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。     

基于三维集流体的无枝晶锂金属负极

随着电化学储能市场的迅猛发展, 当前商用锂离子电池难以满足人们对高能量密度储能器件的需求. 锂金属具有高比容量和低氧化还原电位等优点, 被认为是下一代二次电池的理想负极材料. 然而, 锂金属负极在充放电过程中会出现体积变化大、 枝晶生长、 界面不稳定等问题, 严重阻碍了其在二次电池中的实际应用. 三维多孔材料具有骨架/空间互穿网络结构、 比表面积大、 孔隙发达和机械性能好等物理特性, 用作金属锂负极的集流体, 在锂沉积/溶解过程中可以起到降低局部有效电流密度、 均匀电场分布和降低锂离子浓度梯度的作用, 有望实现锂的均匀成核和无枝晶沉积, 同时抑制了电极的体积膨胀. 尽管有关三维集流体的研究报道不断出现, 但综合系统评价现有各种三维集流体体系的工作鲜见报道. 本文聚焦锂金属负极三维集流体的构建及应用研究进展, 首先分析了三维集流体抑制锂枝晶生长的基本原理及局限性, 继而重点关注了三维集流体的结构调控、 表面改性和功能化等应对策略对锂成核、 沉积过程的影响, 并对不同材质三维集流体的优缺点进行了归纳总结. 最后, 面向实用化, 分析并展望了三维集流体应用于锂金属电池的发展前景.     

锂金属电池研究中对称电池的短路现象

锂金属是具有高能量密度的负极材料,是下一代高能量密度电池研究的重点。在锂金属负极的改性研究中,锂对称电池是最常用的测试对象,但判断其短路的依据尚未统一,因此存在部分对短路数据的解析错误。本文利用原位电池对锂沉积过程中由于枝晶生长导致的短路现象进行了描述,对锂金属对称电池在充放电过程中的短路现象进行了分类和讨论。通过区分硬短路、软短路及电池活化过程,提出了判断锂对称电池中枝晶生长及电池短路的依据,为判定锂金属负极改性方法的有效性提供参考。     

锂离子电池SiO_x(0<x≤2)基负极材料

随着锂离子电池向电动汽车、可再生能源储能系统等大型应用领域发展,锂离子电池的能量密度、功率密度等性能指标需要进一步提高。在负极材料方面,传统的石墨碳负极材料的比容量有限,已经难以满足高能量密度电池的需求。以Si基材料为代表的新型高比容量负极材料受到了人们的广泛关注。其中,Si Ox材料在发挥高比容量的同时,具有相比纯Si更小的体积变化,因而在循环寿命方面更具实用潜力。本文对目前报道的Si Ox基负极材料的研究工作进行总结,系统阐述了Si Ox材料的基本电化学性能、结构模型、电化学机理及合成方法,分类介绍了改进Si Ox材料电化学性能的各类措施,并对其中Si O及无定形Si O2材料进行了重点论述。研究表明,氧含量、歧化程度、表面状态等对Si Ox材料的电化学性能具有重要影响;界面团簇混合(ICM)结构模型可更好地对其电化学机理进行理解;通过与第二相(碳、金属、金属氧化物等)复合,造孔,表面改性(包覆、刻蚀等)及其他手段(改变粘结剂及电解液)可有效提升Si Ox基材料的首次库仑效率和循环性能;部分使用Si Ox基材料的全电池具有循环600次后容量保持率达90%的优秀循环性能。Si Ox基材料已成为一种在高比能量锂离子电池中极具应用潜力的负极材料。     

多孔聚合物在锂金属负极保护中的研究进展

锂金属负极具有极高的理论比容量和最低的还原电位, 因此锂金属电池被认为是最具潜力的高比能储能器件之一. 然而, 充放电过程中不受控制的枝晶生长、不稳定的界面反应与巨大的体积变化导致锂金属负极库伦效率低与循环稳定性差, 同时枝晶刺穿隔膜也会带来安全隐患, 这些问题极大地制约着锂金属电池的实际应用. 多孔聚合物由于比表面积大、密度低、孔结构与微化学环境易裁剪等特点, 能够有效促进锂离子传输和均匀沉积, 已逐渐成为“无枝晶”锂金属电池研究领域的“新宠”. 然而, 相关的研究依然处于起步阶段, 本综述从人工固体电解质界面膜、隔膜修饰层与锂负极结构设计三个方面对多孔聚合物在锂金属电池负极保护中的研究进行了介绍与评述.     

