锂离子文献阅读报告
锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。目前对锂离子电池的研究主要在正极和负极材料方面，选用不同的材料，采用不同的状态，从而增加和改善锂离子电池的容量。下面我分别简述自己看的相关文献。
1.第一篇讲的是厚度可调的聚酰亚胺nanoencapsulating层及其对锂离子电池正极材料LiCoO2在高电压的电池性能/热稳定性的影响。在这篇文献以前以前已经证实对于高电压的阴极材料基于nanoencapsulation的聚酰亚胺（PI）的凝胶聚合物电解质（GPE ）作为一种新的表面改性方法。在作者的之前研究中，努力地全面了解聚酰亚胺为基的表面改性和聚酰亚胺封装层结构的变化对电池性能高电压（ 4.4 V）的LiCoO2的热稳定性的影响。通过改变聚酰亚胺表层厚度（在10nm到40nm之间）。由于聚酰亚胺表层厚度增加，电池的放电能力恶化，这是聚酰亚胺表层离子和电子的电阻升高。另外，厚的PI封装层能有效缓解脱锂钴酸锂和电解液之间的界面发生放热反应。值得注意的是，在各种PI涂层中，10 nm的平均厚度赋予了电池良好性能和热稳定性。这些结果表明，结构微调（特别是PI的涂层厚度）封装层，作为离子导电的保护保形薄膜，对优化高电压的LiCoO2的有显著作用。
在最后，作者认为结构变化（即着眼于对电池性能的PI的涂层厚度）对包 封层和高电压（ 4.4 V）的LCO热稳定性的研究一直在持续。通过改变不同的涂层溶液的聚酰胺酸的浓度来对PI涂层厚度在10nm到40nm之间进行调整。在各种不同的PI涂层厚度的研究中，10nm的平均厚度表现出良好平衡的电池能和热稳定性。由于PI涂层厚度的增加，电池的电阻变大，这是由于的PI的离子和电子的电阻不必要的增加，这反过来对放电能力产生很大的影响，同时， PI- LCO样品呈现好于过去的LCO循环性能，特别是在循环过程中最稳定的容量保持率在PI （0.3） - LCO 。界面放热的脱锂LCO和液体电解质之间的反应是切实减轻在PI- LCO ，这成为更多念在较厚的PI包封层。总之，本次研究强调， PI的有益作用包封层（作为离子导电性保护共形薄膜的抑制不良的界面侧在高压反应LCO ）可以通过微调厚度来优化他们的涂层结构。
2.第二篇题目为用于汽车和固定电源使用的阳极氧化物的高性能长寿命的 1
锂电池。与LTO阳极和阴极有关的电池系统，比如说LiCoO2 (LCO) , LiNix-CoyMn1-x-yO2 (NCM), LiMn2O4 (LMO), 和 LiFePO4 (LFP)已经在很早都被提出来了，因为他们有很好的电化学性能，而且预期能达到高功率，长寿命，快速充电的要求，并安全大幅面电池应用，如国际空间站， HEV ， PHEV ，EV以及固定式发电系统，因为LTO电极具有以下优点，即，零变形特性，纳米大小的粒子，无锂电镀在快速充电，并在高温下具有高的热稳定性。特别是，在高功率，容量和寿命的限制的锂离子电池对车辆和固定动力系统方面很重要。长期循环，高温存储和快速充电加快输出功率的退化和使用石墨阳极传统的锂离子电池系统。
在之前，作者已经研究有关电化学动力学锂插入和提取LTO颗粒以了解高倍率性能，也报道了性能并使用4伏级的阴极原型LTO细胞的安全性LCO的，改性活生物体和NCM。虽然NCM阴极放电率比LOM阴极性能差，尽管NCM阴极上比LMO和LCO在其容量上有很大的优点。因此，我们开发出两种类型的LTO/改性活生物体细胞的高功率和LTO/NCM细胞对高能源应用。本文介绍了电池在LTO/改性活生物体和LTO/NCM系统为汽车的性能与固定电源应用。
