退役三元锂离子电池正极材料高效清洁回收技术研究进展 被引量：20

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作者 王皓逸 邹昱凌 +3 位作者 孟奇 夏广辉 林艳 张英杰 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第6期1158-1169,共12页

锂离子电池因其能量密度高、循环性能好、自放电低等优势在各个领域得到了广泛的应用。近年来,退役三元锂离子电池数量急剧增长,从保护环境和节约资源的角度来看,开展退役锂离子电池回收再生工艺研究是必要的。本文综述了退役三元锂离... 锂离子电池因其能量密度高、循环性能好、自放电低等优势在各个领域得到了广泛的应用。近年来,退役三元锂离子电池数量急剧增长,从保护环境和节约资源的角度来看,开展退役锂离子电池回收再生工艺研究是必要的。本文综述了退役三元锂离子电池回收再生技术的研究现状,指出对衰减程度不同的锂电池正极材料需采取灵活的梯级回收工艺路线,并详细介绍了退役锂电池正极材料的湿法冶金回收工艺和物理法修复再生技术,分析了它们的优缺点和存在的技术难点。最后,展望了退役锂离子电池回收利用的前景和发展方向。 展开更多

关键词 退役锂离子电池 三元正极材料 回收再生 湿法冶金 物理修复

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废旧三元锂离子电池回收技术研究新进展 被引量：36

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作者 张英杰 宁培超 +3 位作者 杨轩 董鹏 林艳 孟奇 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2828-2840,共13页

随着锂离子电池产业的发展,退役三元锂离子电池带来的环境污染和资源浪费问题日益严重。数量庞大的废旧三元锂电池材料蕴含丰富的锂、镍、钴等有价元素,潜在资源量巨大,回收经济价值高,系统地开展废旧三元锂电池材料的回收及再生技术,... 随着锂离子电池产业的发展,退役三元锂离子电池带来的环境污染和资源浪费问题日益严重。数量庞大的废旧三元锂电池材料蕴含丰富的锂、镍、钴等有价元素,潜在资源量巨大,回收经济价值高,系统地开展废旧三元锂电池材料的回收及再生技术,将有助于防治废旧电池污染、缓解镍钴锂资源短缺压力,促进我国锂电池产业的良性发展。本文介绍了废旧三元锂离子电池中正极、负极材料、电解液回收的研究现状,主要包括正极材料的预处理、酸浸、碱浸出与材料再生、石墨和铜箔回收、电解液回收,着重介绍现阶段材料的制备方法和工艺,简要比较了各种工艺路线的优缺点,探讨了当前废旧三元锂离子电池回收存在的关键共性问题,并提出绿色环保、短流程、低成本、自动化的废旧三元锂离子电池回收利用发展思路。 展开更多

关键词 废旧锂离子电池 三元正极材料 回收 选择性 再生

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废旧三元动力锂离子电池正极材料回收的研究进展 被引量：32

3

作者 郝涛 张英杰 +4 位作者 董鹏 梁风 段建国 孟奇 许斌 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期2450-2456,共7页

锂离子电池以具有比容量高、自放电小、寿命长等优点可广泛应用于移动电子产品、新能源汽车、储能、军事等领域,其中,三元动力锂离子电池需求量与产量逐年增加,这势必带来废旧三元动力锂电池的爆发式产生。废旧三元动力锂离子电池含有... 锂离子电池以具有比容量高、自放电小、寿命长等优点可广泛应用于移动电子产品、新能源汽车、储能、军事等领域,其中,三元动力锂离子电池需求量与产量逐年增加,这势必带来废旧三元动力锂电池的爆发式产生。废旧三元动力锂离子电池含有丰富有价金属资源,同时会污染环境,为此,废旧三元动力锂离子电池的回收具有资源、经济和社会等多重效益。本文概述了废旧三元动力锂离子电池正极材料的回收研究现状,主要包括预处理、浸出、深处理等过程,并对比介绍了各过程中主要方法及其优缺点,现阶段的研究重点在于有价金属离子的分离和正极材料的再合成,最后,展望了废旧三元动力锂离子电池正极材料的回收应朝着工艺简单、低成本、绿色环保的方向发展。 展开更多