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。     

功能化固态电解质膜改性锂金属负极的研究进展

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^?1),低电极电位(?3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成枝晶,枝晶的生长会引发电池短路等安全问题,极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度,可调控锂离子在表面均匀沉积,促进离子传输,抑制枝晶生长,因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点,分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响,并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。     

锂离子电池锡基负极材料的研究进展

锂离子电池能够成功应用的关键在于锂离子可以可逆嵌入与脱出的负极材料的制备。本文按嵌锂方式分类介绍了锂离子电池的最新研究进展,并对锡基负极材料的研究情况进行了综述,同时,也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景。     

Sn基复合物类锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池能够成功应用的关键在于锂离子可以可逆嵌入与脱出的负极材料的制备。本文按嵌锂方式分类介绍了锂离子电池的最新研究进展,并对锡基负极材料的研究情况进行了综述,同时,也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景。     

高能量密度的锂离子混合型电容器

锂离子混合型电容器兼有锂离子电池和超级电容器的优点,在电化学储能领域具有广泛的应用前景. 但其产业化仍存在一系列的基础及工艺方面的问题,具体包括器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等. 本文结合作者课题组的研究工作介绍了近年来高能量密度的锂离子混合型电容器的研究进展,内容涉及锂离子电容器正/负极材料的筛选、预嵌锂工艺的优化、内并联结构的锂离子电池型超级电容器复合正极组成材料的调控、隔膜的选择、电解液的组成、以及器件的高/低温性能,分析了锂离子电容器的容量衰减机制,探讨了锂离子电池型超级电容器的储能机制,提出了未来对高能量密度的锂离子混合型电容器研究的展望.     

有序金属纳米壳材料

有序金属纳米壳结构特别是有序中空纳米壳及大孔结构兼具了光子晶体和金属纳米壳结构的光学特性,引起了国内外学者的广泛关注。本文详细介绍了有序金属纳米壳材料的制备方法与步骤,主要包括胶体晶模板的组装、所需金属壳层的制备以及胶体晶模板的去除三步,并对各步的制备方法及特点进行了描述。此外,本文还对金属纳米壳有序材料的各种应用进行了综述,简要分析了目前存在的问题并展望了今后该材料的研究方向。     

生物材料对重金属离子的吸附富集作用

介绍了重金属离子的生物吸附富集作用,从生物材料的类型、生物吸附的选择性、化学修饰与生物吸附、生物对重金属离子的浓缩富集作用和生物吸附的机理及模型等方面作了说明。利用生物材料可去除水体中的重金属离子。     

介孔金属膦酸盐杂化材料研究进展

介孔金属有机膦酸盐杂化材料由于同时结合了无机和有机组分的性质,可作为一种环境友好的多功能材料而备受关注. 介孔金属有机膦酸盐中的有机和无机组分不是简单的物理混合,而是在分子尺度上的融合. 合成膦酸盐所需有机前驱体主要为有机多聚膦酸及其相应的盐和酯类化合物,种类繁多,使得各种有机官能团被均匀地引入进金属膦酸盐的骨架中,呈现多功能作用,有效地扩展了其应用领域. 本文系统地综述了介孔金属有机膦酸盐的合成及在吸附、分离、催化、生物传感和药物控释等领域应用研究进展,并对介孔金属膦酸盐材料的发展方向和应用前景进行了展望.     

镁-过渡金属复合物正极材料

高能量密度、大容量、高工作电压、低成本、环境友好的二次电池是未来储能电池技术的发展方向。高比能的镁离子电池（MIBs）是以镁或镁合金为负极的二次电池,是一种重要的有望用于电动汽车的新型绿色储能电池。镁离子电池发展缓慢的主要问题是镁离子在正极材料中扩散速度慢。因此,本文综述了五类晶体结构的镁-过渡金属复合物类型（包括一维隧道结构、二维层状结构、三维尖晶石结构、三维NASICON结构、三维橄榄石结构）、制备方法、电化学性能等,还阐述了镁离子在固体中扩散行为及提高扩散速度的措施,最后展望了镁离子电池正极材料镁-过渡金属复合物的重要研究方向。寻找高电压（大于3 V）、高比能量、高可逆性的正极材料和与其匹配的电解液是实现镁离子电池第三次突破的关键。我们希望本文有利于更深入地了解镁离子电池正极材料,促进镁离子电池的发展。     