最后，作者得出一些相关结论。对电池的性能和LTO的电化学特性/改性活 生物体的系统和LTO / NCM系统进行的研究是为了能在汽车和固定的应用。目前已经证实，在高功率的应用上3 Ahclass LTO/LMO电池具有更高的输出功率，而且在30000次充放电后具有95%的高容量。按照在充分循环试验循环次数和时间规则平方根，以10 ％的容量衰减的周期数和周期时间是预测是20万个周期和15年，分别该在后80 ％的SOC日历寿命试验15年容量保持率。LTO /LMO的电池容量的衰退不仅依赖于没有压力骑自行车，也依赖于日历寿命。LTO /LMO的电池这样的高功率和长寿命的性能不仅适合HEV也适合于国际空间站的应用。 在45℃下LTO/NCM电池的自我充放电测试能力也很好，这由于LTO阳极膜的形成无显著生长，显示出了可逆自放电能力。
3.第三篇是掺杂钛酸锂后锂离子电池的Ni2+的结构和的高倍率性能。目前已经通过固相反应合成了Li4-2xNi3xTi5-xO12 (0< x <0.25).透视衍射（XRD）证明所有掺杂样品具有Fd3m空间群de 尖晶石结构，而且没有任何杂质。通过进一步的Rietveld精修，结果表明，这两个晶格参数和在8a站点占用非里斯片的离子随着Ni2+掺杂剂的量的变化而发生的变化可以忽略。扫描电显微镜显示Ni2+掺杂不会改变钛酸锂的形态。当所有样品具有相似的LI+扩散系数，最好的电子Ni2+的导 2
电性掺杂剂钛酸锂幅度比原始的高至少一个数量级。Ni2+掺杂物钛酸锂电化学性能也非常好。在5℃下，Li3.9Ni0.15Ti4.95O12比容量高达72 mAh g-1，然而以前的比容量只到达33mAh g-1。这种改进率性能可以归因于它对电子导电性的增强的。
文章最后，作者得出相应的结论。在作者的实验过程中，Li4-2xNi3xTi5-xO12 (0< x <0.25)粉末是通过固相反应得到，所有Ni2+掺杂材料都具有含Fd3m的空间群的无任何杂质的尖晶石结构。在8a-16c-8a Li+输送通道中它们有相似的晶格常数和自由的阻塞。由于晶格常数上变化可以忽略，Li+离子掺杂试样具有相似的Li+的扩散系数。在Ni2+的3d轨道中的电子有助于改善电子的电导率。结果，Ni2+掺杂样品具有良好的倍率性能，其中Li3.9Ni0.15Ti4.95O12性能最优秀。在5C时，其电容量为72 mAh g-1，这是原来的1.2倍。因此，Ni2+掺杂试样 Li4Ti5O12 可能会在电动汽车/混合动力汽车应用方面具有广泛的应用前景。这是由于其良好的倍率性能和简单的合成路线。
4. 第四篇是在通讯方面大容量锂电池安全和电池系统的评估。在通讯设备的备用电源方面，锂离子电池增大电容来减小备用电源的单元数量从而减小其安装尺寸以及相对应的保护装置。另一方面，对大电容锂电池来说很难解决安全问题。因此，在传统的备用电源方面需要取代铅酸电池来改善安全措施。在浮充电条件下可以改善电池的寿命。作者通过增加磷腈阻燃剂来研究大电容锂电池。在这项研究中，200-Ahs是不可能的，一些安全试验是在通讯设备备用电源的假设基础上进行的。结果表明无爆炸，着火，或热失控。在具有13个单元的模块中其中的一个单元用于抗热流失实验，其他的12个单元没有发生爆炸、着火和热流失。此外，36千瓦的锂离子电池系统由200-AHS电池和电池管理系统（BMS）组成的。该系统在浮充状态下可以运行400天，因此我们就可以得到95%的初始电容了。
在文末作者进行了总结，用于通信的备用电源，锂电池需要高的安全性能及高的稳定性。大容量的安全性能试验是在假设存在备用电源的前提下进行的。此外，对组成电池模块和BMS的电池系统的锂电池系统进行了评估，作者得出以下结论：
①安全性能试验是基于一些风险下进行的，这些风险可能会发生在手机基站或者通信基地中。试验结果显示没有爆炸、着火以及热流失。因此，含有200-Ah电池的阻燃剂能很好地改善电池的安全性能。
②36千瓦的锂离子电池系统由研发的200Ah的离子电池模块和锂离子BMS 3
组成。我们对其做了评估测试，结果显示BMS电池管理功能运行良好，每个单元的电压都能在目标电压（20mV）内。该系统能运行400天，在400天的浮充后，能保持95%的初始电容。一个电池或一个模块的热插拔测试，这是50％的SOC，同样是在假设备用电源的条件下进行实验的。在换电池或者模块时能很好地通过控制BMS来达到浮充状态。
