纳米硅担载提高锂-碳复合负极的电化学性能

<正>1背景介绍金属锂作为锂离子电池负极,具有极高的比容量和极低的还原电势,也可和不含锂源的正极材料搭配做成如锂-硫,锂-氧气等电池,是发展下一代高能量密度电池的关键材料。从上个世纪七十年代开始,研究者们就开始了金属锂负极的研究~(1–3)。     

一维棒状ZnO的制备及电化学嵌锂性能研究

目前,商业化锂离子电池一般采用石墨作为负极材料,因其电位与金属锂电极的电位很接近,所以当电池反复循环和过充时,石墨表面易析出金属锂,会因形成枝晶而短路。在温度过高时还容易引起热失控。同时,锂离子电池的容量在很大程度上取决于负极的锂嵌入量,而且石墨材料容量相对较低     

炭材料作为贮锂负极的研究

近两年来,有报道采用炭负极与正极嵌入化合物组成的锂离子电池。这类电源的特点是正负极均采用嵌入化合物,电池充放电过程分别为锂离子在两极间嵌入脱出,以贮存释放电量。由于锂离子电池没有金属锂,电池的循环性能和安全性能大为改善。 适合于作锂离子电池负极的炭材料应具有贮锂容量大,可逆性好及自放电低等特点。由于炭的结构和性质随原料来源及制备方法不同,表现在嵌锂行为上差别显著。在比较多种国产     

锂离子电池高容量合金复合负极材料的研究新进展

随着锂离子电池的应用范围向薄膜电池、储能和动力电池等方面扩展，对电池的能量密度和使用寿命提出了更高的要求，电极材料是决定这些性能的关键。目前商业化的锂离子电池负极材料主要是中间相炭微球和改性石墨。它们的比容量，尤其是体积比容量不够高。而且，由于它们的嵌锂电位接近金属锂，快速充电时容易在电极表面析出锂并产生锂枝晶，有安全隐患。因此，寻求新的高性能负极材料一直是锂离子电池研究的重要方向。     

高能量密度锂二次电池电极材料研究进展

锂离子电池是目前广泛应用的高能量密度小型二次电池,但随着其应用领域突飞猛进的发展,迫切需要进一步提高其能量密度.本文介绍了近年来高能量密度锂离子电池正、负极材料及新型高能量密度锂二次电池体系方面的研究进展;结合本实验室的研究工作,着重介绍了高容量正、负极材料的选择、微纳结构设计、表面包覆和合成策略;讨论了锂硫电池、锂空气电池等高比能金属锂二次电池的未来发展方向.     

脉冲充电提高锂金属电池稳定性的关键分子机理

正锂离子电池目前已广泛应用于可便携电子设备、无人机和电动汽车等领域~1,但其石墨负极较低的能量密度制约了锂离子电池的进一步发展~2。开发高能量密度的负极材料开发是解决当前锂离子电池能量密度低的关键。在所有的负极材料中,金属锂由于其高能量密度和低还原电势,展现出良好的应用前景~3。然而锂金属负极在充放电过程中由于锂枝晶生长造成的循环稳定性差和安全性     

金属锂枝晶生长机制及抑制方法

金属锂负极以极高的容量（3860 mAh ·g^-1）和最负的电势（-3.040 V vs标准氢电极）而被称为二次锂电池"圣杯"电极。以金属锂为负极的金属锂电池是极具前景的下一代高比能电池（比如锂硫和锂氧电池等）。然而,在锂离子反复沉积和析出过程中,金属锂负极表面容易生长出锂枝晶,并发生粉化,大大降低了电池的利用率,造成安全隐患,缩短电池使用寿命。本综述针对金属锂的枝晶问题开展评述。首先介绍金属锂负极的工作原理和存在的挑战;其次,评述金属锂负极的枝晶生长模型;再次,总结近年来针对抑制金属锂负极枝晶生长的研究进展。最后,总结全文并对金属锂负极的研究进行了展望。该综述尝试总结金属锂负极近些年在理论和技术上的进步,并为金属锂电池的实用化研究提供借鉴。     

硅材料在锂离子电池负极中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.论文综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅和含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.     

