《水溶液鋰離子電池中異常倍率特性的研究》是依託西安交通大學，由趙銘姝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水溶液鋰離子電池中異常倍率特性的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙銘姝
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對水溶液鋰離子電池（簡稱水鋰電）中發現的異常倍率特性，即高倍率容量高於低倍率容量的新現象進行機理研究。高倍率容量高是解決鋰離子電池快速充放電性能的關鍵之一。本項目提出深入研究錳酸鋰單晶納米線和磷酸錳鐵鋰納米顆粒等多元嵌鋰化合物在水鋰電體系中出現異常倍率特性的本質，分析影響無機水溶液電解液體系中電荷傳輸反應的動力學因素，建立水鋰電體系中嵌鋰化合物電極/無機水溶液界面的鋰離子傳輸反應的動力學機制，闡明其倍率特性異常的機理，這將明顯不同於傳統鋰離子電池的鋰嵌脫機理，進一步揭示多元嵌鋰化合物的不同納米結構與其在不同性質的無機水溶液電解液體系中產生異常倍率特性之間的內在物理化學本質關聯。研究結果將從動力用鋰離子電池層面上，為開發滿足高安全性、高功率、快速充放電的新型鋰離子電池體系，拓展嵌鋰化合物在水鋰電體系中的套用提供可靠的實驗依據和理論指導，具有重要的學術意義和實際套用價值。
結題摘要
由於傳統鋰離子電池有機電解液的易燃性使其在推廣套用上遇到了阻礙，因此解決鋰離子電池安全隱患是其套用於動力能源領域的重要研究課題。水溶液鋰離子電池（簡稱“水鋰電”）由於使用無機水溶液替代有機電解液，一方面由於水的良好阻燃性提高了電池的安全性能；另一方面改性無機電解液能夠提高電解液的電導率，有利於水鋰電在動力能源領域的套用。本項目針對水溶液鋰離子電池（簡稱“水鋰電”）中發現的異常倍率特性，即高倍率容量高於低倍率容量的新現象進行機理研究。高倍率容量高是解決鋰離子電池快速充放電性能的關鍵之一。本項目深入研究磷酸錳鐵鋰納米顆粒等多元嵌鋰化合物在水鋰電體系中出現異常倍率特性的本質，採用溶膠-凝膠法和水熱法製備改性LiMnPO4、LiFePO4/C正極材料和NaV6O15和PPy@NaV6O15負極材料，用XRD、SEM、TEM表征材料的物相結構和微觀形貌，用充放電測試、循環伏安測試、電化學阻抗譜和電路擬合，研究上述材料用於水鋰電體系的電化學性能及其鋰嵌/脫的動力學特性；實驗中發現了異常倍率現象，(LiMn0.5Fe0.5PO4/C)//LiV3O8水鋰電在50C下的首次放電比容量為66.7 mAh g−1，高於其在20C和30C下的首次放電容量。(LiFe0.95Mg0.05PO4/C)//LiV3O8 水鋰電在10C倍率下的放電比容量高於5C倍率下的放電比容量，該異常倍率性能在設計和製備高功率動力用鋰離子電池材料方面具有重要的理論依據； (LiFePO4/C)/ZnSO4+LiNO3/Zn新型水鋰電體系中ZnSO4的摩爾濃度對正極材料的極化和電荷轉移阻抗有影響：當電解液中ZnSO4的摩爾濃度為1mol/L時，LiFePO4/C正極材料具有良好的電化學性能，該水鋰電體系在20C~50C的高倍率下，充放電循環200次後，容量基本沒有衰減；PPy@NaV6O15// LiMn2O4體系的比容量、容量保率比NaV6O15// LiMn2O4水鋰電體系提高了約10%，PPy包覆NaV6O15提高了水鋰電體系的比容量和循環穩定性。上述研究結果將從動力用鋰離子電池層面上，為開發滿足高安全性、高功率、快速充放電的新型鋰離子電池體系，拓展嵌鋰化合物在水鋰電體系中的套用提供可靠的實驗依據和理論指導，具有重要的學術意義和實際套用價值。
