摘要：无机金属锂离子筛材料制备方法较多,也是最有潜力进行工业化制备生产并实际应用的吸附提锂材料。由于不同制备方法具有各自的技术特点与局限性,所制备出的离子筛材料在形态、选择性、吸附容量及结构稳定性等方面也各有不同,总结归纳出这些制备方法的技术优势与不足及离子筛材料的特点,对设计制备综合性能优异的离子筛材料具有重要的意义。本文综述了固相反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等几种常见方法制备无机金属锂离子筛的研究工作进展,主要探讨了这些制备方法所制备的无机金属锂离子筛的微结构、性状、结晶度、吸附容量等综合性能,并重点论述了对应制备方法的技术优势与不足,还分析了不同制备方法制备吸附性能优异无机金属锂离子筛材料的技术瓶颈,并结合技术方法特点提出了针对不同方法制备吸附性能优异离子筛材料可采取的一些方法措施,以期推动无机金属锂离子筛材料规模化生产制备并实际应用。

摘要：陶瓷电解质被广泛用于构建固液混合电解质,对提升固液混合电池的电化学性能和安全性能具有重要作用.然而,固液混合电解质中锂离子的传输机制尤其是陶瓷电解质对离子输运的贡献尚不清楚.该工作设计了3种陶瓷液态混合电解质,通过固态核磁共振谱追踪锂同位素离子,揭示了固液混合电解质中的离子传输路径.实验结果表明,在陶瓷液态混合电解质中,陶瓷电解质能够和液态电解质同时传导锂离子,并发现陶瓷电解质和液态电解质之间存在自发锂离子交换,进一步促进了固液混合电解质系统中高效的锂离子传导.该工作揭示的固液混合传导机制和模型为固液混合电解质和电池的发展提供了理论基础.

摘要：由于具有较高的可见波段荧光效率,基于稀土掺杂氧化物的红外激光诱导热辐射具有重大的应用潜力。进一步提高红外诱导热辐射效率具有重大的实用价值。设计了一种改善稀土掺杂氧化物材料中红外诱导热辐射效率的方案,即通过掺杂改性杂质,既可以改变稀土离子周围局域晶场的对称性;同时又引入了晶格缺陷。对应的效果包括:一方面,可以通过增强稀土离子周围的晶场强度来提高稀土元素对于入射光子的吸收能力;另一方面,可以利用晶格缺陷作为猝灭中心来增加材料的热转化能力,最终将显著提高杂质改性材料的光热转化效率,即获得更加高效的红外诱导热辐射材料。为了验证设计方案的可行性,利用溶胶-凝胶方法合成了不同浓度的镱离子和锂离子的共掺杂样品,通过XRD及TEM测试分析了杂质对样品结构的影响,并且基于荧光发射光谱具体研究了杂质掺杂浓度对热辐射效率的影响。该工作为高效稀土掺杂热辐射材料的制备提供一定的参考。

摘要：运用微扰MP2和密度泛函B3LYP方法在不同的基组水平上对锂离子与一系列以杂环为主的芳香化合物所形成复合物的可能构型进行了优化 ,获得了复合物的几何构型、电荷转移量、结合能等重要信息 ,对阳离子 π作用与阳离子 -杂原子作用的竞争情况进行了讨论 .特别是 ,我们发现此体系阳离子 π复合物的结合能和芳环单体中心上方一个点的静电势成很好的线性相关 .揭示了锂离子与芳香杂环形成阳离子 π复合物的形成过程中静电势起着非常重要的作用 ;同时表明 ,可用芳环表面静电势来定量预测较复杂体系阳离子 π作用结合能的大小 .

摘要：碳作为单一元素可形成像零维碳纳米球、一维碳纳米管、二维石墨烯等多种碳纳米结构,它们在锂离子和锂硫电池中的表现也有所不同。需要阐明的是,碳纳米管和石墨烯由于具有以下缺点不适合直接作为锂离子或锂硫电池电极材料:(1)第一次不可逆容量大,首次充放电效率低;(2)在充放电曲线中电压滞后现象严重;(3)缺少稳定的电压平台;(4)容量衰减快。科学家们一直在为获得具有更高能量密度和更广阔应用前景的锂离子电池和锂硫电池而努力,由于可充电电池的性能主要取决于阴极和阳极的性能,因此,设计先进的电极材料以及制备具有特定成分和结构的电极成为近年来的研究热点。本文综述了碳纳米材料在构建高性能锂离子、锂硫电池电极材料和特定电极方面的作用。首先,从促进电子和离子传输、固定多硫化物位置以及缓冲体积膨胀三个方面讨论了碳纳米材料在修饰电活性材料的作用;其次,从作为导电添加剂、电流集流体和导电中间层三个方面讨论了碳纳米材料在最优化非活性组分的作用;然后,从作为非导电基体上的导电相、柔性电流集流体和自支撑复合电极三个方面讨论了碳纳米材料在柔性电池设计的作用。最后,本文对碳纳米材料的未来发展趋势作了概述,兼具多种功能的碳纳米材料被认为是今后的研究重点。