5. 第五篇文章题目为用LiMn2O4作负极材料MnOx/C作正极材料的锂离子电池。在当前小型消费类电子产品到大规模的应用设备（比如电动汽车、储能再生源和许多其他的工业设备）非常流行的前提下人们一直在探索基于锂离子电池（LIB)的能量储存系统，这些新兴的应用设备通过当前的锂电池提供的性能，比如高能量、功率密度、低成本、提高了安全性和可靠性，从而显现出了更优秀的性能。从而相比传统的LiCoO2，能提供改进的特性（在能量和功率密度，安全性和成本方面）的各种正极材料需求量很大。在这些正极材料中，能形成尖晶石结构的LiMn2O4 (LMO)由于具有三维晶格的嵌锂和脱嵌路径，从而能提供很高的倍率性能。它还有吸引人的其他优点，比如说成本低、无毒、环境相容性而且安全。更先进的锰尖晶石包括铝掺杂和镍取代的尖晶石，它们分别能在高温高压下完成稳定循环。
在负极方面，商业方面长期以来一直是以石墨碳作为负极，因为其具有优良的循环能力和成本低的优点。然而，石墨碳作为负极材料却具有很差的热稳定性以及很低的倍率性能。因此开发一种比石墨碳具有更高容量和更快的充电能力的先进负极材料是一个很热的问题。由于过渡金属氧化物（TMO）其非常高的转化能力、高密度、丰富、无毒的特性，其实一个很好地候选潜在材料。尤其是，MnOx。同时氧化锰比负极石墨碳能提供更高的理论转化能力。但是，由于在充电盒放电过程中伴随着转化反应中有结构变化，电导率低使MnOx的电化学可逆性很差。各种减少这些内在问题的方法中掺入氧化锰纳米结构的复合材料的导电基体（例如碳）可能是最有前途的方法之一。
MnOx/碳纳米复合材料是通过一个很简单的方法制成的，其中，MnOx(质量 分数为64%，主要包括 MnO 和 Mn3O4两相）大小只有5-30nm，其在大小在预制的中孔碳的密闭孔隙原位形成。MnOx/C的形态和显微结构用N2吸附/脱附、扫描电子显微镜（ SEM）、透射电子显微镜（TEM ）、 X-射线衍射（XRD）、 X-射线光电子能谱（XPS ）和热重分析（TGA）等方法进行表征。作为锂电池的正极，MnOx/C具有MnOx热稳定性以及优良的倍率性能。对一个负极限制充电 4
状态的完整的锂电池来说，MnOx/C是以脱锂LiMn2O4 (LMO)为负极的。随着循环稳定性和倍率性能依赖于对那些氧化锰/ C正极，该改性活生物体的MnOx/C电池表现出的改性活生物体负极的可逆容量。一种改性活生物体的MnOx / C细胞与阳极负载在略微过量提供改性活生物体的可逆容量，而在多达245个循环后容量不会衰减，而且在2C下显示出了良好的倍率性能。该改性活生物体的MnO x/ C的配置可以被开发为一个可靠的LIB，可能提供低成本，高倍率性能，安全性和可靠性。由于与其他TMO比起来，与一些特殊的正极材料联合时其具有低的电压平台和高的能量密度，锰的氧化物具有较低的电动势。
6.第六篇是名为高性能锂电池负极的Fe3O4/C复合球体的合成。由于其良好的循环稳定性和高的库伦效率，石墨是目前商业上锂离子电池负极材料用的最广泛的材料。然而，由于其低的比容量和LIBs很低的能量密度不能满足未来应用（比如电子设备和高功率需求的交通工具）的需求。在过去的几年中，许多种材料都被作为负极替代品用于研究。在这些替代品中，过渡金属氧化物被用于新近的负极材料，这是因为它们在没有内在反应转化机制中得到许多特殊的性能。对于下一代LIBs，负极磁铁矿一直吸引着人们，这是由于它们比传统的石墨负极具有更高的理论容量、更低的成本，安全稳定性更高。然而，用Fe3O4作为负极材料同样显示出了很低的循环性能，特别是很高的倍率。这是因为在锂化和脱锂过程中电极的电导率下降，同时Fe3O4负极材料体积不断变化。纳米四氧化三铁粉末最近已经用于负极材料来通过增加活性反应位点从而适应体积变化以及改善倍率性能。然而，它们在第一周期中显示出不可逆的容量，在随后连续循环中容量逐渐衰退，这是由于在锂离子反应过程中电解液发生分解以及纳米粒子的聚集。许多研究小组研发的Fe3O4/非晶碳复合材料的电化学性能得到了改善。
