锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状

在锂离子电池负极材料的研究中，硅材料以其高达4200 mAh·g^-1的理论比容量，成为近年来新能源电池领域的研究热点.但是在锂化/去锂化过程中，硅负极体积变化高达300%，导致快速的容量衰减和较短的循环寿命.目前硅负极改性最有效的方法之一，是通过粘结剂来保持活性物质、导电添加剂和集流体间的接触完整性，减少硅材料在充放电循环过程中体积变化引起的裂化和粉碎，保持硅负极的高容量，提升电池循环性能.基于硅材料作为锂离子电池负极的优异特性，以及目前锂离子电池粘结剂的发展，将针对锂离子电池硅基负极粘结剂做出系统讨论，描述不同粘结剂对电池性能的主要影响，为锂离子电池硅基负极粘结剂的开发和应用提供研究方向.     

锂离子电池硅基负极及其相关材料

锂离子电池是目前电脑、通讯、消费电子品以及未来电动车动力系统的主要能源。硅基负极材料因其具有较高理论比容量(4200 mAh·g^-1,为石墨10倍以上),被视为最理想的下一代锂离子电池负极材料。然而硅负极在充放电过程中巨大的体积膨胀造成极片材料的粉化脱落、SEI膜的持续增长、正极锂离子的不断消耗,以及现有商业化粘结剂与硅表面较弱的相互作用等诸多缺陷,造成电池容量快速的衰减,阻碍了硅基材料在锂离子电池中的商业化应用。本文对硅基负极材料及其相关电池材料,如硅材料结构、粘结剂、电解液及添加剂等,进行了系统全面的总结。最后对硅基材料目前研究进展和未来发展方向做出总结与评述,以期为下一代硅基电池体系发展提供参考。     

锂离子电池硅复合负极材料研究进展

硅基负极材料具有最高的储锂容量和较低的电压平台,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一.然而,硅负极巨大的体积效应、较低的电导率以及与常规电解液的不相容性限制了其商业化应用.目前,提高硅负极性能的措施主要包括:通过设计硅基负极材料的组成和微观结构来抑制其体积变化并改善导电性,研发适于硅负极的粘结剂和电解液添加剂,探索...     

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。     

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...     

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。探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性。指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向。     

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。     

硅基锂离子电池负极材料

硅是目前已知比容量(4200 mAh ·g^-1)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(> 300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层(SEI),最终导致电化学性能的恶化。本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理,总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中巨大体积效应的相关工作,并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法、电化学性能和相应机理,重点介绍了硅炭复合材料。另外,介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机理。最后,对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景。     

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.     

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。     

磷烯包覆的高性能硅基锂离子电池负极材料（英文）

硅基锂离子负极材料在脱嵌锂离子的过程中显著的体积效应导致活性材料的粉化、固体电解质介面膜(SEI)的持续生长和电接触的丧失并最终导致电池的失效。本文报道了一种新型的磷烯(单层黑磷)包覆来提升硅基负极材料的电化学性能。微量(1%,质量分数)的磷烯包覆有效抑制了被包覆硅颗粒的体积膨胀和SEI生长等问题,并保持了其电极结构在持续充放电循环中的完整性,从而提升了其库伦效率、容量以及循环稳定性。这是首次利用磷烯包覆法来提升硅基锂离子电池负极材料电化学性能的报道,而且也展现了此工艺在其他具有显著体积效应的电池材料中具有应用前景。     

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。     

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。     

锂离子电池负极硅基材料

硅基材料由于其高电化学容量是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料,但其在充放电过程中体积变化大、循环寿命差、首次库仑效率低等是阻碍其商业化的主要问题.本文综述了硅在脱嵌锂时晶体结构及表/界面的变化,以及改善其电化学性能方面的研究进展,并阐述其作为锂离子电池负极材料的研究前景.     

