氟磷酸盐及正硅酸盐锂离子电池正极材料研究进展

综述了用于锂离子电池的氟磷酸盐和正硅酸盐正极材料的研究现状, 重点对各种材料的结构及合成方法与性能的关系, 特别是对如何改善材料的电化学性能进行了总结和探讨. 展望了这两类锂离子电池正极材料的发展趋势.     

锂离子电池正极材料 Li2CoxMn1-xSiO4的合成及电化学性能研究

采用水热辅助溶胶凝胶法及球磨包碳技术合成Li2CoxMn1-xSiO4(x=0、 0.1、0.3、0.5、1)与碳纳米管复合材料,X 射线衍射（XRD） 、扫描电镜（SEM）表征复合材料的结构与形貌。用循环伏安（CV） ,交流阻抗（EIS） ,充放电曲线测试材料的电化学性能,并与 Li2MnSiO4/C 和 Li2CoSiO4/C 进行对比。掺钴可以改善Li2MnSiO 4电极的倍率放电性能。     

锂离子电池纳米正极材料

综述了锂离子电池纳米正极材料的研究进展,阐述了这种材料用于锂离子电池的优势和存在的问题,把纳米正极材料分为过渡金属嵌锂化合物、金属氧化物和金属硫化物和其它纳米正极材料。归纳了不同纳米正极材料的主要制备方法,探讨了材料的制备方法与其结构、形貌和电化学性能之间的关系,展望了纳米正极材料用于锂离子电池的未来前景。     

锂离子电池有机正极材料

随着储能电源和电动汽车的迅猛发展,开发高能量密度的锂离子电池成为研究的重点之一。锂离子电池性能的提高很大程度上取决于正极材料的特性。目前,广泛使用的无机正极材料普遍存在容量提升有限、生产过程消耗能源大、存在安全隐患和成本高等缺陷。因此,需要开发比容量更高、安全性更好和在自然界中储量更为丰富的绿色能源材料。与无机正极材料相比,有机物正极材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强和体系安全的优点,是一类具有广泛应用前景的储能物质。本文综述了目前国内外已经开展的研究工作,介绍了作为锂离子正极材料的几类主要的有机化合物,包括导电高分子聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和含氧共轭化合物等;对比分析了这些化合物的电化学性能、电化学反应机理及其具备的优势和存在的不足;指出了有机化合物作为锂离子正极材料需要解决的问题及今后研究和改进方向。     

锂离子电池正极材料层状LiMnO2的掺杂改性

层状LiMnO2具有成本低、无毒和比容量高等优点，是一种非常有发展前景的正极材料。本文介绍了近年来国内外层状LiMnO2的研究进展。主要阐述了层状LiMnO2的结构与性能的关系。结合笔者的工作，着重探讨了离子掺杂改性对层状LiMnO2的电化学性能的影响。最后，简要指明了层状LiMnO2将来的可能研究方向。     

锂离子电池正极材料的晶体结构及电化学性能

正极材料是锂离子电池的重要组成部分。作为提供自由脱嵌锂离子的正极材料,其晶体结构的特点决定了锂离子脱嵌路径方式的不同,并对锂离子电池的电化学性能等产生明显影响。本文根据正极材料的晶体结构和锂离子“脱嵌/嵌入”路径方式的不同,重点讨论了一维隧道结构、二维层状结构和三维框架结构正极材料的晶体结构特点、锂离子“脱嵌/嵌入”路径和其电化学性能之间的关系,主要包括一维隧道结构正极材料LiFePO₄,二维层状结构正极材料LiMO₂(M=Co, Ni, Mn)、Li_1+xV₃O₈和Li₂MSiO₄ (M=Fe, Mn) 以及三维框架结构正极材料LiMn₂O₄和Li₃V₂(PO₄)₃。揭示了目前锂离子电池正极材料的研究现状和存在问题,并对今后的发展方向进行了评述。     

层状钛硅酸盐化合物作为锂离子电池负极储能材料

锂离子二次电池是手提设备的重要电力来源。近年来,人们为了寻找更新颖更好的锂离子电极材料,开始研究晶形离子交换材料,这种材料具有开放孔道,能够让离子在多孔框架里自由的进出。一种具有层状结构的钛硅酸盐Na-JDF-L1(Na₄Ti₂Si₈O₂₂·4H₂O)经过离子交换后被用作锂离子负极材料。它在循环200次后放电容量保持在364 mAh·g^-1,并且库伦效率约为100%。通过将TiO₂引入Li(Na)-JDF-L1中,有效的提高了材料的首次库伦效率和倍率放电性能。     

