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。     

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     

锂离子二次电池锡的氧化物负极材料的研究

现有的商品化锂离子二次电池均采用石墨化碳质为负极材料。该类负极材料的制备需要高温（＞２０００℃），而且理论容量有限（＜３７２ｍＡｈ／ｇ），不到金属锂的十分之一。因此人们开展了低温碳材料的研究［１］，可是低温碳材料存在着电压滞后现象，第一次的充放电效率...     

锂离子在石墨负极材料中扩散系数的测定

锂离子电池是以各种碳材料为负极而起来的一 种新型电池,成功地解决了以 为负极瓣锂可充电电池的安全性问题,已经应用于锂离子电池的负极材料有石墨和石油焦炭,正在研究的负极材料有热解碳,石墨化碳纤维,硼炭或硼炭氮化合物以及锡基氧化物等[1],石墨的比容量要比石油焦炭的比容量高一倍左右,其理论比容量372mA.h.g^-1,但锂离子在石墨材料中的扩散系数比较低,限制了以其为负极材料的电池的大电流充放电能力,锂离子在电极材料中的扩散系数可以用多种电化学方法测量得到,主要有：电位间歇滴定方法（PITT）（Potentiostatic Intermittent Titratiobn Technique)^[2,3,4,6],恒电流间歇滴定法（GITT）（Galvanostatic Intermittent Titration Technology)^[6],电流脉冲松弛法（CPR）（Current Pulse Relaxation Method)^[3,6]和交流阻抗法（A－C Technology)^[4,5,6],GITT,CPR,A-C等方法测定锂离子扩散系数时,由于相变发生处dE/dy值不容易准确得到（相变时,dE/dy→0）,此时测得的扩散系数误差比较大,PITT方法测定锂离子扩展系统,不存在这个问题,能比较准确地测定整个嵌入组成范围内的锂离子扩散系数。     

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)。     

球形碳颗粒用于高效稳定“金属锂储藏室”

<正>随着便携式电子、电动车和储能电网的快速发展,亟需开发高能量密度的二次电池体系。金属锂具有高的理论比容量(3860mAh?g~(-1)),低的密度(0.59g?cm~(-3))和最低的还原电位(相对于标准氢电位为-3.04V)。因此,利用金属锂代替传统石墨为负极获得的金属锂二次电池是一种极具应用前     

基于非锂金属负极的锂离子全电池

可充电锂离子电池对于电子产品特别是手持设备的发展至关重要,其关键作用同样体现在飞速发展的电动汽车领域。此外,对电力系统的调配(削峰填谷)和新能源发电的并网也是很好的选择。但是传统锂离子电池较低的能量密度常被人诟病。传统石墨负极材料的替代物(如金属氧化物、钛基、锡基、硅基、合金等材料)能有效提高锂离子电池的容量和倍率性能,但目前缺乏充分的全电池实验数据予以证实,也鲜有新型负极材料成功用于商业化的锂离子全电池。由此可见,新型负极材料在锂离子全电池中的研究现状及其商业化应用前景等问题亟需面对和斟酌,也应受到锂离子电池研究者的广泛关注。因此,本文从负极材料首圈容量可逆/不可逆的特点着手,对基于非锂金属负极(如石墨、钛酸锂、二氧化钛、氧化锗、氧化铁、锡基、硅基等)的锂离子全电池的最新研究进行了论述。     

天然气焦炭的嵌锂特性研究

锂离子电池的研究与开发具有诱人的商业前景．以金属锂为负极的锂二次电池存在着充放电循环寿命短和使用安全性能差等诸多问题，解决的途径之一是采用嵌锂化合物替代金属锂作为负极材料．其中，以具有贮锂功能的碳素材料作为负极的锂离子电池，不仅具有较高的电容量和较长...     

