锂离子电池硅基复合物负极材料*

作为颇有前途的锂离子电池负极材料,硅基材料的研究日益受到重视。硅基负极材料在充放电循环中体积变化过大导致的循环性能差、首次库仑效率低等始终是阻碍其商业化的主要问题。纳米化、合金化和碳包覆是有效的解决措施。本文详细论述了TiB2、TiN、TiC作为基质的硅-化合物复合物,Fe-Si、Cu-Si、Ni-Si体系的硅-金属复合物和硅-碳复合物的研究进展。在硅-碳复合物的研究上,综述了分别采用热解法、球磨法、球磨-热解法、化学聚合法合成,以聚吡咯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、间苯二酚-甲醛、柠檬酸、环氧树脂等为碳源的研究进展,同时也综述了Si/碳纳米管复合电极材料的研究情况。     

高倍率锂离子电池负极材料:氮掺杂碳纳米笼

锂离子电池具有能量密度高和循环性好等优点, 广泛应用于小型移动设备等领域, 但尚不能满足需要兼具高容量和高倍率性能的应用要求. 以兼具高比表面积、氮含量高且可调、良好石墨化程度、多尺度分级结构(含孔结构)、有微孔通道的寡层笼壁结构等特征的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为锂离子电池负极材料, 展现出高的比容量、优异的倍率性能和稳定性, 譬如: 在0.1 A·g^-1小电流密度下, NCNC800的循环稳定的充电比容量可以高达约900 mAh·g^-1, 显著优于商业石墨; 在20.0 A·g^-1大电流密度下, 循环500圈后的可逆比容量仍能稳定在约135 mAh·g^-1. 如此优异的电化学性能可归因于NCNC的结构特征, 如高比表面积、良好石墨化程度、独特介观结构和孔结构, 这些特征有利于锂离子传输、电解液渗透和电子传导等. 这为开发高倍率和高比容量的锂离子电池负极材料提供思路.     

锂离子电池合金负极材料的研究进展

本文综述了锂离子电池合金负极材料的研究现状,对比了各种合金负极材料的制备方法,并指出了合金负极材料目前面临的主要问题及现有的解决方案,最后提出纳米锂合金复合物将是合金负极材料发展的最终出路.     

锂离子电池纳米级负极材料的研究

综述了锂离子电池纳米级碳材料、锡基材料和合金材料近几年的研究成果及发展方向,探讨了该类材料目前存在的问题及解决的办法,对该类材料的发展趋势进行了展望.     

锂离子电池锡-金属-碳复合负极材料

石墨作为锂离子电池的负极材料已经使用了很长时间。但由于其嵌锂容量低,已不能满足动力电池快速发展的需求。而锡可以与锂形成合金,有可能取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是单纯的金属锡在电池循环过程中发生巨大的体积变化,容易导致电极材料的粉化。而碳材料具有较高的导电性,良好的机械性能和储锂性能。为了充分发挥金属锡和碳材料的优势,锡-碳(Sn-C)复合材料得到了广泛研究。本文详细介绍了无定型碳、石墨(G)、石墨烯(GP)、碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)等碳材料作为惰性的导电基体与锡形成的二元复合物,阐述了锡与其它金属(M)形成的碳基三元、多元复合物的结构和性能。通过总结近些年对锡碳复合物结构与性能的研究,相信多元复合和多种结构的应用是提高锡-碳复合负极材料的关键。其中,以Sn-Co-C为基础的多元复合负极材料最有可能走向市场应用。     

锂离子电池Sn基合金负极材料

发展高安全性、高能量、低成本、长寿命锂离子电池是当前动力电池应用面临的巨大挑战。电池的性能主要取决于正负极电极材料的性能。Sn基合金负极具有高能量和安全特性,是一种很有产业化前景的锂离子电池负极材料。本文综述了Sn基合金电极作为锂离子电池负极的最新研究进展,对Sn基合金负极的不同制备方法进行了总结,重点介绍了锡基合金负极材料在电化学性能方面所存在的问题及其原因,包括锡基活性物质的损失、SEI膜和氧化膜的形成、纳米粒子的团聚和锂离子嵌入过程中死锂的产生等影响合金充放电性能的因素,最后展望了以提高Sn基合金负极电化学性能为目的的研究趋势。     