锂离子电池硅基负极材料的最新研究进展

硅基材料因具有目前最高的理论比容量、合适的嵌锂平台、大储量等优点,引起了众多研究者的关注,成为最具潜力的下一代锂离子电池的负极材料. 但是硅在嵌锂过程中巨大的体积变化,容易破坏电极结构的稳定性,使电极循环性能迅速衰减,这对硅基材料的应用造成了很大的阻碍. 本文主要针对近年来在硅电极自身的结构（包括：多孔硅基复合材料的合成、硅粘结剂的选择,无粘结剂的纳米硅电极的制备）以及电解液添加剂的选择两大方面的最新研究进展进行总结与评述.     

锂离子电池Sn基合金负极材料

发展高安全性、高能量、低成本、长寿命锂离子电池是当前动力电池应用面临的巨大挑战。电池的性能主要取决于正负极电极材料的性能。Sn基合金负极具有高能量和安全特性,是一种很有产业化前景的锂离子电池负极材料。本文综述了Sn基合金电极作为锂离子电池负极的最新研究进展,对Sn基合金负极的不同制备方法进行了总结,重点介绍了锡基合金负极材料在电化学性能方面所存在的问题及其原因,包括锡基活性物质的损失、SEI膜和氧化膜的形成、纳米粒子的团聚和锂离子嵌入过程中死锂的产生等影响合金充放电性能的因素,最后展望了以提高Sn基合金负极电化学性能为目的的研究趋势。     

锂离子电池高容量合金基含锂负极材料的研究进展

现有的以石墨为负极的锂离子电池能量密度逐渐接近其理论极限. 基于合金化反应机制的高容量含锂负极材料Li_xM_y(M为能够和锂发生合金化反应的元素)是一类新兴的负极材料, 具有数倍于石墨的储锂比容量, 且可以为电池提供活性锂源. 这些特性使其能够与高容量无锂正极材料(如S, O₂, FeF₃和V₂O₅等)相匹配, 构建下一代高比能锂离子电池新体系. 本文综述了近年来高容量合金基含锂负极材料(如Li_xSi, Li_xSn, Li₃P和Li_xAl基系列材料)的研究进展, 分析了所面临的挑战, 概述了材料的合成与电极的制备方法, 并介绍了它们在常规锂离子电池、 锂离子-硫电池及锂离子-空气电池等多个全电池体系中的应用实例, 提出并举证了其电化学性能优化与调控的策略, 最后展望了未来的研究方向.     

锂离子电池纳米负极电极材料

综述了锂离子电池纳米负极材料研究的最新进展,根据材料的化学组成把锂离子电池纳米级负极材料分为金属基纳米负极材料、非金属基纳米负极材料、金属-非金属复合纳米负极材料、纳米氧化物负极材料和其它纳米负极材料。论述了各类材料的优势和存在的问题,探讨了这些材料的主要制备方法与其结构、形貌和电化学性能之间的关系,展望了纳米负极材料用于锂离子电池的前景。     

微/纳复合结构硅基负极材料

硅材料因其高的理论比容量(4200 mAh/g)而成为极具发展潜力的锂离子电池负极材料之一。纳米硅负极材料可有效避免材料在循环过程中的粉化现象,同时具有较短的Li~+和电子传输路径,相应电极的电化学性能与微米硅电极相比显著提升,但是纳米结构硅材料比表面积过大、振实密度低等特点限制了其在实际生产中的应用。近年来,使用纳米结构硅材料作为一次结构单元构建微/纳复合结构硅基负极材料的策略被广泛研究。本文综述了微/纳复合结构硅基负极材料的研究进展,总结了微/纳复合结构硅基负极材料中一次颗粒和二次颗粒的选择与结构设计要素,并对具有代表性的微/纳复合结构硅基负极材料物理和电化学性能进行了介绍,提出优化的材料结构和电极设计方案。最后,对微/纳复合结构硅基负极材料存在问题进行简单分析并展望了其研究前景。     

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。