1 成都理工大学核技术与自动化工程学院, 四川 成都 610059
2 中国人民解放军陆军勤务学院军事设施系, 重庆 401311
锂离子电池在新能源开发与应用中具有重要作用。 三元正极材料成分配比对锂离子电池产品性能与质量产生很大影响, 生产控制需要及时、 精确地掌握混料的成分变化。 能量色散型X射线荧光(EDXRF)技术在该领域的快速分析中具有较好的应用前景, 但目前商品仪器的分析精度尚不能满足生产需求。 为了解决三元正极材料成分Mn、 Co、 Ni的高精度EDXRF分析的技术难题, 提出了一种基于同源激发的自校正式EDXRF分析技术, 采用钨靶X射线管(25 kV/400 μA)和两个能量分辨率均为135 eV(@5.9 keV)的电致冷SDD探测器组成双路X荧光同步激发-探测装置, 将X射线管发射的原级X射线经双路准直器分束后, 分别激发校准样品和待测样品, 两个探测器同时测量两个样品的荧光计数, 采用标准样品的能谱数据对待测样品的能谱数据进行“归一化”处理实现同步校正, 从而降低分析仪器中X射线管不稳定性的影响。 通过8小时内的140次重复性测试, 从计数衰减率、 计数波动和整体效果等方面分析了该装置的稳定性, 并与单光路的稳定性进行比较, 以相对标准偏差和最大相对偏差作为评价指标来评估该装置的稳定性。 计数衰减率从单光路的-0.049 3%·h-1降低到0.001 0%·h-1, 对于11个波动较大的数据点, 相对标准偏差从单光路的0.151 4%降到0.032 6%, 表明同源激发的自校正式EDXRF分析技术可有效降低计数衰减、 初级X射线能谱波动的影响。 从综合效果来看, 经同步数据校正后, Mn、 Co、 Ni的相对标准偏差和最大相对偏差分别为0.076%、 0.170%, 稳定性较单光路提高了1倍。 建立了基于双光路EDXRF分析的定量分析数学模型, 经实验检验, 分析粉末压样品中Mn(17.361%~20.016%)、 Co(12.991%~14.965%)、 Ni(29.653%~33.065%)的绝对误差分别不超过-0.072%、 -0.061%、 0.098%, 单样品的分析时间为200 s, 表明采用同源激发的自校正式EDXRF分析技术能有效改善仪器分析精度, 实现快速、 准确的测量要求。
三元正极材料 能量色散X射线荧光分析 能谱稳定性校正 定量分析 Ternary cathode materials Energy dispersive X-ray fluorescence analysis Energy spectrum stability correction Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3436
1 合肥工业大学化学与化工学院，合肥 230009
2 中盐安徽红四方新能源科技有限公司，合肥 230009
电动汽车等应用领域对锂离子电池能量密度的需求日益增长，LiNi0.9Co0.1O2因其高比容量和价格适中等优势受到了广泛的关注，有潜力成为下一代锂离子电池正极材料。然而，锂镍混排、H2-H3相变引起的微裂纹和表面副反应等问题导致LiNi0.9Co0.1O2的充放电循环稳定性较差。通过掺杂W6+对LiNi0.9Co0.1O2的微结构进行了有效调控，并调节一次晶粒的表面能使其由无序堆积的不规则形状转变为径向有序排列的细长条状。该微结构特征可以抑制LiNi0.9Co0.1O2的应力累积和微裂纹的形成，同时为Li+提供了丰富的扩散通道，有效提高了LiNi0.9Co0.1O2正极材料的循环稳定性和倍率性能。当W6+掺杂量为1% (摩尔分数)时，LiNi0.9Co0.1O2改性样品在0.1 C倍率下的放电比容量高达231.2 mA·h/g，在0.5 C倍率下放电比容量为213.3 mA·h/g，循环150次后容量保持率达93%。该微结构调控策略为提高LiNi0.9Co0.1O2高镍正极材料的循环稳定性提供了一种思路。
锂离子电池 正极材料 微结构 掺杂 高镍 lithium ions battery cathode materials microstructure doping nickel rich
大连理工大学材料科学与工程学院 辽宁省能源材料及器件重点实验室, 辽宁 大连 116024
随着消费类电子、电动汽车和储能等领域的迅猛发展, 亟需提升以锂离子电池为代表的二次储能设备的能量密度, 而正极材料是提升锂离子电池能量密度的关键。富锂锰基层状氧化物正极材料(LRM)因具有极高的理论比容量(>350 mA·h·g-1)和可逆比容量(>250 mA·h·g-1)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而, LRM正极材料的首次Coulombic效率低、倍率/性能差以及快速的电压和容量衰减等问题, 严重阻碍了其产业化应用。本文介绍了LRM正极材料的晶体结构及电化学机理等方面的研究进展, 分析了LRM存在的问题及起因。重点从形貌设计调控、掺杂、包覆、缺陷结构设计、梯度成分设计、层状/尖晶石异质结构构建以及电解液添加剂等方面全面介绍了LRM正极材料的改性策略, 以期望为LRM正极的未来发展提供思路和指导, 最终促进LRM正极材料的实际应用。