关键词 废旧锂离子电池 正极材料 浸出 分离 再合成

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碳基功能材料的制备及其在锂空气电池中的应用

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作者 吴刚 张英杰 +4 位作者 章艳佳 董鹏 李雪 肖杰 曾晓苑 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2019年第5期1395-1400,共6页

碳材料的研究开发是电化学能源存储技术发展和应用的关键之一,新型碳材料具有原料丰富、成本低廉、比表面积大、导电性优异、化学性能稳定等优点,被广泛地应用于诸如环境修复、电化学及生物医学等领域,备受国内外专家、学者的关注。综... 碳材料的研究开发是电化学能源存储技术发展和应用的关键之一,新型碳材料具有原料丰富、成本低廉、比表面积大、导电性优异、化学性能稳定等优点,被广泛地应用于诸如环境修复、电化学及生物医学等领域,备受国内外专家、学者的关注。综述了碳基功能材料在锂空气电池中的发展历程,针对碳材料的两种典型代表石墨烯和生物质衍生碳的制备及改性研究进行了详细介绍。讨论了石墨烯的元素掺杂改性,并阐述了金属及金属氧化物负载对锂空气电池的性能提升;探讨生物质衍生碳具有N、P、S等元素的自掺杂效应及其结构的纳米化和优化制备工艺对催化性能的影响。分别对两种碳材料的优势进行了分析,对面临的挑战进行了总结。 展开更多

关键词 石墨烯 生物质衍生碳 锂空气电池

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废旧锂离子电池中钴、锂的回收研究进展 被引量：26

5

作者 孟奇 张英杰 +1 位作者 董鹏 梁风 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期3485-3491,共7页

随着锂离子电池产业发展,废旧锂离子电池所带来的环境及资源问题日益突出,废旧锂离子电池中有价金属的资源化、无害化处理逐渐成为国内外的研究热点。为实现废旧锂离子电池中钴、锂资源绿色高效回收,本文介绍了废旧锂离子电池中有价金... 随着锂离子电池产业发展,废旧锂离子电池所带来的环境及资源问题日益突出,废旧锂离子电池中有价金属的资源化、无害化处理逐渐成为国内外的研究热点。为实现废旧锂离子电池中钴、锂资源绿色高效回收,本文介绍了废旧锂离子电池中有价金属回收的研究现状,主要包括预处理、正极材料处理、浸出液回收等环节,着重评述了各环节中新方法及工艺,简要对比了各方法及工艺的优缺点。现阶段研究主要集中于湿法浸出回收工艺,酸-还原剂为典型浸出模型,而动力学控制、离子转移路径等机理方面欠缺。最后展望了今后废旧锂离子电池中钴、锂资源回收研究方向,下一步主要是朝着有机酸浸-沉淀获得优质产品方向发展,需着重强化浸出效率、提升沉淀指标、简化工艺条件,以利于产业化推广。 展开更多

关键词 废旧锂离子电池 钴 锂 回收 再生

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废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收研究现状 被引量：27

6

作者 张英杰 许斌 +4 位作者 梁风 段建国 孟奇 郝涛 董鹏 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2019年第5期800-808,共9页

