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。

富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量，被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此，本文采用水热法制备了多晶型MnO2材料，并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试，并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO2对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明，β-MnO2的电化学性能最佳，其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g-1，在0.1~5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%，在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO2的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。

双层钙钛矿结构氧化物具有优异的离子电子电导率，作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料被广泛研究。以PrBaCo2O5+δ作为母体材料，采用Ca离子在Pr位和Ba位进行掺杂，采用溶胶凝胶法制备出了Pr0.9Ca0.1Ba1-xCaxCo2O5+δ(0≤x≤0.3，PCBC)阴极材料。电导率测试结果表明：Ca离子共掺杂能够有效改善材料的电导率。电化学性能测试结果表明：x=0.2的阴极具有最佳的氧催化活性，700 ℃时极化阻抗仅为0.069 ?偸cm2。在理论研究中，通过GGA-PBE泛函分别计算了PrBaCo2O5+δ、Pr0.75Ca0.25BaCo2O5+δ与Pr0.75Ca0.25Ba0.75Ca0.25Co2O5+δ的氧空位形成能、态密度及O s和O p的能带中心。研究发现，Pr位掺Ca能减小氧空位形成能，Ba位掺杂Ca反而会增大氧空位形成能。O p带中心的计算结果表明：Ba位掺Ca的策略有效增加了材料的氧还原活性。双钙钛矿A位钙离子的共掺杂策略能够有效改善样品的热膨胀、高温电导率和电化学性能，提高材料的长期稳定性。

为了提升低温固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能，设计制备了2种具有多功能层级骨架结构的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ/Ce0.9Gd0.1O2-δ (LSCF/GDC)阴极材料，研究了层级骨架阴极的显微结构和电化学性能。结果表明：GDC初级骨架其孔隙率高达80.5%，充分保证了LSCF或GDC次级骨架的构建、后续负载以及工作态下的氧气扩散。采用弛豫时间分布分析不同阴极的电化学阻抗谱，以LSCF纳米颗粒为次级骨架，具有连续电子导电通道，显著增加了反应活性位点，后续负载的GDC纳米颗粒协同促进了氧气的吸附/解离，其600 ℃条件下的总极化电阻仅为0.236 Ω·cm2，得到了制备工艺简单、氧还原反应活性强的层级骨架阴极，有望推动低温固体氧化物燃料电池的进一步发展。

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。

水系锌离子电池由于其优异的安全性、地壳丰度、成本低廉及绿色环保等优势被认为是一种有前景的储能设备，但设计出一种高比容量、长循环寿命及优异倍率性能的水系锌离子电池正极材料依然面临诸多挑战。本文提出了一种重金属钨掺杂改性的V2O5纳米片球水系锌离子电池正极材料。钨掺杂提高了V2O5的晶面间距和离子迁移速率，且W-O键的形成明显改善了V2O5在循环过程中因结构破坏，较低的本征电导率等问题导致的容量衰减情况。W掺杂的V2O5在0.1 A/g电流密度下循环100圈后比容量为195 mA·h/g，在1 A/g大电流密度下循环1 000圈后比容量为243 mA·h/g。此工作为今后设计出高性能水系锌离子电池正极材料提供了一种简易、高效、可行的方案。

高比容量正极材料的研发对进一步提升锂离子电池的能量密度具有重要的意义。Li3V2O5正极材料的实际比容量较高，可达240 mA·h/g以上，近年来引起了人们的广泛关注。然而，由于锂离子传输动力学不足以及不可逆相变共同导致Li3V2O5具有充放电循环稳定性较差的问题，限制了其作为锂离子电池正极材料的应用。在前期研究基础上制备了Co3+掺杂Li3V2O5纳米棒材料，一方面通过形成一维结构避免充放电循环过程中的应力累积，另一方面通过形成键能更强的Co-O键提高材料结构的稳定性。此外，Co3+掺杂还扩大了晶格间距并提高了V4+的比例，最终使Li3V2O5正极材料的锂离子扩散系数和充放电循环稳定性获得显著改善。1% (摩尔分数)Co3+掺杂Li3V2O5样品(1%Co-LVO)在50 mA/g电流密度下的首次放电比容量达256.43 mA·h/g，循环100圈后容量保持率达到77.3%，与未掺杂样品相比提升了28%。与文献相比，1%Co-LVO样品的容量衰减率具有显著的优势(0.23%/圈)，为高能量密度锂离子电池正极材料Li3V2O5的制备与性能调控提供了一定的参考。