定量的复合金属锂作为三维泡沫锂电极用于锂电池的研究

金属锂作为电池的负极材料具有极高的比容量和极低的氧化还原电位,能够显著提升电池的能量密度。然而,金属锂负极在实际应用中所面临的主要问题是锂枝晶、界面副反应和电极体积变化大的难题。在本文中,我们提出了一种通过将定量的金属锂与三维骨架进行复合形成三维泡沫锂负极的策略,并利用三维泡沫锂来抑制锂枝晶的生长和缓解电极的体积变化。因此,三维泡沫锂电极有利于金属锂负极的高效利用,并能借助其与平面锂箔相比更高的比表面积和更多的反应位点来提升电池的倍率性能。因此,通过采用三维泡沫锂,对称电池的循环寿命和倍率性能都得到了有效的提升。EIS数据结果表明,三维泡沫锂能够减小对称电池的电荷转移阻抗。而且,将三维泡沫锂作为负极组装的LTO全电池,与锂箔作为负极相比,循环1000周平均放电比容量从65 mAh·g^-1提升至121 mAh·g^-1。     

基于三维亲锂材料的高稳定金属锂负极的构筑

金属锂具有超高理论比容量密度(3680 mA·h·g^?1)和低还原电位(?3.04 V vs.SHE),被认为是高能量密度电池负极材料的“圣杯”.然而,由于锂枝晶不可控生长和对电解质高反应性导致的库仑效率低、循环寿命短及内短路等问题严重制约着金属锂负极的实用化进展.在实际的电化学体系中,集流体作为金属锂沉积/脱出的基底,其表面性质对锂负极的循环稳定性起着至关重要的作用.本文从负极、集流体表面成分以及微结构设计两方面系统总结了构建三维亲锂骨架材料的改性策略.利用金属、金属氧化物、杂原子掺杂、聚合物材料及有机框架材料等高亲锂材料对集流体和负极的界面及结构进行针对性调控修饰,可以有效调控金属锂的电沉积,推进金属锂负极在高能量密度电池体系中的实用化进程.     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅱ.具有“核壳”结构的碳及其对电池性能的影响

以具有气相碳化形式的精制煤焦油沉积碳为壳层材料、人造石墨（ＡＧ）及中间相石墨微球（２８００℃）为核材料制备了核壳结构的碳及碳电极．核壳结构碳及核壳结构碳电极的充放电研究表明碳负极的稳定充放电容量及首次充放电效率都得到了较大的改善,循环伏安研究表明在０．７Ｖ（ｖｓＬｉ＋／Ｌｉ）左右用于形成碳电极表面钝化膜的溶剂的还原分解峰显著减小,显示了核壳结构碳材料电极对电极表面钝化膜的影响作用,Ｘ射线衍射研究揭示了石墨及石墨电极上的无定形碳壳层的存在     

LiNi0.8Co0.2-XMXO2的合成和电化学性能研究

锂离子电池手机、笔记本电脑、电动汽车技术、医疗仪器电源以及宇宙空间等领域。目前商品化锂离子电池正极活性材料主要是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4,及其掺杂化合物。LiNiO2具有比容量高,功率大、价格适中等优点,但也存在合成困难,热稳定性差等问题,其实用化进程一直比较缓慢。     

锂钛复合氧化物锂离子电池负极材料的研究

采用 3种化学方法合成锂钛复合氧化物 .应用X -射线衍射分析对其结构进行表征以及电化学性能测试 ,结果表明 :由Li2 CO3、TiO2 高温合成的锂钛复合氧化物为尖晶石结构的Li4Ti5 O12 .Li4Ti5 O12 电极在 1 .5V左右有一放电平台 ,充放电可逆性良好 ,即充电电压平台与此接近 ,且电极的比容量较大 ,循环性能良好 .以 0 .30mA·cm- 2 充放电时 ,首次放电容量可达 30 0mAh·g- 1,可逆比容量为 1 0 0mAh·g- 1,经多次充放电循环后 ,其结构仍保持稳定性 .试验电池测试表明 ,Li4Ti5 O12 可选作Li4Ti5 O12 /LiCoO2 锂离子电池的负极材料 .     

溶胶-凝胶法制备LiCoPO4及其电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了高电位正极材料LiCoPO4,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及充放电测试考察了不同烧结条件下产物的晶体结构、微观形貌以及电化学性能.实验结果表明:在650°C下烧结12h所制备的样品为单一橄榄石型结构的LiCoPO4,产物颗粒细小(0.2-0.4μm)且分布均匀,同时具有最佳的电化学性能,其在1C倍率下的放电比容量可达到122.7mAh.g-1.此外,产物在充放电过程中均呈现两个电压平台,且随着放电倍率的增加,两个电压平台之间的区分逐渐明显,分析认为,这与充放电过程中锂离子的两步脱嵌行为有关.     