摘要：以磁性碳纳米球(Fe 3O 4@C)为载体,2-羟甲基-12-冠醚-4为吸附单元,采用表面离子印迹技术设计并制备了对Li^+具有选择性吸附的磁性碳基锂离子印迹材料(Li^+-IIP-Fe 3O 4@C)。首先,采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对Fe 3O 4@C进行改性,得到硅烷化Si-Fe 3O 4@C。接着用甲基丙烯酸(MAA)对Si-Fe 3O 4@C进行功能化,得到形貌规整且具有较高MAA接枝度的PMAA-Fe 3O 4@C。然后,借助催化剂对甲苯磺酸将2-羟甲基-12-冠醚-4接枝到PMAA-Fe 3O 4@C的表面,进一步在二甲基丙烯酸乙二醇酯的交联聚合下得到Li^+-IIP-Fe 3O 4@C。动力学吸附和等温吸附结果表明,Li^+的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型。Li^+-IIP-Fe 3O 4@C在25 ℃下对Li^+的最大吸附容量达到22.26 mg g^-1。Li^+相对于Na^+,K^+和Mg^2+的选择因子分别为8.06、5.72和2.75。经6次吸附-解吸循环,Li^+-IIP-Fe 3O 4@C的吸附容量仅降低了8.8%,表现出优异的再生性能。

摘要：将Si引入冠醚有希望大幅度提升其对阳离子的络合能力,但其中的调控机理尚不清晰。基于量子化学密度泛函理论计算,以12-冠-4、1,1-2甲基-1-硅杂12-冠-4、1,1,2,2-4甲基-1,2-2硅杂12-冠-4、1,1,2,2,4,4,5,5-8甲基-1,2,4,5-4硅杂12-冠-4和1,1,2,2,7,7,8,8-8甲基-1,2,7,8-4硅杂12-冠-4络合Li+为计算模型,探究了冠醚与Li^(+)之间的相互作用机理。结果表明,由于O-Li+配位键的键长增加,掺杂Si的数量为2和4的Si杂12-冠-4对Li+的共价相互作用略弱,但静电相互作用和色散相互作用更强、Pauli排斥作用更小,最终导致所有Si杂12-冠-4对Li+的络合能力都比12-冠-4更强。上述有利因素源于Si-O键中Si的电子显著向O极化,同时,Si杂12-冠-4中-SiMe_(2)-SiMe_(2)-和-CH_(2)-SiMe_(2)-单元远离Li^(+),有效避免了Si-Li^(+)之间的静电排斥。揭示的冠醚-Li+相互作用机理将为未来设计与合成杂原子冠醚提供理论指导。

摘要：本文针对锂离子电池应用的现状和发展前景,在研究锂电池理论知识的基础上,论述了锂离子电池的种类、应用场合、以及建立电池组管理系统的必要性,并设计了一种适合磷酸铁锂离子电池组的管理系统。电池组管理系统是电池保护和管理的核心组成部分,本文中的电池组管理系统采用模块化设计,主要包括电流、电压和温度采集模块、计算以及控制模块、均衡模块、控制执行模块和通信模块。通过实验室试验,证明了该管理系统的可行性和安全性。

摘要：超级电容器及锂电池中锂离子高度富集,构建准确的锂离子相互作用模型对于预测超级电容器及锂电池性能、设计电极材料具有重要的指导作用。通过量子密度泛函理论计算了超级电容器及锂电池中锂离子间的相互作用,重点考察了锂离子间短程范德华相互作用的特点及溶剂化效应对范德华作用的影响,发现短程区域内范德华作用能在很大程度上屏蔽库仑排斥作用,溶剂化效应对范德华作用有很大贡献。通过数值拟合建立了能适用于不同溶剂环境下的锂离子相互作用分子模型(隐式溶剂模型)。另外还考察了锂离子间三体相互作用,发现三体相互作用为吸引作用,且仅对局部大量富集的锂离子有较大影响。

摘要：本文首次水热合成了一种双金属沸石咪唑有机框架(CoZn-ZIF)并将其用于锂离子电池负极.该材料在以100 mAg^(-1)电流充放电时,具有605.8 mAhg^(-1)的可逆容量,远远大于同类单金属材料(Co-ZIF-67和Zn-ZIF-8).为了探知该高容量来源,我们进行了一系列非原位实验,包括同步辐射软线、粉末衍射、透射电镜以及顺磁共振.研究表明该双金属高容量主要得益于配位氮原子参与锂化反应,在这一过程中还伴随了金属氮配位键的打开与重新配合.另外,少量金属氮配位键的不可逆反应会导致该材料晶体的无序化以及一些氮自由基的生成.这种高活性双金属的设计思路和反应机理可推广到包括催化、气体吸附等的其他应用中.