基于原位电化学石英晶体微天平技术的硅基负极粘结剂性能分析

粘结剂是锂离子电池硅基负极材料的重要组成部分,与锂离子电池的性能密切相关.本研究选取两类不同作用机制的典型粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和海藻酸钠(ALG),通过原位与非原位结合的方式对不同作用机制的粘结剂对硅电极充放电过程电化学行为的影响进行了初步探讨.首先利用恒电流充放电测试、循环伏安法、交流阻抗法和扫描电子显微镜...     

锂离子电池高比容量负极用粘结剂

随着锂离子电池向高比能量方向发展,传统的石墨负极材料将逐渐被合金、金属氧化物等高比容量负极材料所取代。高比容量负极材料在循环过程中易产生较大的体积变化,从而导致电极循环性能衰退,限制了其实际应用。除从材料本身入手外,变换粘结剂是改善高比容量负极材料电化学性能的有效途径。本文对近十年来锂离子电池高比容量负极用粘结剂的发展进行了总结。对聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂进行改性处理,提高其黏弹性,可以显著改善电极的电化学性能。与PVDF相比,水性羧甲基纤维素(CMC)粘结剂可以明显提高Si基电极的电化学性能。CMC用作高比容量负极材料粘结剂明显优于PVDF的原因包括其利于电极浆料分散、与电解液不反应以及能够与活性物质之间形成化学键(共价键或氢键)等。同时,CMC本身的结构参数(分子量、取代度、阳离子)、CMC加入量、浆料pH值及电极孔隙率均对CMC电极的性能具有重要影响。聚丙烯酸(PAA)及海藻酸钠粘结剂由于含有更多的羧基(—COOH)基团,对高比容量负极材料具有更好的效果。其他新型粘结剂在高比容量负极性能的提升方面也具有较大潜力。     

柔性锂离子电池的电极

科技进步使可穿戴设备等便携式电子产品得到了快速发展,柔性电池作为其核心部件,受到越来越多研究者的关注。锂离子电池因具有良好的循环稳定性和较长的使用寿命等优点,成为各类产品的主要电源。为满足电子产品柔性化、微型化发展需求,开发高能量密度的柔性锂离子电池成为亟待解决的问题,作为其关键材料之一的柔性电极是重要的研究方向。本文阐述了柔性锂离子电池电极的研究进展,包括基于自身带有电化学活性的碳材料、Mxene材料的一体化柔性电极,基于非电化学活性的聚合物材料、纺织材料、金属基的一体化柔性电极,以及为满足可穿戴设备可编织和大尺寸形变使用需求的宏观柔性新型电极结构设计,分析并探讨了柔性电极目前存在的问题,以期为未来高能量密度柔性锂离子电池的研究提供新的思路。     

聚酰亚胺作为锂离子电池硅基负极粘结剂的研究进展

硅基负极材料是提升锂离子电池能量密度的重要材料基础,负极粘结剂性能的优劣是影响硅基负极材料推广应用的关键因素。本文全面综述了锂离子电池负极粘结剂材料的研究及应用进展,详细阐述了粘结剂对于硅基负极材料及锂离子电池电化学性能的影响,简要介绍了目前常用的羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸盐(Alg)三种硅基负极粘结剂的特点,重点讨论了聚酰亚胺(PI)材料作为负极粘结剂的优势,其分子结构可设计、形变可逆、高强高模等优点有望抑制硅基负极体积膨胀并避免颗粒粉化,系统综述了目前PI在硅基负极粘结剂中的研究进展。在此基础上,为PI粘结剂后续研究提供了新的方法策略,为锂离子电池负极粘结剂的开发和应用提供了新的设计理念。     

高性能硅基负极聚合物粘结剂的研究进展

硅（Si）由于其具有超高理论比容量而成为最有前途的下一代锂离子电池的负极材料。但是,锂离子的嵌入和脱出会造成硅体积的巨大变化,进而导致Si的粉化,致使电极容量产生不可逆的衰减,严重限制了硅基材料的广泛应用。然而过去的大量报道表明,聚合物粘结剂可以有效克服由于硅微粒的体积膨胀而产生的“孤岛效应”,保持电极在充放电过程的完整性,进而提高电极的电化学性能。对聚合物粘结剂按结构分类,可以将其大致分为4类,即线型、支化型、交联网络型及共轭型。不同分子结构的粘结剂用作硅基负极粘结剂时,电极表现出不同的电化学性能。特别是设计出具有多种分子结构的聚合物粘结剂,极大地促进了硅基负极的实际应用。通过对比具有不同分子结构的聚合物粘结剂用于硅基负极取得的效果,可以清晰地得到最有效的分子结构,对未来硅基负极聚合物粘结剂的开发提供思路。最后,本文提出了下一代聚合物粘结剂的设计方向,以促进其向可大规模应用和工业化生产的方向发展。     