锂离子电池(LIBs)具有放电电压高、循环寿命长和无记忆效应等优点,广泛地应用于便携式电子设备、电动汽车、电化学储能等方面。电动汽车的快速发展带动了动力电池的爆发式增长,而磷酸铁锂电池(LFPBs)以其良好的安全性、成本低、无毒等优... 锂离子电池(LIBs)具有放电电压高、循环寿命长和无记忆效应等优点,广泛地应用于便携式电子设备、电动汽车、电化学储能等方面。电动汽车的快速发展带动了动力电池的爆发式增长,而磷酸铁锂电池(LFPBs)以其良好的安全性、成本低、无毒等优点,占据大量的市场份额。随之,废旧磷酸铁锂电池报废量也逐年增加,若不及时进行处理则会污染环境,浪费大量的金属资源。本文概述了废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收方法,主要包括固相法、酸浸-沉淀法等,对比了诸方法的优缺点;并汇总了预处理、酸浸过程、再生磷酸铁锂(LFP)过程的条件及再生磷酸铁锂电化学性能;提出了废旧磷酸铁锂电池回收中存在的问题,且展望了废旧磷酸铁锂电池回收朝着自动化、绿色环保、低成本的方向发展。 展开更多

关键词 废旧锂离子电池 磷酸铁锂 回收 固相法 酸浸

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生物质衍生碳材料的制备及其在新型电池中的应用 被引量：5

7

作者 张英杰 吴刚 +3 位作者 吴昊 董鹏 李雪 曾晓苑 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期30-35,67,共7页

生物质衍生碳材料由于其可再生性、低成本、良好的导电性和稳定性等优异性能而被广泛应用于储能领域。综述了生物质衍生碳材料的常用制备方法(热解法、活化法、水热法等),以及经过修饰的生物质衍生碳(杂原子掺杂、贵金属负载)在锂空气... 生物质衍生碳材料由于其可再生性、低成本、良好的导电性和稳定性等优异性能而被广泛应用于储能领域。综述了生物质衍生碳材料的常用制备方法(热解法、活化法、水热法等),以及经过修饰的生物质衍生碳(杂原子掺杂、贵金属负载)在锂空气电池、钠离子电池和锂硫电池中的最新进展,探讨了生物质衍生碳在新型电池中应用所存在的挑战和未来发展方向。 展开更多

关键词 生物质衍生碳 锂空气电池 钠离子电池 锂硫电池

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钠离子电池Sb基负极材料的研究进展 被引量：3

8

作者 张英杰 张举峰 +3 位作者 段建国 任婷 董鹏 王丁 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期11106-11113,共8页

作为钠离子电池负极材料的一种,Sb基负极材料拥有比碳材料更高的理论比容量和低成本的优势,极具商业化应用前景,受到研究者们的密切关注。尽管Sb金属单质具有安全性能好、合成方便等诸多优点,但该电极材料在反复充放电过程中存在以下问... 作为钠离子电池负极材料的一种,Sb基负极材料拥有比碳材料更高的理论比容量和低成本的优势,极具商业化应用前景,受到研究者们的密切关注。尽管Sb金属单质具有安全性能好、合成方便等诸多优点,但该电极材料在反复充放电过程中存在以下问题:(1)较大的体积膨胀,极易引起钠离子的不可逆脱嵌,从而导致充放电效率较低;(2)晶体结构易坍塌,材料粉化严重,从而造成电极材料长周期循环稳定性差,容量大幅衰减。研究者们通过调控Sb金属单质的粒径、形貌和结构等手段,显著改善了其电化学性能。即便如此,仍然无法有效解决Sb金属单质在循环过程中因体积膨胀造成的充放电效率低和容量迅速衰减的问题。为了解决这一问题,人们设计开发了Sb/C复合材料以及Sb基化合物材料。Sb/C复合材料利用碳材料良好的柔韧性、优异的导电性以及形貌和结构皆可调控等优势,在一定程度上改善了改性后电极材料的循环性能。Sb合金材料是由活性金属Sb和其他活性金属或非活性金属合金化而成,体积效应得到抑制,放电容量提高。Sb氧化物和Sb硫化物等Sb的非金属化合物材料反应机理为合金化反应和转化反应机理共存,均可贡献容量,因而此类材料具有较高的比容量。为同时达到改善材料结构性能和抑制体积膨胀的目的,可通过构筑结构较为复杂但电化学性能优异的Sb的其他复合物材料。本文对比分析了不同Sb基材料的储钠机理、性能特点、存在的问题以及电化学性能的优化方法。同时指出单一的改性方法并不能显著提升材料的性能,而结构优化、合金成分控制以及优选还原剂、粘结剂和电解质添加剂等多元改性工艺的综合设计,可以更有效地改善Sb基负极材料的电化学性能,最后提出现阶段Sb基材料作为钠离子电池负极材料所面临的挑战及未来商业化应用前景。 展开更多

