锂离子电池用正极材料LiNi_(1-x)Co_xO_2的研究

采用高温固相法分别在空气和氧气气氛下合成锂离子电池正极材料LiNi1-xCoxO2 (x =1 ,0 .8,0 .5,0 .2 ,0 ) ,用X射线衍射 (XRD)测定晶格结构和晶胞参数 ,并用CR2 0 2 5扣式电池及 1 8650型电池对材料充放电性能进行测试。试验结果表明 ,随着LiNi1-xCoxO2 中钴含量增加 ,晶胞参数a和c值依次减小 ,晶胞体积收缩。同时烧结气氛对材料结构和电化学性能影响极大 ,氧气气氛有助于LiNi1-xCoxO2 (x >0 )的生成     

以LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2为正极的高功率锂离子蓄电池性能研究

对以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为正极的高功率锂离子蓄电池性能进行了实验研究。给出了试验的材料和内容。用扫描电镜观察三元活性材料的表面形貌,测定了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的氧化还原电位和比容量,以及ITP30单体性能。结果表明:三元材料的比容量达到170mA·h/g;在高功率放电的条件下放电终压曲线微降,2 154次循环后容量保有量为96.5%;大倍率放电条件下温度上升值也相对较小。     

小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术

小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求,现有的SAR卫星用电池难以满足需求,急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2, NCA)作为正极活性材料,高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料,显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量,保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸,控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体,额定容量20 Ah,1 C放电比能量达到180 Wh.kg^-1,且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%,15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg^-1,可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。     

硼粉热特性研究

为了研究硼粒子在不同气氛下热特性,采用TGA/DSC和高压DSC对晶体硼粉和无定形硼粉两种形态,在纯氮、纯氧、空气以及氧氮混合(1∶1)气氛和3种压强下进行热分析实验;利用Kissinger法和Ozawa法计算得到无定形硼在空气气氛下的动力学参数.试验结果表明,纯氮气氛下,无定形硼与氮气会发生反应,其反应速度缓慢,放热量小.无定形硼比晶体硼的氧化反应初始温度低,氧化反应更快且更完全.不同氧气浓度条件下,随着氧气浓度的提高,无定形硼反应起始温度提前,反应速率加快,反应更彻底.增加氧气压强,可降低初始反应温度,加快反应速率,提高反应放热量.最终计算得到无定形硼在空气气氛下的活化能E、指前因子A和反应速率常数K.     

高耐热氧化稳定性硅炔聚合物的制备与表征

以二甲基二氯硅烷(Me_2SiCl_2)、三氯乙烯(HClC=CCl_2)和正丁基锂(n-BuLi)为原料,通过偶联反应及LiAlH_4还原制备主链含有Si—C≡C的硅炔聚合物(PSA)。采用FT-IR和NMR对其结构进行表征,利用DSC与TGA分别探讨其固化行为及耐热性能;TGA测试表明,PSA树脂具有良好的耐热及热稳定性能,在氮气和空气气氛下T_(d5)(质量损失5%的温度)分别达到617℃和599℃,1 000℃时的质量保留率分别为86.6%和75.6%。通过XRD与Raman研究PSA的陶瓷化性能,陶瓷化性能结果表明,PSA结构中含有C≡C键,在固化过程中交联形成致密的三维网状结构,赋予PSA优异的耐热性能,且在1 600℃氩气气氛下得到高度结晶的SiC陶瓷。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

双重效应γ射线核电池的制备与性能研究

为提升核电池的电学输出性能,提出了利用γ射线结合辐致伏特和辐致光伏两种能量转换机制制备核电池的思路。基于γ射线、AlGaInP半导体PN结和ZnS:Cu荧光材料,制备了四级辐致伏特效应核电池(FRVB)和四级辐致伏特/光伏双重效应核电池(FDEB),研究了不同厚度荧光层所组成的双重效应核电池的电学性能。在X射线辐照下,测试结果显示5种不同厚度荧光层组成的并联结构双重效应核电池的最大输出功率分别为57.26,77.03,116.31,132.85,150.86 nW,性能均优于四级辐致伏特效应核电池。利用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP5,模拟计算了光子在四级双重效应核电池中的能量沉积,结果显示荧光层中沉积的能量很少,却显著提升了核电池的输出性能。研究表明:多级结构双重能量转化机制可有效提升核电池的电学性能,为提升核电池性能提供了一种新的研究思路。     

全浓度梯度高镍正极材料的可控制备及性能

针对全浓度梯度高镍正极材料批次一致性控制问题,采用Ni、Co、Mn三种溶液单独配制,各自通过程序精确控制流量进入反应釜的新思路和梯度降温烧结方式,实现可控制备。制备的全浓度梯度LiNi_(0.82)Co_(0.08)Mn_(0.10)O_2的0.1 C放电比容量为210.9 mAh/g,制作成的18650电池比能量为240 Wh/kg和669 Wh/L,具有较好的大电流充放电能力,适用于-20～55℃,1 000次循环后容量保持率为85.2%。高镍正极材料的浓度梯度化设计,显著提高了材料表面结构的稳定性,与商业化的高镍正极材料相比,在循环性能、倍率和安全性能等方面都具有明显优势。     

锂系热电池电化学体系性能比较

对不同电解质和正负极材料的锂系热电池电化学体系性能进行了比较。研究发现:三元全锂电解质(LiF-LiCl-LiBr)因离子电导率高,在工作温度超过450℃时放电性能明显优于其他电解质;CoS2内阻低,放电电压精度和实际利用率均优于FeS2;LiB合金理论电容量高、电极电位低,利用率可大于90%,远高于LiSi合金。     

镁硫电池硫硒化合物正极材料的研究

镁硫电池是较具发展潜力的新型电池,其与锂硫电池相比具有体积能量密度高、安全性好的优点,在航空航天领域具有良好的应用前景。作为正极材料,硫理论比容量高、价格便宜,但导电性能不佳;硒导电性好,但理论比容量较低、价格较贵。制备了兼具两者优点的硫硒化合物(硫硒摩尔比分别为15∶1、1∶1、1∶15),并与微孔碳复合,发现硫硒比为1∶1的硫硒化合物/微孔碳复合正极材料SSe/C表现出最高的循环比容量,在50 mA·g~(-1)电流密度下45次循环后仍然能具有400 mAh·g~(-1)以上的比容量。因此,硫硒化合物是一种较具有潜力的镁硫电池正极材料。