层状钛硅酸盐化合物作为锂离子电池负极储能材料

锂离子二次电池是手提设备的重要电力来源。近年来,人们为了寻找更新颖更好的锂离子电极材料,开始研究晶形离子交换材料,这种材料具有开放孔道,能够让离子在多孔框架里自由的进出。一种具有层状结构的钛硅酸盐Na-JDF-L1(Na₄Ti₂Si₈O₂₂·4H₂O)经过离子交换后被用作锂离子负极材料。它在循环200次后放电容量保持在364 mAh·g^-1,并且库伦效率约为100%。通过将TiO₂引入Li(Na)-JDF-L1中,有效的提高了材料的首次库伦效率和倍率放电性能。     

第一性原理计算在锂离子电池负极材料中的应用

本文综述了第一性原理计算在锂离子电池负极材料中的应用,包括锂离子在负极材料上的吸附和相互作用、结构稳定性、锂离子的扩散、电池反应过程的模拟和实验现象的解释. 第一性原理计算在研究和设计锂离子电池负极材料,特别是其容量、电压、反应过程、扩散、倍率充放电、结够与性能对应关系等方面,已发挥了重要的作用. 随着计算机技术的发展,第一性原理计算将可更深刻地反映负极材料的电化学可逆嵌/脱锂本质.     

层状钛硅酸盐化合物作为锂离子电池负极储能材料

锂离子二次电池是手提设备的重要电力来源。近年来, 人们为了寻找更新颖更好的锂离子电极材料, 开始研究晶形离子交换材料, 这种材料具有开放孔道, 能够让离子在多孔框架里自由的进出。一种具有层状结构的钛硅酸盐Na-JDF-L1(Na₄Ti₂Si₈O₂₂·4H₂O)经过离子交换后被用作锂离子负极材料。它在循环200次后放电容量保持在364 mAh·g^-1, 并且库伦效率约为100%。通过将TiO₂引入Li(Na)-JDF-L1中, 有效的提高了材料的首次库伦效率和倍率放电性能。     

锂离子电池硅纳米线负极材料研究

采用涂膜法和直接生长成膜法分别制备两种硅纳米线电极.XRD、SEM和充放电曲线表征、观察和测定材料嵌锂状态过程的结构、形貌及电化学性能.与涂膜法相比,直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有较高的比容量、良好的循环寿命及较好的倍率性能;直接生长成膜法制备的硅纳米线电极,其嵌锂过程硅由晶态逐渐转变为非晶态,且其纳米线直径逐渐增大,但线状结构仍保持完好,进而防止了电极粉化和脱落.     

锂离子电池Sb基负极材料研究进展

Sb基材料作为一类合金机制的锂离子电池负极材料,因具有比容量高、安全性好等优点受到广泛关注。 然而,由于Sb基负极材料在充放电过程中的体积效应和本身导电性较差等问题导致的循环性能不理想,制约了其作为锂离子电池负极材料的商业化应用。 本文综述了近年来在锂离子电池Sb基各类负极材料方面的研究进展,重点介绍了它们的反应机理、合成方法及电化学性能,并对Sb基负极材料的发展方向进行了展望。     

锂离子电池硼酸盐电极材料的研究进展

硼酸盐作为新一代锂离子电池电极材料,其具有摩尔质量小、资源丰富、环境友好和理论比容量高等优点.本文对LiFeBO3、LiMnBO3和LiCoBO3等硼酸盐正极材料以及Fe3BO6、FeBO3、Cr3BO6、Co2B2O5、Cu3B2O6和VBO3等硼酸盐负极材料的结构、制备方法、电化学性能的研究现状进行了综述,并对存在的主要问题提出了改进方法.     