锂离子电池 富锂锰基正极材料 晶体结构 反应机理 改性策略 lithium ion battery lithium-rich manganese-based cathode materials crystal structure reaction mechanism modification strategy
1 南京大学深圳研究院，广东 深圳 518000
2 南京大学现代工程与应用科学学院，南京 210023
富锂正极材料被认为是高比能锂离子电池的潜在正极材料之一，其能够提供约300 mA·h/g的可逆容量，相比于目前商业化正极材料具有明显优势。然而初始Coulombic效率低、电压衰减、容量衰减等阻碍了其实际应用。本综述针对2类富锂材料包括富锂锰基材料和富锂阳离子无序材料，详细介绍其晶体结构、阳离子氧化还原机制、阴离子氧化还原机制，重点讨论其存在的问题及来源，系统总结其材料改性策略，为富锂正极材料的研究提供理论指导和技术支持。
锂离子电池 正极材料 富锂 阳离子无序 lithium-ion batteries cathode materials lithium-rich cation disorderd
华南理工大学材料科学与工程学院，广东省先进储能材料重点实验室，广州 510006
采用草酸盐共沉淀法结合后续热处理技术制备硼掺杂LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料。研究了不同硼源(B2O3，H3BO3和LiBO2)掺杂对材料形貌、结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射仪和Rietveld精修分析证明了硼(B)元素掺杂到材料晶格中。电化学性能研究表明：B2O3掺杂效果最佳，具有优异的倍率性能(5 C的放电比容量为145.1 mA·h/g)和长循环稳定性 (1 C循环300圈容量保持率为84.5%)，这归功于硼掺杂可有效减少表面残余锂化合物，提高了材料的结构稳定性，有效抑制了电压降和改善了极化现象，降低了电荷转移电阻，从而抑制了容量的衰减，实现了优异的电化学性能。Lithium-ion Batteries
锂离子电池 高镍正极材料 结构调控 硼元素掺杂 电压降 lithium-ion batteries nickel-rich cathode materials structure control boron element-doping voltage drop
国防科学技术大学 航天与材料工程学院, 长沙 410073
以聚碳硅烷为原料,通过1 200 ℃高温裂解工艺制备了碳化硅纳米线,并采用碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极材料, 进行了电子发射实验。结果表明：与天鹅绒阴极材料相比, 碳化硅纳米线具有更高的电子发射电流密度,在115 kV外加激励脉冲高压下,电子发射密度为23.7 kA/cm2,而天鹅绒材料为14.0 kA/cm2, 并具有更好的电子发射品质及更长的使用寿命。因此碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极,具有很好的应用潜力。
高功率微波 阴极材料 碳化硅纳米线 电子发射 high power microwave cathode materials silicon carbide nanowires electron emission 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2945
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
利用三阴极加速器平台, 对不锈钢、黄铜、铝、天鹅绒和石墨等几种常见场致发射材料的电流发射能力、相对启动延迟时间及其抖动进行了实验研究。实验结果表明: 在二极管电压近似恒定时, 不锈钢阴极启动时间延迟抖动小于8 ns, 天鹅绒阴极及石墨阴极启动时间延迟抖动小于4 ns;且材料在阴极频繁工作时启动时间加快;常见金属材料中不锈钢阴极的综合性能较好; 非金属材料中, 天鹅绒阴极的发射能力最强, 且发射延迟时间最短,但考虑到天鹅绒材料严重的出气问题, 非金属材料中以石墨阴极的性能为优。
三阴极加速器 阴极材料 发射特性 天鹅绒阴极 石墨阴极 相对发射延迟 tri-cathode accelerator cathode materials emission characteristic velvet cathode graphite cathode relative emission delay 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2393
1 北京理工大学化工与环境学院,北京,100081
2 国家高技术绿色材料发展中心,北京,100081
采用固相反应与液相反应,合成了新型锂离子电池正极材料LiMPO4 (M=Fe, Mn).粉末X光衍射表明材料均为纯相.对材料的显微拉曼光谱和红外光谱进行了研究和指认.循环伏安研究表明,含锂磷酸盐是一类有潜力的锂离子电池正极材料.
锂离子电池 正极材料 含锂磷酸盐 谱学 电化学性质 Lithium ion batteries cathode materials Li-contained phosphates spectroscopy Raman FTIR Raman electrochemical properties FTIR