关键词 钠离子电池 负极材料 Sb基 改性方法

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掺杂碳材料在锂空气电池中的应用研究进展 被引量：3

9

作者 张英杰 章艳佳 +3 位作者 曾晓苑 李雪 朱子翼 董鹏 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期1047-1053,共7页

锂空气电池具有理论能量密度高、成本低廉、环境友好等优点,受到学者们的广泛关注。本文首先介绍了锂空气电池的分类,并阐述了非水系锂空气电池的工作原理,回顾了传统碳材料和新型碳材料作为催化剂在锂空气电池中的应用,指出了纯碳材料... 锂空气电池具有理论能量密度高、成本低廉、环境友好等优点,受到学者们的广泛关注。本文首先介绍了锂空气电池的分类,并阐述了非水系锂空气电池的工作原理,回顾了传统碳材料和新型碳材料作为催化剂在锂空气电池中的应用,指出了纯碳材料的优势和不足,综述了杂元素(N、P、S等)的引入对碳材料催化性能的优化。重点讨论了N元素掺杂对氧还原反应的促进作用,强调了金属或金属氧化物的负载有利于氧析出反应,从而构建具有双功能的阴极催化剂。并简要介绍了具有金属-有机骨架等空间结构的新型材料在锂空气电池中的应用,就锂空气电池的发展前景进行了展望。 展开更多

关键词 锂空气电池 催化剂 纳米材料 掺杂

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锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展 被引量：1

10

作者 顾洋 王朕 +2 位作者 吴宏坤 肖杰 曾晓苑 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第6期1170-1179,共10页

可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO2和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步,但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中,在充放电机理方面的研究,虽然取得了显著的成就,但仍存在一些争议。目前,大部... 可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO2和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步,但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中,在充放电机理方面的研究,虽然取得了显著的成就,但仍存在一些争议。目前,大部分的锂-二氧化碳电池研究在提高电池性能方面,主要针对的是阴极催化剂的制备,例如,碳基催化剂、贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、可溶性催化剂等。上述催化剂虽显著提高了电池性能,但少有同时满足价格低廉、制备方法简单和催化性能优异等优点的催化剂,这也是限制锂-二氧化碳电池走向实际应用的因素之一。由于锂-二氧化碳电池属于半开放式系统,液态电解液存在泄露、蒸发和锂枝晶等问题,导致电池的安全性和性能的降低。采用准固态电解质可有效解决上述问题,并为柔性可穿戴锂-二氧化碳电池的实现提供了可能。本文归纳了锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展,分别对锂-二氧化碳电池的充放电机理、阴极催化剂、准固态电解质和阳极锂保护四部分进行了介绍,对其发展的现状和面临的挑战以及未来发展的趋势作出了归纳和总结。为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。 展开更多

关键词 锂-二氧化碳电池 阴极催化剂 固态电解质 阳极锂保护 电池性能

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碳材料在锂-氧气/锂-二氧化碳电池中的应用综述

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作者 顾洋 王朕 +2 位作者 吴宏坤 李雪 曾晓苑 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期52-56,89,共6页

