钠离子电池电极材料研究进展

室温钠离子电池由于原料丰富,分布广泛,价格低廉,引起了人们的研究兴趣。然而,由于钠离子相对于锂离子较重且半径较大,这会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程,从而影响电池的电化学性能。因此研发先进的电极材料成为钠离子电池实用化的关键。本文中我们主要介绍了几种典型的钠离子电池电极材料,并对其最新的研究进展进行了简要综述,将为钠离子电池新型电极材料的研究提供基础。     

钠离子电池电极材料研究进展

室温钠离子电池由于原料丰富,分布广泛,价格低廉,引起了人们的研究兴趣。然而,由于钠离子相对于锂离子较重且半径较大,这会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程,从而影响电池的电化学性能。因此研发先进的电极材料成为钠离子电池实用化的关键。本文中我们主要介绍了几种典型的钠离子电池电极材料,并对其最新的研究进展进行了简要综述,将为钠离子电池新型电极材料的研究提供基础。     

锂离子电池正极材料的第一性原理

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好地满足这一需求.本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算、嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性.     

有机硼酸锂盐及亚硫酸酯类功能电解质材料

随着锂离子电池对高安全性、高容量、高功率等性能的技术需求,新型功能电解质材料的研究开发成为锂离子电池新材料领域研发工作的重点.本文对面向锂离子电池应用的功能电解质材料锂盐和添加剂的最新研究进展作了较为全面的阐述,其中重点介绍了本研究团队近年来在面向改善锂离子电池安全性能、提高其温度适应性、增强电解质与电极材料相容特性等...     

锂-空气二次电池关键材料与器件的设计与制备

锂-空气二次电池因拥有超高的理论能量密度及巨大的应用潜力, 有望替代锂离子电池成为下一代高性能化学 电源. 高效、稳定电极的制备以及新型锂-空气电池器件的开发是提升电池电化学性能, 促进其应用的关键. 针对以上 问题, 本文对空气正极材料的开发与设计、锂负极的修饰保护以及锂-空气二次电池器件进行了简要介绍, 并对该领域 进行总结展望     

锂离子电容电池关键电极材料

锂离子电容电池兼具锂离子电池和超级电容器的优势,凭借高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优势成为具有前景的新型储能系统。然而,电池型电极和电容型电极之间的动力学不平衡、能量密度不太理想和循环稳定性较差等关键问题仍然存在,若要有效解决该问题需要在该领域开发出新型正负极电极材料。因此,本文详细介绍了锂离子电容电池正负极材料(例如金属氧化物、碳材料、硫化物等)的研究进展以及技术路线,并针对目前存在的问题进行了分析,同时对电极材料未来的研究方向进行了展望,以及对其他化学电源的研究提供了新思路和手段。     

锂离子电池正极材料的第一性原理研究进展

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好的满足这一需求。本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,并对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算,嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性。     

基于软X射线光谱的锂电池材料的电子结构与演变的研究进展

开发新型高能量密度以及低成本的锂离子电池, 是有效应对能源危机和环境挑战的可行路径之一. 锂离子电池材料的电子结构与电子态的演化决定了材料诸多本征性质以及电池综合性能. 探测并操控电极材料电子态的演化对探求电极反应的物理机理、 促进电池材料发展具有重要意义. 基于同步辐射的软X射线光谱技术可以直接探测费米能级附近的电子态. 本文从阴阳离子氧化还原反应的不同角度对利用软X射线光谱对电子态演变的研究进行了总结, 获得了电极材料电化学循环过程中过渡金属与氧的电子态演化信息, 系统阐述并总结了不同锂离子电池材料中电子态的演化以及氧化还原反应机理的最新研究进展.     

高比能超级电容器的研究进展

与传统蓄电池相比,超级电容器具有高功率密度、长循环寿命和使用温度范围宽等优势,但其能量密度较低.本文对超级电容器的结构、分类以及发展状况进行了简要介绍,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器方面的相关工作.主要从两个方面来提高超级电容器的能量密度:(1)通过采用中性水系电解液、有机电解液和离子液体提高对称型碳基超级电容器的电压窗口;(2)应用非对称型超级电容器,即一个电极采用具有法拉第赝电容电极材料或电池电极材料,而另一个电极则采用具有双电层电容的电极材料.同时介绍了由锂离子电池电极材料/活性炭作为正极,石墨作为负极组成的锂离子混合型超级电容器.最后,对超级电容器的发展方向进行了展望.     

