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【小强专栏】能源、生物科技前沿集锦(一)

【小强专栏】从今日开播,每月两期,为您提供好看、好玩、“涨姿势”的前沿科技信息!


一、锂电安全性:氧从LiCoO2表面脱出具有晶面依赖性

在300℃条件下,[001]晶面的氧仍稳定存在,但[012]和[104]晶面的氧则脱出。脱出的氧原子结合后产生氧气。这一结果为安全性LiCoO2材料的设计提供了新的思路。

Facet-Dependent Thermal Instability in LiCoO2, Nano Lett.DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04502

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二、石墨烯助力锂电正极材料实现良好低温性能

利用石墨烯为导电剂覆盖在纳米LMO尖晶石材料表面可大幅度提高其电化学性能。在室温和20C电流密度条件下,其容量为低倍率下容量的75%。低倍率时,-20℃低温与25℃常温相比,电极容量基本无衰减。

Comprehensive Enhancement of Nanostructured Lithium-Ion Battery Cathode Materials via Conformal Graphene Dispersion, Nano Lett. DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00274

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三、电池生产理论研究

(1)锂离子电池荷电状态SOC需要准确判断,现行的SOC判断方法并不那么正确,看看作者怎么说吧。

On state-of-charge determination for lithium-ion batteries, J. Power Sources 348 (2017) 281-301.

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(2)NMC/LMO-石墨18650电池的容量衰减研究

电池容量衰减主要和电极材料的损失有关,与活性锂并无太大关系(这一观点好似和之前的推文相冲突:【电池生产】锂离子电池老化、回收及热管理技术前沿动态)。电极的衰退和活性锂损失主要和放电深度有关。

Storage fading of a commercial 18650 cellcomprised with NMC/LMO cathode and graphite anode, J. Power Sources 349 (2017) 27-36.

 

四、锂金属负极重出江湖

(1)我们常认为锂离子电池的负极一般为石墨,实际上最开始的时候选用的是金属锂,只是因为它不安全,才选择了用石墨进行嵌锂。目前,斯坦福大学崔屹教授课题组在高安全性金属锂负极方面做了大量的工作,极大地推进了锂硫、锂氧等锂电池体系的发展。

Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries, Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2017.16

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(2)利用氮化物来稳定金属锂负极:氮化物在金属锂表面具备独特的稳定性。可利用氮化物或高氮量掺杂在金属锂表面形成稳定的固态电解质膜(SEI膜)。

Strategies Based on Nitride Materials Chemistry to Stabilize Li Metal Anode, Adv. Sci. DOI: 10.1002/advs.201600517

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五、有关锂离子电池表征的前沿技术

在优化电池材料、了解电池衰减机理的过程中,先进的现场原位表征是必不可少的。作者综述了近些年有关原位透射电镜在锂离子电池方面的应用。选用了三种极具代表性的电极:层状金属氧化物、富锂层状氧化物以及硅基或者锡基合金类材料,并讨论了表征工具是如何帮助研究者了解电池的工作过程或者设计出更好的电池系统。

State-of-the-art characterization techniques for advanced lithium-ion batteries, Nat. Energy, DOI:10.1038/nenergy.2017.11

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六、路漫漫其修远兮——固态锂离子电池电解质综述

Lithium battery chemistries enabled by solid-state electrolytes, Nature Reviews Materials, DOI:10.1038/natrevmats.2016.103

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七、锂离子电池隔膜的机械行为和失效机理

作者测试了三种隔膜Celgard2325,Celgard PP2075和 无纺布DreamWeaver Gold40的机械性能。2325的横向耐拉伸性能要比PP2075好,但纵向较差。Gold40未表现出任何应变率敏感性和机械性能各异向性。当施加到临界拉力时,其并未像Celgard2325和CelgardPP2075一样直接被扯断,而是通过自身纤维仍保持连接。

Mechanical behavior and failure mechanisms of Li-ion battery separators, J. Power Sources 348 (2017) 255-263.

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八、传统锂电正极材料新解读

(1)超越LiFePO4理论容量的碳包覆LiFePO4/碳片复合物:利用植酸为磷源,植酸的作用是作为结构导向剂、络合剂以及抗氧化剂。该复合物在0.1C电流密度下,2.2-4.2V电压范围内,比容量达192 mAh/g;10C时为140 mAh/g。

Phytic acid derived LiFePO4 beyond theoretical capacity as high-energy density cathode for lithium ion battery, Nano Energy 34 (2017) 408-420.

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(2)单一LiFePO4颗粒的固有性质和性能:研究目的是用于进一步提高其电化学性能以及为同类材料的发展提供借鉴。

Single-Particle Performances and Propertiesof LiFePO4 Nanocrystals for Li-Ion Batteries, Adv. Energy Mater., DOI:10.1002/aenm.201601894

 

九、新型正极材料:三维有序β-Li2IrO3富锂材料的阴离子具有活性的证据

Evidence for anionic redox activity in atridimensional-ordered Li-rich positive electrode -Li2IrO3, Nat. Mater. DOI:10.1038/NMAT4864

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十、逐点立体打印快速大规模制备三维微结构材料

三维微结构材料,例如微格或者微支架等,在组织工程学、超轻或多功能材料、微流体以及微光电子领域等方面有着非常重要的应用。例如用于制备生物移植、多孔膜、承重结构、微流体装置、快充高容电池和超级电容器等。

Three-dimensional microarchitected materials and devices using nanoparticle assembly by pointwise spatial printing, Sci. Adv. DOI: 10.1126/sciadv.1601986

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十一、小颗粒大应用:八氨基苯基笼型聚倍半硅氧烷用于改性聚合物纳米复合材料

掺杂直径约1.8nm的八氨基苯基笼型聚倍半硅氧烷可以定性的改变聚合物纳米复合材料的结构动力学。高温下的零剪切粘度可与规整聚合物相匹配,具有良好的可加工性(规整度好的聚合物一般结晶性好,力学强度好)。

Big Effect of Small Nanoparticles: A Shift in Paradigm for Polymer Nanocomposites, ACS Nano DOI: 10.1021/acsnano.6b07172

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十二、瞬时温敏性聚合物在生物医药方面的应用,例如药物传输

Transiently thermoresponsive polymers andtheir applications in biomedicine, Chem.Soc. Rev., DOI: 10.1039/c6cs00748a

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