综述了碳材料在锂-氧气电池和锂-二氧化碳电池中的应用,包括商业碳材料、碳纳米材料、杂原子修饰的碳材料、金属及其氧化物修饰的碳材料和生物质衍生碳材料,系统归纳了采用碳材料作为空气阴极的锂-氧气电池和锂-二氧化碳电池性能提升的... 综述了碳材料在锂-氧气电池和锂-二氧化碳电池中的应用,包括商业碳材料、碳纳米材料、杂原子修饰的碳材料、金属及其氧化物修饰的碳材料和生物质衍生碳材料,系统归纳了采用碳材料作为空气阴极的锂-氧气电池和锂-二氧化碳电池性能提升的原因,为未来设计高性能的锂-氧气和锂-二氧化碳电池用碳材料提供了指导。 展开更多

关键词 碳材料 空气阴极 锂-氧气电池 锂-二氧化碳电池

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新一代储能钠离子电池正极材料的改性研究进展 被引量：8

12

作者 朱子翼 董鹏 +5 位作者 张举峰 黎永泰 肖杰 曾晓苑 李雪 张英杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1043-1056,共14页

近年来,原料广泛、成本低廉的钠离子电池被公认为新一代综合效能优异的储能电池系统,但较低的能量密度和有限的循环寿命仍然是阻碍其商业化应用的主要挑战。借鉴锂离子电池的开发经验,合理的改性工艺已被证实可以明显提高钠离子电池的... 近年来,原料广泛、成本低廉的钠离子电池被公认为新一代综合效能优异的储能电池系统,但较低的能量密度和有限的循环寿命仍然是阻碍其商业化应用的主要挑战。借鉴锂离子电池的开发经验,合理的改性工艺已被证实可以明显提高钠离子电池的电化学性能,尤其是在已建立的正极体系中。本文分析了过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物以及有机化合物等钠离子电池正极材料的结构、性能特点,并系统综述了粒径纳米化、表面包覆、元素掺杂等多类改性方法的最新研究成果。未来的研发和设计中,改进合成工艺控制粒径、拓宽包覆物质种类、梯度掺杂协同元素以及寻找不同结构特征的钠离子电池正极材料是研究重点。 展开更多

关键词 钠离子电池 正极材料 过渡金属氧化物 聚阴离子化合物 普鲁士蓝类化合物 有机化合物

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钠离子电池金属硫化物负极材料的研究进展 被引量：6

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作者 夏广辉 王丁 +3 位作者 李雪豹 董鹏 张英杰 王皓逸 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期13041-13051,共11页

由于全球有限的锂资源无法满足巨大的能源市场需求,而钠元素与锂元素处于同一主族,其性质相似,且钠具有资源丰富以及成本低等优势,使得钠离子电池有望成为极具发展前景的储能装置。但是,钠离子电池存在以下劣势:(1)钠元素的相对分子质... 由于全球有限的锂资源无法满足巨大的能源市场需求,而钠元素与锂元素处于同一主族,其性质相似,且钠具有资源丰富以及成本低等优势,使得钠离子电池有望成为极具发展前景的储能装置。但是,钠离子电池存在以下劣势:(1)钠元素的相对分子质量大于锂元素,致使其理论能量密度低于锂离子电池;(2)钠离子半径大于锂,充放电过程中钠离子脱嵌困难。因此,电极材料的合理设计与高效合成是提升钠离子电池性能和降低成本的关键。目前,钠离子电池的研究进展较快并取得了一定的成果,研究热点主要集中在钠离子嵌入机理、电池能量密度提升、循环性能改善等方面。金属硫化物种类丰富,具有相对较高的理论比容量和能量密度,适合用作储能钠离子电池负极材料。但金属硫化物自身存在导电性差、体积膨胀剧烈、首次库伦效率低、钠离子扩散缓慢等缺点,同时电池的性能又取决于电极材料的形貌、结构和颗粒尺寸等。因此,需对材料进行一系列结构调控以及相应机理研究来提高其电化学性能。本文主要从纳米形貌调控和材料复合两个方面对金属硫化物最新的研究进展进行综合概述,并对钠离子电池金属硫化物负极材料的未来发展方向进行了评述及展望。 展开更多

