,其剥离强度比湿法电极高50%以上。正极面密度/负极面密度为1时,在2.2~3.8 V的电压区间内,用干法电极组装的软包LIC的初始容量和内阻分别为645 F和25.5 mΩ,均高于用湿法电极组装的同类产品。用干法电极组装的软包LIC经1000 h耐久性测试后容量保持97%以上,经10万次循环充放电后容量保持88%,在-30℃下容量保持76%,均优于用湿法电极组装的同类产品。 展开更多
关键词 锂离子电容器 贯穿箔 预锂化 干法电极
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3D集流体在锂金属电池中的应用研究进展
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作者 余雷 王瑞娟 +1 位作者 田俐 阳立 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第6期1086-1099,共14页
锂金属凭借其质量比容量高、电极电位低,有望成为新一代高能电池体系最有潜力的负极材料之一。然而,在循环过程中不可控的锂枝晶生长、死锂的形成,以及体积膨胀等问题,不仅会降低电池循环过程中的稳定性,甚至引发安全隐患,严重限制了锂... 锂金属凭借其质量比容量高、电极电位低,有望成为新一代高能电池体系最有潜力的负极材料之一。然而,在循环过程中不可控的锂枝晶生长、死锂的形成,以及体积膨胀等问题,不仅会降低电池循环过程中的稳定性,甚至引发安全隐患,严重限制了锂金属负极的实际应用。3D集流体在缓解/抑制锂金属负极在循环过程中的体积变化、延缓锂枝晶生长、降低局部电流密度,以及提高库仑效率等方面起着重要作用。然而,在实际过程中,单纯的3D集流体使用性能并不理想,需要对其进一步改性。本文从表面改性(表面包覆、表面掺杂、表面化学处理)和梯度化设计出发,综述了3D集流体在锂金属电池中的应用研究进展,并详细分析了其对锂金属电池的性能影响,最后进行了总结和展望。 展开更多
关键词 锂金属电池 3D集流体 表面改性 梯度化设计 掺杂
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