Fe3O4/非晶碳复合材料是通过悬浮聚合以及热处理等方法合成的。我们可以确定的是该微球的形态随着Fe3O4/纳米粒子聚合物矩阵质量分数变化而变化。当用于LIBs负极材料时，含72%的Fe3O4的Fe3O4/碳复合球体在300个循环后容量为91%（所有循环中库伦效率为99%），这是由于其很高的结构稳定性。另一方面，含98%的Fe3O4的Fe3O4/纳米粒子聚合物随着其速率的减弱，其容量也在不断衰退，这是由于其碳含量比较少、导电性较差，而且是多孔结构。氧化三铁/碳复合微球的电化学性能取决于四氧化三铁纳米粒子和碳基体以及它们的颗粒结构的重量比。这也同样证明了有很高的结构稳定性的Fe3O4/纳米粒子聚合球体阻止了四氧化三铁纳米粒子的团聚和由此产生的容量在循环褪色。
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7.第七篇文献名为锂离子电池中正极锂和磷酸锂电解液之间的界面现象。目前大量的研究一直致力于提高锂离子电池能量和功率密度以及循环寿命，从而来满足未来对于各种设备的技术要求。许多研究一直致力于了解锂离子电池的所有组件的传导现象。尤其是，人们更加致力于研究电极和电解质之间的界面现象。在当前的电解质中，在微电子应用方面，固体电解质比液体和聚合物电解质更有优势。目前，有ORNL开发的LiPON在薄膜电池中作为一种电解质被广泛使用。固体电解质Li3PO4是LiPON家族中天然的和合成的结晶材料之一。这些电解质能被用于薄膜电池是因为其化学和物理稳定性。然而，其低的离子电导率使其在商业应用方面的主要障碍。
Li3PO4有三个晶体结构形式，在文献中通常记为α、β、γ。尽管β和γ-Li3PO4 的晶体结构一直被人们熟知，而且在实验中能很好地看到，但是α-Li3PO4的晶体结构还没有被人你们完全证实。然而，当前主要对γ-Li3PO4进行激活测试，因为在高温下（400-600℃）稳定的β形式会向γ形式转变。γ-Li3PO4晶体结构为斜方晶系，这和当前研究很充分的负极材料 LiFePO4和FePO4类似。有一些以前的关于大量β和γ-Li3PO4作为固体电解质的研究理论，但是，在文献中没有关于Li+在电极和电解质间扩散的报道。界面的结构很大程度上决定了电池的性能，控制电池的电阻率以及在充电和放电过程中界面的稳定性。
在所有可能电极中，金属Li具有很高的比容量、体积，这是Li成为一个很好地参考电极。然而，其树枝晶的形成、高的反应性以及低的可逆性一直是其在传统液体电解质中应用的障碍。包括固体状态的所有固体电解质，金属Li在充电和放电以及提高安全性过程中随着树枝晶形成的减少，一直被用于电池负极。确实，全固态Li二次电池与当前使用的液体电解质Li二次电池相比有许多优点，这是由于其在外部冲击和振动条件下的热稳定性、安全和机械稳定性。
总之，这篇文献中作者完成了电极和电解质(Li/g-Li3PO4).界面的缺陷和界面性能的第一性原理计算。在作者的界面模型中Li空位间隙对缺陷形成能量从0.82变化到1.93eV。界面处低的离子导电性源于电解质中高的缺陷形成能量，尽管，阐明可能的技术问题需要更进一步的研究，从而克服Li在电极与电解质界面之间的迁移障碍和缺陷形成能量。作者对于金属Li和电解质界面的研究为我们提供了关于在界面间迁移机制的视角，还为我们提供了在未来锂离子电池应用中改善离子导电性提供了方向。
8.第八篇文献题目为锂离子电池中作为一种固体电解质相间形成添加剂的 6
二苯辛酯。当前，锂离子电池（LIBs）已经成功用于便携式消费类电子产品，如手机和笔记本电脑等。最近对锂离子电池方面深度的研究主要集中在电动（EV），混合动力车（HEV）和插电式混合动力汽车（PHEV）的蓄电系统。这些方面的应用对电池要求更高，而且样式的增强，特别是要增加安全性、能量密度、循环性能以及高倍率性能。锂电池高倍率性能的改善对大功率的蓄电装置尤其重要。