Electroluminochromic Materials and Devices Based on Metal Complexes

Electroluminochromism (ELC) refers to an interesting phenomenon exhibited by a material whose luminescent properties can be reversibly modulated under an electrical stimulus. Such a luminescence‐switching property has been widely used in various organic optoelectronic devices because it can simultaneously detect electrical and optical signals. Metal complexes are the promising candidates for ELC materials due to their sensitivity to an electrical stimulus. Herein, recent progress on electroluminochromic materials and devices based on various metal complexes has been summarized. Meanwhile, the applications of these complexes in data recording and security protection have also been discussed. Finally, a brief conclusion and outlook are presented, pointing out that the development of electroluminochromic metal complexes with excellent performance is important because they play a vital role in future intelligent optoelectronic devices.     

金属氧化物@金属有机骨架复合材料研究进展

金属有机骨架(Metal-Organic Framework,MOF)复合材料是一种新型功能性材料,其中金属氧化物@MOF复合材料因结合了金属氧化物和MOFs的许多特性而受到人们的广泛关注,成为近年来MOFs材料研究的一个重要方向。本文综述了金属氧化物@MOF复合材料制备方法的研究进展,主要包括外延生长法、气相沉积法、模板法等,并分析了它们各自的优缺点;概述了金属氧化物@MOF复合材料在催化、传感、生物医药、吸附与分离方面的具体应用性能,以及在电化学研究领域的潜在应用;并提出今后金属氧化物@MOF复合材料研究的主要方向是开发简单高效的制备方法、选取新功能性金属氧化物以及探索复合材料的其它新型结构,以拓展其在工业上的应用。     

高效、宽带发射有机-无机金属卤化物荧光材料

有机-无机金属卤化物作为一种新兴的发光材料,由于其高的发光效率以及宽的发射光谱等优点受到广泛关注。本文以有机-无机金属卤化物高效荧光材料为对象,根据金属阳离子种类对材料进行归类,探讨其高效发光机理,并提出改善该类材料发光效率的方法。总体而言,对于此类荧光材料的研究还处于起步阶段,其发光机理仍然存在争议,本文对当前主流发光机理进行了总结。最后,对于有机-无机金属卤化物荧光材料的发展前景进行了展望,旨在进一步推动该类材料在荧光转换发光二极管等领域的应用。     

液态金属催化剂:二维材料的点金石

由于石墨烯等二维材料具有独特的结构与优异的性能,其在众多新型电子器件的构建中具有重要的应用前景。然而,其可控生长仍然存在诸多挑战性的问题,这也是制约这类明星材料真正迈向应用的瓶颈所在。化学气相沉积法(CVD)是目前可控制备高质量石墨烯最有效的方法,其中催化基底的设计尤为重要,这将直接决定CVD最为核心的两个过程:催化和传质。相较于改变催化剂的化学组成,近年来我们发现改变催化剂的物态——由固态到液态,对石墨烯等二维材料的CVD过程有质的改变和提升。与固态基底相比,液态基底具有更松散的原子排列、更剧烈的原子迁移,使得液面平滑而各向同性,液相可流动且可包埋异质原子。这使得液态金属在催化石墨烯等二维材料及其异质结生长时表现出很多独特的行为,比如层数严格自限制、超快的生长速度、晶粒拼接平滑等。更重要的是,基底的液态特性给二维材料的自组装和转移带来了突破,实乃二维材料的点金石。本文将梳理液态金属催化剂上二维材料的生长、组装与转移行为,这些关键技术的突破将为二维材料迈向真正应用奠定坚实的基础。     

基于金属有机框架中空材料的研究进展

金属有机框架(MOFs)中空材料因其大的比表面积、低密度、较高的负载能力和良好的离子渗透性,如氢氧化物、磷化物、硫化物等纳米材料,在能源储存与转换领域有良好的发展前景。 本文主要总结了基于不同形貌MOFs中空材料的制备途径和形成机理,着重介绍了其在超级电容器、锂离子电池和电催化等方面的应用,最后论述了基于MOFs中空材料的未来发展前景和挑战。     

溶剂热法在金属基片上制备薄膜材料的研究进展

利用溶剂热法在反应性基片(金属基片)上制备无机微米(纳米)晶薄膜是最近发展起来的一种制备薄膜的新方法。该方法操作简单,可以通过调整溶剂、表面活性剂、温度等反应条件来控制薄膜的形状。作者通过实验用溶剂热法在铜基片上制备了Cu2Se薄膜。