层状钛硅酸盐化合物作为锂离子电池负极储能材料

锂离子二次电池是手提设备的重要电力来源。近年来, 人们为了寻找更新颖更好的锂离子电极材料, 开始研究晶形离子交换材料, 这种材料具有开放孔道, 能够让离子在多孔框架里自由的进出。一种具有层状结构的钛硅酸盐Na-JDF-L1(Na₄Ti₂Si₈O₂₂·4H₂O)经过离子交换后被用作锂离子负极材料。它在循环200次后放电容量保持在364 mAh·g^-1, 并且库伦效率约为100%。通过将TiO₂引入Li(Na)-JDF-L1中, 有效的提高了材料的首次库伦效率和倍率放电性能。     

聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展

综述了各种聚阴离子型锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构和性能的关系,尤其是聚阴离子在正极材料中的作用,以及改善材料电导率的各种方法及其机理进行了总结和探讨.     

锂离子电池正极材料尖晶石LiMn204的研究现状

从制备方法，循环性能，比容量，高温性能等方面对近年来有关LiMn204尖晶石的研究作一综述；讨论合成方法，反应条件，尖晶石的晶体结构及改性对正极材料性能的影响，并预示该类正极材料今后的研究方向。     

锂离子电池正极材料LiFePO4在Fe位掺杂的研究进展

橄榄石型LiFePO4是近年发展起来的一种锂离子电池正极材料,但是LiFePO4的电子导电率低和锂离子扩散速度慢限制了其实用化,需要改进.其中一种很有效的方法就是在LiFePO4的晶格中掺杂金属离子,使其产生晶格缺陷,促进Li+扩散,改善晶体内部的导电性能.LiFePO4有Li(M1)和Fe(M2)2个金属位,可使用金属离子对其改性.本文综述了对锂离子电池正极材料LiFePO4在Fe(M2)位掺杂的研究进展.LiFePO4在Fe(M2)位的掺杂主要采用Mn2+,Ni2+,Co2+,Mg2+等几种金属离子.     

水系锌离子电池用钒基正极材料的研究进展

水系锌离子电池(aqueous zinc-ion batteries,AZIBs)具有高安全性、低生产成本、锌资源丰富和环境友好等优点,被认为是未来大规模储能系统中极具发展前景的储能装置。目前,AZIBs的研究关键之一在于开发具有稳定结构和高容量的锌离子可脱嵌正极材料。钒基化合物用作AZIBs正极时,表现出可逆容量高和结构丰富可变等特点,受到了广泛的关注和研究。然而,钒基化合物的储锌机理较复杂,不同材料通常表现出各异的电化学性能和储能机理。在本综述中,我们全面地阐述了钒基化合物的储能机制,并探讨了钒基材料在水系锌离子电池中的应用和发展近况,以及它们的性能优化策略。在此基础上,也进一步地展望了水系锌离子电池及其钒基正极材料的发展方向。     

磷酸铁锂离子电池正极材料掺碳纳米管的研究

应用球磨法于LiFePO4掺杂多壁碳纳米管,制成LiFePO4/MWCNTs复合电极,然后以其组装成锂离子电池.研究不同比例掺杂多壁碳纳米管对复合材料电极电化学性能的影响.XRD、SEM表征及电化学性能测试表明,多壁碳纳米管含量为10%(bymass)的LiFePO4/MWCNTs电极比其它比例的复合电极具有更优良的充放电性能,而且极化小、稳定性强、充放电平台更平稳,导电率更高.在常温0.1C下充放电,首次充、放电比容量分别为139和128.5mAh.g-1,库仑效率达92.4%,循环40次后,电极比容量损失率仅为5.3%.     

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

随着新能源如电动汽车、储能电站的蓬勃发展,人们对下一代高性能锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命提出了更高的要求. 而富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂（0 < x < 1,M = Mn、Co、Ni…）具有可逆比容量高（240 ~ 280 mAh·g^-1,2.0 ~ 4.8 V）、电化学性能较佳、成本较低等优点,已吸引了研究者的关注,有望成为下一代锂离子电池用正极材料. 本实验室采用固相法和溶胶-凝胶法制备不同的富锂锰基正极材料,其中,溶胶-凝胶法制得的Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂电极首周期放电比容量277.3 mAh·g^-1,50周期循环后容量272.8 mAh·g^-1,容量保持率98.4%. 本文重点结合本实验室的研究工作,对新型富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的结构、合成、电化学性能改性和充放电机理等进行总结与评述.     

Stabilizing High-voltage Cathode Materials for Next-generation Li-ion Batteries

The pressing demand for high-energy/power lithium-ion batteries requires the deployment of cathode materials with higher capacity and output voltage.Despite more than ten years of research,high-voltage cathode mate-rials,such as high-voltage layered oxides,spinel LiNi0.5Mn1.5O4,and high-voltage polyanionic compounds still cannot be commercially viable due to the instabilities of standard electrolytes,cathode materials,and cathode electrolyte interphases under high-voltage operation.This paper summarizes the recent advances in addressing the surface and interface issues haunting the application of high-voltage cathode materials.The understanding of the limitations and advantages of different modification protocols will direct the future endeavours on advancing high-energy/power lithium-ion batteries.     