关键词 钠离子电池 负极材料 金属硫化物 纳米化结构调控 材料复合

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废旧磷酸铁锂电池正极材料固相法再生研究进展 被引量：7

14

作者 刘佩文 董鹏 +2 位作者 孟奇 杨轩 周思源 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期6-8,14,共4页

新能源汽车的发展带动了锂离子动力电池产销量的增长,其中磷酸铁锂电池(LFPBs)占有较大的市场份额。由于锂离子电池寿命有限,废旧LFPBs数量逐年增加,其含有丰富的金属资源,也存在环境危害,因此开展废旧LFPBs回收研究具有经济效益和环境... 新能源汽车的发展带动了锂离子动力电池产销量的增长,其中磷酸铁锂电池(LFPBs)占有较大的市场份额。由于锂离子电池寿命有限,废旧LFPBs数量逐年增加,其含有丰富的金属资源,也存在环境危害,因此开展废旧LFPBs回收研究具有经济效益和环境效益。固相法再生是废旧LFPBs回收的主流方案,为此综述了废旧LFPBs固相法再生的方法,包括无氧化预处理再生和氧化预处理再生,并对比了各种方法的优缺点。无氧化预处理再生法可制备具有良好晶型的正极材料;氧化预处理再生法可控制再生正极材料的含碳量,有助于进一步提升LFPBs的电化学性能。 展开更多

关键词 废旧磷酸铁锂 正极材料 再生 固相法

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石墨烯基贵金属催化剂的制备及其对锂-氧气电池性能的影响 被引量：1

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作者 曾晓苑 张英杰 +1 位作者 李雪 董鹏 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期50-56,共7页

锂-氧气电池作为一种拥有超高理论比能量密度的新型电池体系,在电动汽车领域具有良好的应用前景。通过改进的Hummers法和热膨胀法制备还原氧化石墨烯,再由浸渍还原法分别负载不同的贵金属Ru、Ir、Au、Ag,研究石墨烯基不同贵金属催化剂对... 锂-氧气电池作为一种拥有超高理论比能量密度的新型电池体系,在电动汽车领域具有良好的应用前景。通过改进的Hummers法和热膨胀法制备还原氧化石墨烯,再由浸渍还原法分别负载不同的贵金属Ru、Ir、Au、Ag,研究石墨烯基不同贵金属催化剂对锂-氧气电池性能的影响作用。研究结果表明,具有较高氧析出催化活性的Ru/RGO和Ir/RGO催化剂的锂-氧气电池的可逆性能与充放电循环稳定性优于采用Ag/RGO和Au/RGO催化剂的锂/氧气电池。 展开更多

关键词 还原氧化石墨烯 贵金属 催化剂 浸渍还原法 锂-氧气电池

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钠离子电池碳基负极材料的研究进展 被引量：10

16

作者 张英杰 朱子翼 +6 位作者 董鹏 赵少博 章艳佳 杨成云 杨城沣 韦克毅 李雪 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期4106-4115,共10页

电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非... 电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非石墨类碳基负极材料的分类和掺杂改性研究进行了详细介绍。石墨类材料有石墨和石墨烯,非石墨类材料有软碳和硬碳;元素掺杂改性主要是以N和S为主,并分别阐述了各种碳基负极材料的电化学性能及可能的充放电机理。分析了目前碳基负极材料面临着首次库仑效率较低、电压滞后现象严重、循环稳定性能不佳等问题,未来的发展方向主要是增大碳基负极材料的碳层间距、结构的纳米化以及优化制备工艺,以确保循环稳定性及倍率性能的优异性。 展开更多