为了提高锂离子电池的速率性能以及循环性能，通过锂离子在电极和电解质 界面间传输来减小内部电阻，同时这种传输控制着锂离子电池的充电和放电反应。通过固体电解质相间薄膜的Li脱溶剂和扩散是界面锂离子在石墨中传输速率的决定性影响因素。为了减少锂离子在电极和电解质界面扩散时阻力，许多种方法都在被研究者，比如米大小的活性材料的大表面积的电极的开发，减低电解质电阻的开发，在电极上涂金属化合物涂层。然而，对锂离子电池来说，这些方法的商业化还是受到了限制，这是由于其复杂性以及高成本。对电解质来说添加剂的引入对锂离子电池的性能来说相对简单而且高度适用。在作者以前的研究中，尽管DPOF作为阻燃剂一直在研究，它提高了热安全性，循环性能和电池的倍率性能。相对于现有的SEI形成的添加剂，例如VC[15]和VEC，加入DPOF提高了倍率性能。
在液体电解质中DPOF作为一种功能添加剂的作用以及三电极电化学阻抗谱测试的作用以及得到了充分的研究。在正极上形成SEi保护膜时，含DPOF的电解质优先减少，而不是基电解质。在循环测试中，含有DPOF的电池与不含DPOF的电池相比有更好的放电能力和容量。通过三电极电化学阻抗谱测试，可以证实通过DPOF减少（增强了锂离子电池正极和电解质间锂离子的传输速率）而形成SEI膜。在XPS分析中，SEI膜是由DPOF以及Li3PO4组成，这能提高其离子导电性。
9.第九篇是作为锂离子电池正极材料的纳米SiOx（1.18<x<1.83）其微观结构及电化学性能。作为电动车和高容量的电源存储系统的重要组成部分，一个高容量的蓄电池是相当必要的。在各种蓄电池中，锂离子电池可能是一个很好地选择，这是由于高容量以及已经建设很好地设备。最近，正极活性材料吸引了很多专家，特别是与高容量锂电池相关的正极活性材料。为了得到高容量，金属作为正极，比如Sn和Si已经取代了石墨，正在被研究，其显示了很好地稳定性但是容量较低。在这些金属正极材料中，Si的理论容量到达4200mAhg-1。尽管其有很高的容量，但是在锂离子的插入/提取过程中膨胀体积和收缩限制了它作为 7
一个新的阳极材料应用。这种在体积上的巨大变化导致正极材料的粉碎以及电池容量的衰退。因此，要采用各种方法来解决正极的破坏。
其中的一种方法就是使用纳米级别的Si，如纳米粒子，纳米线或纳米管。纳米级别的Si有很大的耐体积变化能力，从而恩给你改善循环性能。而且，纳米级硅具有较高的比区域和较短的扩散距离，从而增大了锂离子电池的容量。丁宁等人认为，纳米尺寸的硅表现出比微米级硅的较好的可循环性。另一种方法就是使用金属氧化物，最近这个领域也吸引了不少专家。据报道SiOx（质量分数1%）1摩尔的SiOx与4.2摩尔锂离在首次阴极极化过程反应展出约2400mAhg-1。
尽管SiOx的容量是比Si低，但其表现出良好的循环性能。在第一次锂化反应中
有锂离子与SiOx反应产生的Li2O和Li4SiO4可以作为缓冲成分。
纳米级别的SiOx有许多种价态，这已经通过蒸发和冷凝合成方法得以证实。
它们的微观结构和电化学性能与各种氧气比例之间的关系已经得到研究，并与商业化的SiOx做了对比。从微观结构的分析，合成的SiOx包括纳米线和纳米粒子。
当x值增加时，纳米颗粒的量相对增加。当观察倍率低时，Si只是一个结晶相，当倍率较高时，其无定型结构才能看到。随着x值的增加，其初始可逆容量下降。此外，所合成的的SiOx表现出相对较低的首次放电容量，但比那些商业的SiOx的一个更稳定的循环性能。然而，含结晶Si的SiOx容量逐渐衰减。在库伦效率
为99.8%的条件下，SiO1.18在第50次循环时容量为660 mAhg-1，这意味着这种材
料可能会是锂离子电池高电容活性材料的最佳替代品。
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