锂离子电池镍钴锰/铝三元浓度梯度正极材料的研究进展

高镍三元正极材料由于高容量和高工作电压被认为是下一代锂离子电池有力的候选者,然而循环稳定性和热稳定性不佳限制了其广泛应用. 镍钴锰/铝三元浓度梯度正极材料的梯度设计可以在保证高容量的同时兼具优良的循环稳定性,因而在过去十年中得到了广泛研究. 本文综述了锂离子电池镍钴锰/铝三元浓度梯度材料最新的研究进展,论文首先总结了梯度材料的不同合成方法,并阐述了核壳浓度梯度材料和全浓度梯度材料的研究方向. 其次,介绍了浓度梯度材料的结构表征手段并揭示性能改善的原因. 最后讨论了目前该材料产业化的难点,并提出了可能的解决方案.     

高温锂电池氧化物正极材料研究现状与展望

高温锂电池是热电池向中低温度范围的拓展和延伸,在石油、天然气及地热探测等领域有很好的应用前景。相对于具有大比容量和接近纯锂电极电位的锂合金负极材料,正极材料还有不小的发展潜力。因此,正极材料是提升高温锂电池性能的关键材料。而在正极材料中,氧化物材料表现出高电压特性以及高热稳定性,可以推动高温锂电池小型化发展,满足特定条件下的电流电压供给。目前,并没有针对高温锂电池氧化物正极材料的系统性综述。为了促进本领域的快速发展,优化能源结构,本文系统总结了高温锂电池过渡族金属氧化物正极材料的研究进展,包括其物理特性、电化学特性及合成与制备方法,对材料的可利用特性以及不足之处加以说明;进而对氧化物正极材料在高温锂电池领域的应用做出展望。     

高温锂电池氧化物正极材料研究现状与展望

高温锂电池是热电池向中低温度范围的拓展和延伸,在石油、天然气及地热探测等领域有很好的应用前景。相对于具有大比容量和接近纯锂电极电位的锂合金负极材料,正极材料还有不小的发展潜力。因此,正极材料是提升高温锂电池性能的关键材料。而在正极材料中,氧化物材料表现出高电压特性以及高热稳定性,可以推动高温锂电池小型化发展,满足特定条件下的电流电压供给。目前,并没有针对高温锂电池氧化物正极材料的系统性综述。为了促进本领域的快速发展,优化能源结构,本文系统总结了高温锂电池过渡族金属氧化物正极材料的研究进展,包括其物理特性、电化学特性及合成与制备方法,对材料的可利用特性以及不足之处加以说明;进而对氧化物正极材料在高温锂电池领域的应用做出展望。     

高性能LiFePO4/碳纳米笼锂离子电池正极材料

以具有高比表面积、分级孔结构和优良导电性的碳纳米笼（CNCs）为载体,制得了粒子尺寸为10～25 nm且高度分散的LiFePO₄/CNCs复合物.以LiFePO₄/CNCs复合物作为锂离子电池的正极材料,在0.1 C倍率下首次放电比容量达到163 mAh·g^-1,15 C和30 C倍率下的放电比容量可达96和75 mAh·g^-1;在15 C倍率下循环200圈后,其放电比容量仍保持在92 mAh·g^-1,显著优于LiFePO₄/CNTs复合物.这些结果表明,LiFePO₄/CNCs复合物具有优异的倍率性能和循环稳定性,是一种性能优良的锂离子电池正极材料,其性能源自CNCs载体的高比表面积、分级孔结构和优异导电性以及LiFePO₄颗粒的纳米化和高结晶度.     

钠离子电池钴酸钠正极材料研究进展

钠离子电池凭借分布广泛和低成本的钠资源在大规模电化学能量存储领域受到广泛关注. 层状过渡金属氧化物作为一种重要的钠离子电池正极材料, 具有比容量高、电化学可逆性相对较好和化学组成丰富且可调的特征, 得到广泛关注. 其中钴酸钠是一种典型层状过渡金属氧化物, 自20世纪80年代就得到大量研究. 由于钴酸钠含有丰富的电化学信息, 基于其充放电过程进行的机理研究对理解钠离子电池层状氧化物体系具有重要意义. 因此在介绍钴酸钠的常见结构类型与合成相图的基础上, 本文着重综述了不同结构钴酸钠在充放电过程中结构变化和电荷补偿机理的研究进展, 同时讨论了上述机制对电化学性能的影响. 本综述旨在为深入研究并建立层状过渡金属氧化物正极材料电化学过程中的构效关系提供支持.