锂电池极片微结构优化及可控制备技术进展

锂离子电池是应用最广泛的电化学储能器件,目前,经济的快速发展对其提出了更高的要求。 电极微观结构对电池性能影响显著,电极微结构精细设计及可控制备成为锂离子电池领域的研究热点之一。 本文结合锂离子电池最新发展趋势,总结了锂离子电池电极反应基本过程及电极微结构的表征技术,然后概述了近几年电极微观结构的设计与优化,并分析了电极微结构的关键特征。 基于理想的电极结构,综述了电极可控制备技术的最新进展。     

锂离子电池电化学反应模型研究进展浅析

锂离子电池已成为重要的电化学能源储存设备,其性能的评估与监测对实际应用有着重要的指导意义。锂离子电池电化学反应模型是评估电池性能的有效手段。本文介绍了文献中依据电化学反应、离子扩散及电迁移过程建立的原始物理模型,通过引入电极副反应,两相反应,应力和能量等因素,进一步发展的锂离子电池电化学反应模型。较详细的说明了这些模型的电池充放电过程、锂离子浓度分布、电流分布、电极材料荷电状态、应力及循环容量衰减等模拟在电池实际运行中的应用。简要的介绍了物理模型的数学处理和简化,比较了各种处理方法的优缺点。     

结构可控的炭基材料在锂离子电池中的应用

为了满足人们对高性能锂离子电池的需求,对电极材料进行结构设计和表面改性非常重要。基于炭材料独特的优势,通过使用炭材料或是制备炭基复合物能够极大地提高锂离子电池的电化学性能。基于本实验室的研究基础,本文总结了炭基材料在锂离子电池应用领域所发挥的重要作用,综述了炭材料和炭基复合材料作为锂离子电极材料的研究进展,着重阐述了通过引入炭材料和控制材料结构来提高电池电化学性能。在炭负极材料方面,主要概述了新型炭负极材料(碳纳米管、石墨烯和无定形炭)的各种形貌结构对电 化学性能的影响及各自的优缺点。在含炭复合电极材料方面,详细介绍了正负极复合材料的制备方法、结构设计、形貌控制及复合物中炭对于提高正负极活性材料的导电性和结构稳定性所发挥的积极作用。最后,对于炭基材料在锂离子电池领域需要解决的问题进行了探讨,以期提高锂离子电池的应用性能。     

锂离子电池的电化学阻抗谱分析研究进展

锂离子电池的电化学阻抗谱（EIS）是研究电化学系统最有力的实验方法之一,在过去的20多年中,EIS 被广泛应用于锂离子电池研究和生产领域,包括研究电极界面反应机理和容量衰减机制,测定相关电极过程动力学参数和电池的健康状态、荷电状态以及电池的内阻。本文分析了锂离子电池中电极极化过程包含的3 个基本物理化学过程———电子输运、离子输运和电化学反应过程,探讨了每一基本物理化学过程包含的步骤及其EIS 谱特征,详细论述了与电子输运相关的基本物理化学过程———接触阻抗和感抗产生的机制;介绍了多孔电极理论及其在锂离子电池中的应用,阐述了基于多孔电极理论进行阻抗谱数值模拟的建模原理与方法。 综述了石墨、硅、二元3d 过渡金属氧化物、LiCoO₂、尖晶石LiMn2O4、LiFePO4、尖晶石Li4Ti5O12、过渡金属氟化物材料等电极的典型阻抗谱特征和各时间常数的归属问题。最后讨论了EIS现存的问题及未来的发展方向。     

锂离子电池电极材料选择

商用锂离子电池发展至今已有20年,为了满足不同方面的社会需求,人们迫切需要新型锂离子电池电极材料.本文首先简要介绍了锂离子电池的相关知识,随后对多种新型锂离子电池正负极材料的制备、改进方法及电化学性能做了详细介绍,最后对各种电极材料的优缺点进行了简要的总结.本文还对锂离子电池在未来的应用进行了展望,以期待锂离子电池更好...     

