锂离子电池高比容量FeSn2-C复合负极材料的合成与性能

Sn基合金负极材料具有高达990 mAh·g^-1的理论比容量,但其也存在因脱嵌锂过程发生巨大的体积变化而导致循环性能较差的问题. 本文以Sn、Fe、石墨为原料利用简易的高能球磨法成功制备了具有核壳结构的FeSn₂-C复合物,系统研究了球磨时间、FeSn₂相含量对材料物相结构及电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理. 研究表明,球磨时间的增加有利于FeSn₂金属间化合物相的形成及材料颗粒的细化,进而有利于材料比容量的增加及循环性能的提升;FeSn₂相含量的增加能够提高FeSn₂-C材料的比容量,但会降低FeSn₂-C电极的循环稳定性. 经工艺优化及组分调节,球磨24 h合成的Sn₂₀Fe₁₀C₇₀材料具有最优的电化学性能,材料的比容量在540 mAh·g^-1左右,并能稳定循环100次,是一种非常有发展前途的锂离子电池高比容量负极材料.     

锂离子电池SnS2基负极材料

随着应用范围的逐渐扩大,锂离子电池对具有高比容量、长循环寿命以及优异倍率性能的新型正负极材料的需求日益迫切。SnS₂材料因具有独特的层状结构和高的理论比容量而被视作潜在的高比容量负极材料,但其也存在首次不可逆容量较大、导电率低、充放电过程中体积变化较大等问题。本文综述了SnS₂负极材料的研究历程以及最新研究进展,介绍了SnS₂负极材料的基本性质,具体论述了SnS₂电化学性能改进的相关措施,主要包括控制纳米SnS₂微观形貌、制备SnS₂/C及SnS₂/氧化物复合材料、掺杂、一体化电极以及优化粘结剂等。文章同时总结了水热（溶剂热）法各工艺参数（原料种类、浓度、比例、溶液pH值、水热温度及时间等）对制备SnS₂纳米材料及SnS₂/C复合材料形貌结构及电化学性能的影响,并对目前SnS₂材料仍然存在的问题进行了分析。研究表明,通过制备片状、花状等高比表面积的SnS₂纳米材料,可明显提升其循环性能;将石墨烯等碳材料与SnS₂复合,有助于提高材料的结构稳定性及导电性,进而改善电极的循环及倍率性能。经工艺优化后的SnS₂/graphene复合材料具有高的比容量（大于1000 mAh/g）、稳定的循环性能和优秀的倍率特性,是一种非常有研究价值的高比容量锂离子电池负极材料。     

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。     

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Sn30Co30C40三元合金负极材料的制备与性能研究

随着人们对高比能量锂离子电池需求的逐步增加,Sn基合金成为目前高比容量负极材料的研究热点.以低成本的金属氧化物、活性炭为原料经碳热还原法首先合成出中间产物CoSn2,再将Co、石墨引入,经高能球磨制备了Sn30Co30C40三元合金负极材料.材料呈现微米级颗粒形貌,其内部是由均匀分散于无定形碳中10 nm左右CoSn晶粒所组成.材料的比容量为550 mAh/g左右,首次效率为80%左右,循环稳定性好、倍率性能优越,是一种非常有发展前景的高比容量锂离子电池负极材料.