关键词 钠离子电池 碳基负极材料 掺杂改性 电化学性能 充放电机理

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高性能钠离子电池负极材料的研究进展 被引量：7

17

作者 朱子翼 张英杰 +7 位作者 董鹏 孟奇 曾晓苑 章艳佳 吉金梅 和秋谷 黎永泰 李雪 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期2222-2232,共11页

负极材料的研究是钠离子电池实现商业化生产的关键要素之一,近年来已经取得了突破性进展。但是较大半径的钠离子在嵌/脱过程中对负极材料结构的影响非常大,进而导致可逆容量迅速降低。本文系统综述了钠离子电池负极材料的最新研究成果,... 负极材料的研究是钠离子电池实现商业化生产的关键要素之一,近年来已经取得了突破性进展。但是较大半径的钠离子在嵌/脱过程中对负极材料结构的影响非常大,进而导致可逆容量迅速降低。本文系统综述了钠离子电池负极材料的最新研究成果,阐述了碳基材料、钛基化合物、合金材料、金属化合物和有机化合物5类负极材料的制备工艺,并分析了这些材料的性能特点:碳基材料的研发技术成熟,但比容量和倍率性能有待提高;钛基化合物的结构性能良好,倍率性能出色,但存在比容量较低的缺点;合金材料和金属化合物都具有较高的理论比容量,但循环性能较差;有机化合物的研发尚处于起步阶段,有待深入研究。基于现有的研究基础,总结了材料的改性方法和取得的效果,并展望了钠离子电池负极材料的研究方向,分析指出表面碳包覆可以提升材料的电子传导性,纳米结构可以缩短钠离子的传输途径,多孔形貌有利于电解质对材料的浸润,而元素掺杂可以提升材料的反应活性,最终获得高性能钠离子电池负极材料。 展开更多

关键词 碳基材料 钛基化合物 合金材料 金属化合物 有机化合物

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喷雾干燥-固相煅烧法制备球形钛酸锂负极材料的研究

18

作者 冯谦 张英杰 +1 位作者 董鹏 李雪 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2019年第12期2278-2283,2307,共7页

通过喷雾干燥-固相煅烧法制备了球形钛酸锂。不同于传统喷雾干燥工艺采用固态钛源进行制备,本文采用的前驱体是锂盐,分散剂和钛酸四丁酯制备出的硝酸氧钛的混合溶液。由于制备方法中前驱体为原子级均匀分布,化学计量比可精确控制,制备... 通过喷雾干燥-固相煅烧法制备了球形钛酸锂。不同于传统喷雾干燥工艺采用固态钛源进行制备,本文采用的前驱体是锂盐,分散剂和钛酸四丁酯制备出的硝酸氧钛的混合溶液。由于制备方法中前驱体为原子级均匀分布,化学计量比可精确控制,制备出的材料颗粒细小,粒径、成分分布均匀,电化学性能优异。同时研究了不同锂钛摩尔比以及煅烧温度对球形钛酸锂的形貌和成分的影响,并研究了其作为锂离子电池电极材料的电化学性能。结果表明,锂钛摩尔比为0.816,煅烧温度为800℃时钛酸锂的电化学性能最好,首圈容量185.1 mAh/g,30圈后容量为173.9 mAh/g,循环100圈后还有169.7 mAh/g的容量。 展开更多

关键词 球形 喷雾干燥-固相煅烧 钛酸锂 锂离子电池

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直接碳固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展 被引量：6

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作者 张英杰 吴昊 +3 位作者 曾晓苑 李雪 董鹏 肖杰 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期90-98,共9页