石墨/LiCoO_2电池充放电过程电极活性材料结构演变研究

利用X射线衍射分析(XRD)详细地研究了石墨/LiCoO2体系18650型锂离子电池充放电过程中正负极活性材料的晶体结构和微结构的变化.结果发现,在电池充电过程中,锂嵌入石墨层中,优先进入碳原子六方网格面间的间隙位置,导致石墨的点阵参数a和c,以及微应变ε增加和堆垛无序度P的变化,电池充电至20%后负极中形成Li-C化合物;电池充电时,正极LiCoO2中处于(000)位的Li原子优先脱离晶体点阵,随着正极材料脱锂量的增大,其晶格参数a减小,c增大,微应变ε也随之增加.LiCoO2在整个充电和放电过程中均未发生相变.最后,讨论了锂离子电池的导电机制.发现,充电时,锂离子的迁移从负极-电解液界面开始;放电时,其迁移从正极-电解液界面开始;在充放电过程中,正负极活性材料的嵌脱锂都有一个从活性材料颗粒表面到内层的过程.电池的充放电过程不完全可逆.     

A new anode material LiMoS2 for use in rechargeable Lithium Ion Batteries

The novel applications of molybdenum disulfide in recent research were reviewed, such as in lubricant, catalyst and photoelectrochemical solar cells. Recently, we found that LiMoS2 is a good candidate for new anode materials for lithium ion batteries with high lithium storage capacity.Here, the anode material LiMoS2 was synthesized by a hydrothermal method at 150℃ and the electrochemical characterization as an anode material for lithium ion batteries was examined.put in Teflon-lined stainless steel autoclaves of capacity 40 mL. Distilled water was used to fill the autoclaves to 70 % of the total volume. The autoclaves were maintained at 150℃ for 24 h and then cooled naturally. The resulting dark-gray powders were filled and washed with distilled water,diluted hydrochloric acid and ethanol, successively. The final products were dried at 80℃ for 24 h.The powder X-ray diffraction pattern showed the prepared LiMoS2 was amorphous structure. A test cell using LiMoS2 as the active material was discharged and charged between 3 and 0.01 V with respect to Li metal at a constant current density of C/5 (that is, one lithium per formula unit in 5 hours). During the first discharge, the potential rapidly drops to reach a large plateau at 2.2 V, then slowly drops to the other plateau at 0.8 V, and then continuously decreases down to 0.01V. There is only a plateau at 1.35 V in the subsequent discharge curves. The plateaus of charge potential appear at about 1.9 V.The irreversible loss was 41% in the first cycle. The ratio of discharge and charge is more than 99%in the subsequent cycles. Moreover, the ratio of discharge and charge almost reaches 100% after thedemonstrated that LiMoS2 has a very high capacity and a good cycle-ability as an anode material forlithium ion batteries.     

Mg^2＋掺杂对锂离子正极材料Li3V2（PO4）3的影响

随着市场对锂离子电池(LIB)需求的日趋增长,对电极活性物质的要求也在朝着高能量密度、低成本、安全稳定、环境友好的方向努力,其中正极材料相对负极材料的发展较为缓慢,成为制约LIB发展的瓶颈。NASICON结构的Li3V2(PO4)3属于单斜晶系,相对金属锂具有很高的电势,理论容量高达19     

LiF-Ni纳米复合薄膜的电化学性能研究

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了LiF-Ni纳米复合薄膜, 用充放电和循环伏安实验测量了该薄膜的电化学性能. 首次充电容量为107 mAh•g−1, 它对应第一次释放锂的过程. 在充放电循环过程中, 锂的嵌入、脱出通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射得到证实. 这一结果为LiF可以由过渡金属Ni驱动分解提供了直接的实验证据.     

Studies of Nano－sized Co304 as Anode Materials for Lithium－ion Batteries

The structural evolution of the Co₃O₄ fine powders prepared by rheological phase reaction and pyrolysis method upon different temperature has been investigated using X‐ray diffraction (XRD) topography. The electrochemical performance of Co₃O₄ electrode materials for Li‐ion batteries is studied in the form of Li/Co₃O₄ cells. The reversible capacity as high as 930 mAh/g for the Co₃O₄ sample heat‐treated at 600 °C is achieved and sustained over 30 times charge‐discharge cycles at room temperature. The detailed information concerning the reaction mechanism of Co₃O₄ active material together with lithium ion is obtained through ex‐situ XRD topography, X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis and cyclic voltammetry (CV) technique. And it is revealed that a “two‐step” reaction is involved in the charge and discharge of the Li/Co₃O₄ cells, in which Co₃O₄ active material is reversibly reduced into xCoO(3 ‐ x)CoO and then into metallic Co.     

脉冲激光沉积CuF2薄膜的电化学性能

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了纳米结构的CuF2薄膜, 其充放电性能显示该薄膜具有540 mAh·g-1可逆容量, 对应于每个CuF2可与2.0个Li发生反应. 其循环伏安特性显示在2.2和2.8 V (vs Li/Li+)处出现了一对新的氧化还原峰. 充放电后薄膜的组成与结构通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射来表征. 结果揭示了纳米结构CuF2薄膜的电化学反应机理, LiF在过渡金属Cu的驱动下可以发生可逆的分解和形成.