锂离子电池Si@void@C复合材料的制备及其电化学性能

以纳米Si颗粒为核心,正硅酸四乙酯(TEOS)为SiO_2源,采用Stober法在Si表面包覆一层SiO_2,再以多巴胺为碳源,通过碳化处理将SiO_2表面的聚多巴胺层转化成碳层。最后,用HF刻蚀SiO_2并留下空隙,得到Si@void@C复合纳米颗粒。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,Si@void@C负极材料充放电循环100次后充电比容量仍然有1 319.5 mAh·g~(-1),容量保持率为78.4%,表现出优异的电化学性能。     

锂离子电池Si@void@C复合材料的制备及其电化学性能

以纳米Si颗粒为核心,正硅酸四乙酯（TEOS）为SiO₂源,采用Stober法在Si表面包覆一层SiO₂,再以多巴胺为碳源,通过碳化处理将SiO₂表面的聚多巴胺层转化成碳层。最后,用HF刻蚀SiO₂并留下空隙,得到Si@void@C复合纳米颗粒。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明,在0.1 A·g^-1电流密度下,Si@void@C负极材料充放电循环100次后充电比容量仍然有1 319.5 mAh·g^-1,容量保持率为78.4%,表现出优异的电化学性能。     

锂离子电池MnO/TiN负极研究

以乙酸锰和钛酸四丁酯为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备钛酸锰（MnTiO3）粉体,而后将其粉体高温氨气氮化,可得到MnO/TiN复合材料. 使用X射线衍射（XRD）、X射线能量色散谱（EDS）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）表征材料的物相结构与组分、观察其形貌. 采用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗方法测试电极电化学性能. 结果表明,MnO/TiN电极在100 mA?g-1和1 A?g-1倍率放电下,比容量分别为394 mAh?g-1和146 mAh?g-1,均高于单纯MnO电极比容量和倍率性能,这归因于复合材料中的TiN提供了导电网络,并有效地抑制了电极在充放电过程中的体积膨胀效应.     

纳米锡/硬碳复合材料作为嵌锂负极的研究

利用金属铁和钴纳米颗粒的催化活化作用,制备了多孔硬碳球.应用聚焦离子束切割技术,观察到扩孔后的硬碳球中充满彼此连通的发达中孔.在此多孔硬碳球中填入纳米锡(Sn)颗粒,对复合材料的电化学性能进行了测试.     

Facile Synthesis of Porous Mn2O3 Nanoplates and Their Electrochemical Behavior as Anode Materials for Lithium Ion Batteries

Porous Mn₂O₃ nanoplates were prepared by a facile polyol solution method combined with a simple post‐annealing process. The porous Mn₂O₃ nanoplates were characterized by XRD, field‐emission SEM, high‐resolution TEM, and N₂ adsorption/desorption isotherm measurements. The formation process for the Mn₂O₃ nanoplates was proposed as a morphology‐conserved transformation strategy. These porous nanoplates exhibited improved electrochemical performance with excellent cycling stability and good rate capability when applied as anode materials in lithium ion batteries.     

磷酸铁锂表面碳包覆研究进展

橄榄石结构的LiFePO₄具有电压平台平稳、价格低廉、原料丰富和环境友好等优点,得到了人们的广泛关注. 然而,纯LiFePO₄的离子和电子导电性较差,其大范围应用受限. 研究表明,对LiFePO₄表面进行碳包覆可以有效提升其电化学性能. 结合国内外研究现状,本文综述了不同的碳包覆方法、碳源种类对LiFePO₄电化学性能的影响,以及碳包覆提升LiFePO₄正极材料电化学性能的作用机制.     

空心碳半球锂离子电池负极的高倍率性能研究

以聚苯乙烯球为模板,通过水热法包裹硬碳层,又用微波法迅速引发聚苯乙烯核裂解的两步反应,制备了高比表面的空心碳半球.采用扫描电镜和透射电镜观察材料形貌,并测试该负极的电化学性能.在高倍率充放电条件下,与石墨、中间相碳微球电极相比,空心碳半球显现出了更高的容量和优异的寿命.     

锂离子电池电极材料磷酸氧钒锂的研究进展

介绍了磷酸氧钒锂(α-LiVOPO4、β-LiVOPO4和αⅠ-LiVOPO4)电极材料的结构和电化学性能;综述了现有的LiVOPO4电极材料的合成方法(包括高温固相法,化学还原法,溶胶-凝胶法,溶剂热法,离子交换法等)及其改性研究现状。最后对其未来的发展趋势进行了展望。