对聚苯树脂炭化产物作为锂离子电池碳电极材料的研究Ⅱ.炭化产物制备的电极材料组装的锂离子电池电化学性能

电化学性质;对聚苯树脂炭化产物作为锂离子电池碳电极材料的研究Ⅱ.炭化产物制备的电极材料组装的锂离子电池电化学性能     

对聚苯树脂炭化产物作为锂离子电池碳电极材料的研究Ⅱ.炭化产物制备的电极材料组装的锂离子电池电化学性能

电化学性质;对聚苯树脂炭化产物作为锂离子电池碳电极材料的研究Ⅱ.炭化产物制备的电极材料组装的锂离子电池电化学性能     

原子尺度锂离子电池电极材料的近平衡结构

锂离子电池充放电过程中电极材料的结构变化与材料的电化学反应机理和性能密切相关.通过在原子尺度上直接观察脱/嵌锂前后电极材料的近平衡微观结构,有助于从更深层次认识电极反应机理和性能演化规律,对于全面理解材料的电化学行为以及改善锂离子电池性能具有重要的指导意义.本文详述了球差校正扫描透射成像技术在研究电极材料表界面结构及反应机理方面的进展,探讨了未来建立电极材料原子尺度结构与性能相关联可能的研究方向.     

锂离子电池的电化学阻抗谱分析研究进展

锂离子电池的电化学阻抗谱( EIS) 是研究电化学系统最有力的实验方法之一,在过去的20多年中,EIS被广泛应用于锂离子电池研究和生产领域,包括研究电极界面反应机理和容量衰减机制,测定相关电极过程动力学参数和电池的健康状态、荷电状态以及电池的内阻。本文分析了锂离子电池中电极极化过程包含的3个基本物理化学过程——电子输运、离子输运和电化学反应过程,探讨了每一基本物理化学过程包含的步骤及其EIS谱特征,详细论述了与电子输运相关的基本物理化学过程——接触阻抗和感抗产生的机制;介绍了多孔电极理论及其在锂离子电池中的应用,阐述了基于多孔电极理论进行阻抗谱数值模拟的建模原理与方法。综述了石墨、硅、二元3d过渡金属氧化物、LiCoO_2、尖晶石LiMn_2O_4、LiFePO_4、尖晶石Li_4Ti_5O_(12)、过渡金属氟化物材料等电极的典型阻抗谱特征和各时间常数的归属问题。最后讨论了EIS现存的问题及未来的发展方向。     

聚合物锂离子电池界面相容性的研究进展

聚合物锂离子电池作为储能装置在电子产品中具有广泛的应用前景。电极/聚合物电解质(E/P)界面相容性是影响聚合物锂离子电池电导率、安全性、机械性能的重要影响因素之一。研究E/P界面的电化学反应及形成机理,是解决相容性问题的关键。本文综述了近年来有关聚合物锂离子电池E/P界面相容性及相关研究技术的进展,并对聚合物锂离子电池界面相容性的相关研究进行了展望。     

聚合物锂离子电池界面相容性的研究进展

聚合物锂离子电池作为储能装置在电子产品中具有广泛的应用前景。电极/聚合物电解质(E/P)界面相容性是影响聚合物锂离子电池电导率、安全性、机械性能的重要影响因素之一。研究E/P界面的电化学反应及形成机理,是解决相容性问题的关键。本文综述了近年来有关聚合物锂离子电池E/P界面相容性及相关研究技术的进展,并对聚合物锂离子电池界面相容性的相关研究进行了展望。     

Fe2O3锂离子电池负极材料研究进展

Fe2O3锂离子电池负极材料因其具有的高能量密度而备受关注。但Fe2O3电极材料存在的如低导电性、充/放电过程中体积改变导致的循环稳定性差等问题限制其实际应用。介绍了高比表面积、结构稳定以及储锂动力学等因素对锂离子电池负极材料电化学性能的重要影响,综述电极活性材料纳米化、形貌控制和杂原子掺杂对Fe2O3负极材料电化学性能改善的相关研究进展,最后对Fe2O3电极材料的发展前景进行了展望。     

磷基锂离子电池电极材料进展

磷基锂离子电池能量密度高、资源丰富、价格低廉,在人们的日常生活中得到了广泛的应用。本文综述近年来磷基锂离子电池电极材料的研究进展以及不同类型电极材料的电化学性能,并对未来的研究方向进行展望。     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

锂离子电池的电化学阻抗谱分析

电化学阻抗谱(EIS)是研究电极/电解质界面发生的电化学过程的最有力工具之一,广泛应用于研究锂离子在锂离子电池嵌合物电极活性材料中的嵌入和脱出过程。本文从分析嵌合物电极的EIS谱特征入手,探讨了电化学阻抗谱中各时间常数的归属问题,重点讨论了与锂离子嵌脱过程相关的动力学参数,如电荷传递电阻、活性材料的电子电阻、扩散以及锂离子扩散迁移通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的电阻等,对电极极化电位和温度的依赖关系。