金属锂电极固液界面中关键的内亥姆霍兹层

<正>电极中的固体电解质界面膜(solidelectrolyte interphase,SEI)由以色列希伯来大学Peled教授在1979年提出~1,最初是用来表示金属锂负极在有机电解液中形成的固液界面膜,后来延伸到其他负极材料体系(如石墨负极~2、硅负极、锌负极~3等)。SEI膜概念的提出和发展在锂金属电池(lithiummetal batteries,LMBs)、锂离子电池(lithium ion batteries,     

金属锂负极失效机制及其先进表征技术

尽管传统的石墨负极在商业化锂离子电池中取得了成功,但其理论容量低(372 mAh·g^?1)、本身不含锂的先天缺陷限制了其在下一代高比能量锂电池体系中的应用,特别是在需要锂源的锂-硫和锂-空气电池体系中。金属锂因其极高的理论比容量(3860 mAh·g^?1)和低氧化还原电势(相对于标准氢电极为?3.040 V),被认为是下一代锂电池负极材料的最佳选择之一。但是,金属锂负极存在库伦效率低、循环性能差、安全性差等一系列瓶颈问题亟待解决,而循环过程中锂枝晶的生长、巨大的体积变化、以及电极界面不稳定等是导致这些问题的关键因素。本文综述了近年来关于金属锂负极瓶颈问题及其机理,包括金属锂电极表面固态电解质界面膜的形成,锂枝晶的生长行为,以及惰性死锂的形成。同时,本文还介绍了目前用于研究金属锂负极的先进表征技术,这些技术为研究人员深入认识金属锂负极的失效机制提供了重要信息。     

Hydrothermal exfoliated molybdenum disulfide nanosheets as anode material for lithium ion batteries

Ultrathin MoS2nanosheets were prepared in high yield using a facile and effective hydrothermal intercalation and exfoliation route. The products were characterized in detail using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and Raman spectroscopy. The results show that the high yield of MoS2nanosheets with good quality was successfully achieved and the dimensions of the immense nanosheets reached 1 μm–2 μm. As anode material for Li-ion batteries, the as-prepared MoS2nanosheets electrodes exhibited a good initial capacity of 1190 mAh g-1and excellent cyclic stability at constant current density of 50 mA g-1. After 50 cycles, it still delivered reversibly sustained high capacities of 750 mAh g-1.     

EDTA辅助水热法制备性能优异的棒状LiFePO4/C材料

以乙二胺四乙酸为配位剂采用水热法制备了棒状LiFePO₄/C材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试等对材料进行表征。结果表明:乙二胺四乙酸对材料的形貌和电性能均有很大影响。通过加入乙二胺四乙酸, 材料的形貌由不规则的颗粒变为棒状的颗粒且颗粒的厚度由140~200 nm减少至40~90 nm, 材料的表面包覆约3.5 nm的均匀碳层, 且该材料极化较小且界面阻抗较低。0.1C放电比容量为167 mAh·g^-1(接近理论容量170 mAh·g^-1)。     

Si-Fe复合SiOx/石墨基负极材料的电化学性能

针对硅氧基负极材料的主要缺陷,在SiO_x/石墨基负极材料中巧妙地引入了Si-Fe、SnO₂合金化合物,以改善其电化学性能,并通过机械球磨、喷雾干燥和高温热解策略制备了一系列硅氧基复合负极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪对复合材料的物相、微观形貌及电化学性能进行了表征。电化学测试结果表明,复合质量分数5% Si-Fe的目标材料充电容量高达443.4 mAh·g^-1,首次库仑效率达75.2%,循环310圈之后容量仍有369.1 mAh·g^-1,容量保持率为81.0%(相对第11圈);同时,经Si-Fe复合之后,锂离子扩散速率得到了明显改善。     

异质双碳源对LiMn0.8Fe0.2PO4复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^-1,达到其理论比容量的87%;在5C下最大的放电比容量为133 mAh·g^-1;在2C倍率下经过300次循环后比容量维持在127 mAh·g^-1,衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。     

Improved disordered carbon as high performance anode material for lithium ion battery

A sulfur-substituted disordered carbon is explored as anode material for lithium-ion battery. Its physical and electrochemical properties are characterized by a variety of techniques such as powder X-ray diffraction, element analysis, Fourier transform infrared spectrum, scanning electron microscopy, and typical electrochemical tests. Electrochemical tests show the activated carbon displays a first cycle discharge capacity of 1,216 mAh·g⁻¹. It also has a remarkable cycling stability with an average capacity fade of 0.92% per cycle from 11th to 100th cycle in the range of 0.01–3.00 V versus metallic lithium at a current density of 100 mA·g⁻¹. After 100 cycles, the electrode still maintained a capacity of 420 mAh·g⁻¹.     

