锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅基材料是新一代高容量锂离子蓄电池负极材料的典型代表,近年来已成为理论研究和应用研究的热点.本文介绍了锂离子电池硅基负极材料的制备方法、电化学性能及其研究现状,分析了硅材料作为锂离子电池负极材料存在的问题;讨论了硅材料作为锂离子电池负极材料的研究前景.并指出若能克服目前存在问题,将有望成为新一代锂离子电池负极材料.     

Sn-Co合金作为锂离子二次电池负极材料的研究

在机械球磨过程中通过固相还原反应制备了不同原子配比（2：1，4：1，8：1）的Sn-Co合金，采用X射线衍射（XRD）和电子扫描电镜（SEM）分析了其结构和形貌，并通过组装模拟电池考察了该合金作为锂离子电池负极材料的电化学性能．实验结果表明：具有非晶纳米结构的CoSn4合金具有较高的初始放电容量（430mAh／g）和良好的循环性能，15周后仍能放出360mAh／g的容量，容量保持率为84％．     

真空煅烧制备锂离子电池正极材料LiFePO4及电化学性能

采用固相反应法在真空气氛下合成了橄榄石型的LiFePO4正极材料。并用x射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电以及交流阻抗法对其晶体结构、表观形貌及电化学性能进行了研究。与氮气气氛下合成的LiFePO4相比，真空气氛下合成LiFePO4晶体结构并未发生变化，且粒径较小，分布均匀，具有更低的电荷转移电阻和更高的放电比容量。以0．1C倍率充放电，首次放电比容量可达131．1mAh／g，即使以1．0C倍率充放电，首次放电比容量也达107．9mAh／g；而氮气保护下合成的LiFePO4在0．1C倍率下首次放电比容量仅118．3mAh／g，1．0C倍率下也只有83．0mAh／g。     

非晶态氧化亚锡基锂离子电池负极材料的合成及电化学性质研究

用流变相反应和前驱热分解法，在约350℃的温度下合成了氧化亚锡基可充锂离子电池负极材料，通过XRD和电化学测试对材料进行了表征，结果表明，制备的两种氧化亚锡基负极材料Sn1.0Al0.4B0.6P0.4O3.5(TABP)及Sn1.0B0.6P0.4O2.9(TBP)均为非晶态结构，它们都有较高的贮锂容量，TBP贮锂材料的电化学性能优于TABP贮锂材料。     

锂离子电池正极材料的热稳定性

运用热分析方法定性研究了固态LiClO4和LiClO4电解液的热稳定性能,进而对比分析了3种常见锂离子电池正极材料LiNi0.85Co0.15O2,LiMn2O4和LiFePO4的热稳定性能.结果表明,在200~250℃温度范围内,LiClO4电解液不会影响反应体系.充电状态下,Li0.18Ni0.85Co0.15O2与电解液发生反应的温度集中在215℃左右;Li0.15Mn2O4与电解液发生反应的起始温度约为220℃,主要反应集中在250℃左右;Li0.17FePO4与电解液反应主要集中在230℃,但起始反应温度要高于Li0.15Mn2O4,显示出更好的热稳定性.因此,3种材料热稳定性由强到弱的顺序为:LiFePO4,LiMn2O4,LiNi0.85Co0.15O2.     

掺杂对LiMn2O4正极材料的结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法合成了尖晶石型LiMn2O4正极材料，选取钴、铈和镁作为掺杂元素，考察了钴、铈和镁的掺杂对LiMn2O4正极材料的结构和电化学性能的影响．并运用XRD、IR、BET等方法对所合成的材料进行了表征．实验结果表明，掺杂一定量钴、铈和镁后的LiMn2O4正极材料循环寿命优于未经掺杂的LiMn2O4正极材料，循环50次后，3种掺杂后所得的电池材料的容量保持率均达95％以上．其中以掺杂钴的LiCo0.2 Mn1.8O4正极材料循环性能最好，首次充放电容量达到105．6mAh／g，50次循环后，其充放电容量仍保持在100．8mAh／g．     

尖晶石锂锰氧化物中氧缺陷对材料电化学性能的影响

研究了富锂锂锰氧化物中氧缺陷对材料电化学性能的影响。X射线衍射谱表明有氧缺陷的锂锰氧化物仍可保持尖晶石结构，当氧缺陷浓度达到一定程度时，高角度区的衍射峰出现分裂，说明其微观结构发生了变化。充放电实验结果表明氧缺陷使4V区的锂离子嵌脱变成了多步，模拟电池的容量微分曲线有3对清晰的氧化还原峰，低电位的氧化还原峰被—分为二。氧缺陷降低了材料的放电容量，同时引起低电位区的放电容量向更低电位区转移，使电化学性能恶化，锂锰氧化物中氧缺陷对电化学性能的影响对此类材料的合成提供了理论和实践依据。     

氧化亚锡基贮锂材料的合成、性质及结晶化原因分析

用流变相反应和前驱物热分解法合成了氧化亚锡基贮锂材料，通过X射线衍射和电化学测试对材料进行了表征，并分析了产物结晶化的原因．结果表明，在不同温度下制备的氧化亚锡基硼磷铝酸盐贮锂材料（TABP）均有较好的贮锂性能，其中在500℃下热解前驱物制备的样品其初始可逆容量为551mAh／g，经过20周循环后，仍然保持67．7％的可逆容量，表现出最佳循环性能．在惰性气氛中，SnO在较高温度下发生歧化反应，导致样品产生晶体．     

不同粘合剂对Si@C-G负极材料电化学性能的影响

基于前期的研究工作,筛选出最优的硅/碳/石墨(Si@C-G)复合材料作为锂电池的负极材料.本文分析了在不同粘合剂作用下的Si@C-G复合材料,及其对材料电化学性能的影响和粘合剂对硅界面行为产生的变化.结果表明:羧甲基纤维素钠&丁苯橡胶对复合材料的粘合效果最好,其对应的循环性能最好;羧甲基纤维素钠的长直链结构与丁苯橡胶的...     

氮掺杂中空环形碳的制备及其可逆锌-空电池性能

将Co基金属有机框架材料(二甲基咪唑钴,ZIF-67)与多巴胺经原位吸附、聚合、碳化、活化,制备高吡啶氮、石墨氮掺杂的中空环形碳(N-doped hollow cycle-like carbon,NHCC),并考察了其氧催化性能。结果表明,最优条件制备的NHCC-0.4氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)半波电位0.782 V;氧析出反应(oxygen evolution reaction,OER)达到10mA/cm²的电流密度,过电位为277 mV,低于同载量标准催化剂RuO₂(341 mV);同时,其电位差值(0.725 V)低于标准催化剂电对Pt/C||RuO₂(0.755 V),表明具备优异的可逆充放电性能。以NHCC-0.4||NHCC-0.4为空气电极的锌-空电池开路电位1.445 V、功率密度138 mW/cm²,可逆充放电循环老化电位差稳定于1.01 V,显著优于标准催化剂Pt/C||RuO₂空气电极(1.348 V,108 ...