如今,世界能源与环境问题日益严峻,其中煤炭、石油等化石燃料的粗放利用是一个很重要的原因,开发一种高效、清洁的煤炭利用技术已经迫在眉睫。直接碳固体氧化物燃料电池(Direct carbon solid oxide fuel cell,DC-SOFC)作为全固态的能量... 如今,世界能源与环境问题日益严峻,其中煤炭、石油等化石燃料的粗放利用是一个很重要的原因,开发一种高效、清洁的煤炭利用技术已经迫在眉睫。直接碳固体氧化物燃料电池(Direct carbon solid oxide fuel cell,DC-SOFC)作为全固态的能量转换装置,可以直接采用固体碳作为燃料,将化学能直接转化为电能,理论上其能量转化效率接近100%。这种全固态的结构可以有效地避免液态金属阳极DCFC和复合电解质型DCFC电解液泄漏、腐蚀和由空气中的二氧化碳引起的电池性能衰减等问题。随着SOFC电池技术的迅速发展,DC-SOFC技术受到了越来越多研究者的关注,并有望成为新一代清洁能源技术。然而,由于采用固体电解质和固体碳燃料,DC-SOFC阳极反应过程复杂且影响因素众多,不同的阳极材料在性能上有着不同的表现。对此,国内外研究者为解释其阳极反应机理做了大量的工作,且不断尝试将各种新型材料用作DC-SOFC的阳极,并取得了一定的成果,对其阳极反应机理做出了合理的推断,在充分发挥DC-SOFC安全性和稳定性的同时大幅提升了其输出性能。目前,对于DC-SOFC的阳极机理,根据电池中碳燃料引入形式的不同,产生了两种不同的理论,且均有合理的实验数据支撑。而已经报道的DC-SOFC阳极材料除了最早的贵金属Pt阳极材料以外,主要有以Ni-YSZ为代表的Ni基复合金属陶瓷阳极材料、以Cu-Ni-YSZ为代表的Cu基复合金属陶瓷阳极材料、以Ag-GDC为代表的Ag基复合金属陶瓷阳极材料及以LST或LSCT为代表的混合离子和电子导体阳极材料(MIECs)。大量研究表明,在金属陶瓷阳极中加入Fe、Sn等具有催化功能的元素能有效增加电池的输出功率,提高燃料的利用效率。这些材料虽然在输出性能上表现不一,但是均存在各自的优势,为DC-SOFC的研究提供了不同的思路。此外,以现有材料为基础,对阳极结构进行优化,进一步提升电池的输出性能,也为未来的阳极材料研究提供了新的方向。本文系统地总结并分析了DC-SOFC阳极结构特性、反应机理以及各类不同阳极材料的最新研究进展,展望了直接碳固体氧化物燃料电池阳极材料的未来发展方向,以期为DC-SOFC阳极材料的高效研究提供有价值的参考。 展开更多

关键词 直接碳固体氧化物燃料电池 阳极材料 复合金属陶瓷材料 混合离子和电子导体

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硅/碳纳米管/碳复合材料的制备及其电化学性能研究 被引量：2

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作者 孟奇 张英杰 +2 位作者 董鹏 张义永 李坤 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期101-105,114,共6页

硅负极材料具有高理论比容量和较低锂化电位,被认为是最有应用潜力的锂离子电池负极材料之一。但硅负极材料导电性差、体积效应显著,因此其商业化应用受到限制。选用具有高导电性、高机械强度的多壁碳纳米管,利用简便、易操作的球磨方... 硅负极材料具有高理论比容量和较低锂化电位,被认为是最有应用潜力的锂离子电池负极材料之一。但硅负极材料导电性差、体积效应显著,因此其商业化应用受到限制。选用具有高导电性、高机械强度的多壁碳纳米管,利用简便、易操作的球磨方法制备了具有三维导电网络的硅/碳纳米管/碳复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电池测试系统对复合材料的微观形貌、结构及电化学性能进行了分析和测试。结果表明,硅/碳纳米管/碳复合材料中球磨纳米硅分布均匀,具有稳定的导电网络并表现出优异的电化学性能。因此,球磨法制备硅/碳纳米管/碳复合材料具有潜在的商业化应用价值。 展开更多

关键词 锂离子电池 硅负极 硅/碳纳米管/碳复合材料 球磨

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