异质双碳源对LiMn0.8Fe0.2PO4复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、比表面积测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^-1,达到其理论比容量的 87%;在 5C 下最大的放电比容量为 133 mAh·g^-1;在 2C 倍率下经过 300 次循环后比容量维持在 127 mAh·g^-1,衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。     

Effect of sonochemistry: Li- and Mn-rich layered high specific capacity cathode materials for Li-ion batteries

Li- and Mn-rich layered Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂ cathode material was synthesized using sonochemical method followed by annealing at 700, 800, and 900 °C for 10 h. The material was characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy, and electrochemical techniques. Its performance as a cathode material for Li-ion batteries was examined. With the sample annealed at 900 °C, an initial specific capacity of 240 mAh g^?1 was obtained, which decreased to 215 mAh g^?1 after 80 cycles, thus retaining about 90 % of its initial capacity. In contrast, samples annealed at lower temperatures exhibited lower capacity retention upon cycling. Thus, the final annealing temperature was found to have a significant effect on the electrochemical stability of this material in terms of capacity, average voltage, and rate capability. The advantage of this synthesis, which includes a sonochemical stage, compared with a conventional co-precipitation synthesis, was also confirmed.     

分级多孔结构ZnO微球的制备及其光电性能

采用简单的低温化学溶液沉积方法制备了分级多孔ZnO微球。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附脱附以及紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等对样品进行了表征。结果显示产物为分级多孔结构的ZnO微球,由直径约10~20 nm ZnO颗粒组装而成,比表面积为40 m2.g-1。把多孔ZnO微球用作染料敏化太阳能电池(DSCs)光阳极,结果表明,该光阳极在增强对入射光的散射作用的同时,为染料分子的吸附提供了较大比表面积,从而提高了DSCs的光伏性能。     

Li4Ti5O12 Nanoparticles Prepared with Gel-hydrothermal Process as a High Performance Anode Material for Li-ion Batteries

Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) nanoparticles were prepared by gel‐hydrothermal process and subsequent calcination treatment. Calcination treatment led to structural water removal, decomposition of organics and primary formation of LTO. The formation temperature of spinel LTO nanoparticles was lower than that of bulk materials counterpart prepared by solid‐state reaction or by sol‐gel processing. Based on the thermal gravimetric analysis (TG) and differential thermal gravimetric (DTG), samples calcined at different temperatures (350, 500 and 700°C) were characterized by X‐ray diffraction (XRD), field emitting scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), cyclic voltammogram and charge‐discharge cycling tests. A phase transition during the calcination process was observed from the XRD patterns. And the sample calcined at 500°C had a distribution of diameters around 20 nm and exhibited large capacity and good high rate capability. The well reversible cyclic voltammetric results of both electrodes indicated enhanced electrochemical kinetics for lithium insertion. It was found that the Li₄Ti₅O₁₂ anode material prepared through gel‐hydrothermal process, when being cycled at 8 C, could preserve 76.6% of the capacity at 0.3 C. Meanwhile, the discharge capacity can reach up to 160.3 mAh·g^?1 even after 100 cycles at 1 C, close to the theoretical capacity of 175 mAh·g^?1. The gel‐hydrothermal method seemed to be a promising method to synthesize LTO nanoparticles with good application in lithium ion batteries and electrochemical cells.     

ZnS@C/rGO复合材料的制备及其电化学可逆储锂性能

通过溶剂热反应-水热处理的途径,制备了无定形碳包覆的ZnS纳米晶体（ZnS@C）与还原氧化石墨烯（rGO）复合的ZnS@C/rGO复合材料,并用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）对复合材料进行了形貌和微观结构的表征。电化学测试结果表明,与ZnS@C和ZnS/rGO相比,所制备的ZnS@C/rGO复合材料显示了显著增强的电化学储锂性能,在100 mA·g^-1电流密度下,其电化学储锂的首次可逆比容量为1 101 mAh·g^-1,充放电循环100次后其可逆比容量为1 569 mAh·g^-1。在不同电流密度下循环1 200次后,仍保持在2.0 A·g^-1电流密度下有1 096 mAh·g^-1的可逆比容量,显示了其稳定的长循环性能。