锂离子电池纳微结构电极材料系列研究

纳米储锂电极材料由于奇特的纳米效应与动力学优势,为锂离子电池的发展提供了新的机遇.本文介绍了锂离子电池电极材料的尺寸效应、形貌效应以及电极材料碳包覆的作用;并以作者的近期研究为主,着重讨论了几种"动力学稳定"的纳微结构电极材料和具有"三维混合导电网络"结构的高倍率电极材料.     

新型超级电容器的研发进展

传统超级电容器受低能量密度的限制,在当今器件研发中需更加关注电极材料结构-组成-性能研究。 本文总结了新型赝电容器的发展历程及其研发过程中存在的挑战与解决措施,着重从胶体离子超级电容器电极材料等新型的电极材料和氧化还原电解质两个方面进行综述。 原位合成的胶体离子超级电容器电极材料比非原位合成的电极材料具有更高的反应活性,并且以近似离子的状态存在,有效增加了电极材料的比容量。 氧化还原电解质的使用在不改变电极材料的前提下,进一步提高了超级电容器的能量密度。 初步介绍了新型锂离子电容器。 锂离子电容器同时使用电池型材料和电容型材料,可提高其能量密度。 依据当前超级电容器的研发现状,未来有望将电池材料和电容器材料结合使用,进而形成电池电容器或电容电池,使其同时具有高的能量密度和功率密度。     

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。     

柔性电池的最新研究进展

柔性电池作为新型柔性电子设备的关键部件,得到越来越多的关注.近年来,柔性锂离子电池取得了实质性的发展,并在卷曲式显示器、触摸屏、可穿戴动力传感器和可植入医疗装置等方面得到应用.本文主要介绍柔性锂离子电池的发展现状,分别从集流体、电极材料和电解质三部分进行阐述,特别介绍拉伸性能的实现途径,根据其不同的结构特点,可以分为波形结构、点阵互联结构、纺织结构、折纸结构和电缆式结构,并提出将柔性材料与新型结构相结合可以促进柔性电池发展.同时,也对其他柔性电池体系,如锂硫电池、燃料电池和太阳能电池等的最新发展进行简单概述.最后,对目前柔性电池的发展过程中存在的问题进行了总结,并对其未来的发展方向与面临的挑战进行展望.     

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。     

高产率/低成本制备一维纳米结构负极材料及其在锂离子电池中的应用

锂离子电池的性能在很大程度上由其电极材料决定.目前,商用的锂离子电池负极材料主要为石墨,其性能并不能满足下一代大容量/高功率锂电池的需求.尽管科研工作者在新型锂离子电池负极材料方面做了大量的研究,但距离其大规模应用仍然有诸多问题需要解决,其中最重要的问题之一为实现其高产率/低成本的规模化制备.本文重点介绍了本课题组在一维纳米结构负极材料规模化制备方面取得的进展,包括一维多孔三氧化二铁/四氧化三钴、一维多孔草酸盐和一维多孔铁酸锌.     

基于转化反应机制的锂离子电池电极材料研究进展

基于转化反应机制实现储锂功能的电极材料的研究和开发是提高锂离子电池性能,尤其是其可逆循环容量的重要方法,对于锂离子电池未来的发展有着非常重要的意义。本文综述近年来基于转化反应机制实现储锂功能的锂离子电池电极材料的研究进展,介绍了转化反应机制等新概念,重点讨论了基于转化反应机制实现储锂功能的简单过渡金属化合物电极材料的电...     

锂离子电池正极材料的结构设计与改性

正极材料是目前锂离子电池中锂离子的唯一或主要提供者,也是锂离子电池能量密度提高和价格降低的瓶颈.本文在简要介绍几类典型的正极材料结构、性能特点及存在的主要问题后,重点介绍本实验室近年来在正极材料的表面改性和结构设计方面的研究进展.     

室温钠离子电池关键材料研究进展

钠离子电池凭借钠资源丰富、价格低廉在大规模储能领域有着重要应用前景. 然而,钠离子相对锂离子较大的半径和质量限制了它在电极材料中的可逆脱嵌,导致其电化学性能不佳. 因此研发稳定、高效储钠的高比能电极材料是钠离子电池实用化的关键. 另外,进一步优化与电极材料相匹配的电解质来实现高安全、长寿命钠离子电池的构建,推动其商业化进程,也是迫切需要解决的问题. 本文主要对室温钠离子电池关键材料（包括正极、负极和电解质材料）的研究进展进行简要综述,并探讨了其面临的困难及可行的解决方案,为钠离子电池的发展提供一定参考依据.     

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。     

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.