锂离子电池SnSb/C复合负极材料的热碳还原法制备及电化学性能研究

采用高温还原技术,以SnO2,SbO3为原料,分别以葡萄糖、中间相碳微球(MCMB)作为还原剂,制备了两种结构的SnSb/C复合材料,并对比了它们的形貌和电化学性能.采用X射线衍射技术、拉曼技术、扫描电子显微镜技术对材料的结构和形貌进行了表征,并且通过测试恒电流充放电曲线、循环伏安曲线和交流阻抗谱分析了材料的电化学性能.实验结果表明:葡萄糖作为还原剂时,形成以合金颗粒为内核,絮状碳壳均匀包裹的微米球状结构,首次放电比容量为793.379 mA·h·g-1,循环50周后仍维持在449.987 mA·h·g-1;而以MCMB作为还原剂时,形成合金颗粒与MCMB混合共存并部分包覆的结构,首次放电比容量为1164.938 mA·h·g-1,50周后的比容量仅有290.807 mA·h·g-1.     

锂离子电池Sn-Ti合金负极材料的制备及性能研究

采用磁控溅射沉积技术制备了纳米级Sn-Ti合金负极材料,并用X射线衍射和扫描电子显微镜进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明先镀Sn后镀Ti（Sn/Ti复合膜）和先镀Ti后镀Sn（Ti/Sn复合膜）具有很大的性能差异,其中Sn/Ti复合膜具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量.首次放电容量和充电容量分别为9275 mAh/g和6954 mAh/g,首次库仑效率为75％,经30次循环后,该电极的放电容量保持为4152 mAh/g,这主要归因于活性物质Sn与电解液界面之间存在非活 关键词： 锂离子电池 磁控溅射 Sn-Ti合金 电化学性能     

以碳粉为负极材料制备锂离子电池及电池性能测试

在能量存储技术中,锂离子电池是高能量密度的电化学电源.以碳为负极材料,涂膜制备了负极片,以锂片为正极片制备了CR2016锂离子电池,并对其性能进行了测试,分析了碳粉为锂电负极材料的特性.     

锂离子电池Sn-Al薄膜电极的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射沉积技术制备了纳米级Sn-Al合金薄膜电极材料,并用X射线衍射和扫描电子显微镜进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明直流DC与射频RF两种不同的溅射方法制备的Sn-Al薄膜电极具有很大的性能差异,前者DC法制备的材料颗粒细小,表现出稳定的循环性能,其首次放电容量为1060 mAh/g,首次效率为71.7％,电极经过50次循环后比容量保持在700 mAh/g以上.后者RF法制备的材料颗粒较大,放电比容量开始上升,第五次循环后接着逐渐衰减,表现出较差的循环性能. 关键词： 锂离子电池 磁控溅射 Sn-Al合金 电化学性能     

Li-Sn合金负极材料的嵌脱锂机理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了Li-Sn各种合金相的物理性质和电化学性质,计算发现Li₅Sn₂相对膨胀率小、对可逆容量贡献大,是理想的合金电极相.同时采用直流和射频磁控溅射方法制备了纳米Sn薄膜电极,并将测得的电化学特性与计算得到的性能进行了比较,发现理论计算的嵌锂电位与实验测得的嵌锂电位具有较好的一致性. 关键词： 锂离子电池 Li-Sn合金 体积膨胀率 第一性原理     

熔融盐法合成锂离子电池正极材料纳米LiNiO2

采用熔融盐法,在较低的温度和较短的时间制备了符合理论化学计量比的纳米LiNiO₂.研究表明,经过空气中的低温预烧,可以使制备的纯相纳米LiNiO₂具有更加优良的结晶性能和更佳的电化学特性.添加预烧步骤前后所得最终产物的初始容量分别为151和148 mAh ·g^-1,经过100周的循环,容量衰减到55和118 mAh ·g^-1,容量保持率分别为36.4%和79.7%.原因在于预烧后再进行煅烧降低了阳离子无序度,减少了混杂 关键词： 2')" href="#">LiNiO₂ 熔融盐法 锂离子电池 电化学性能     

Si-Li合金相嵌锂性能和弹性性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成LixSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能。计算结果表明,随着嵌Li量的增加,LixSi合金体系总量能逐渐降低,LixSi合金相的形成能均为负值,表明硅负极材料的嵌Li反应在热力学可以自发进行;随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率逐渐增大,这与实验测得的结果具有良好的一致性。LixSi合金相在费米能级附近的电子主要由Si原子的p电子和Li原子的s电子共同贡献,LixSi合金相的费米能态密度随着嵌Li量的增加在整体上呈现增大趋势,电子导电性增强。随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的体积模量(B)、剪切模量(G)和杨氏模量(E)逐渐降低,G/B值表明LixSi合金相均呈脆性,导致硅在嵌Li过程容易发生脆性结构破坏。     

Si-Li合金相嵌锂性能和弹性性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成LixSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能。计算结果表明,随着嵌Li量的增加,LixSi合金体系总量能逐渐降低,LixSi合金相的形成能均为负值,表明硅负极材料的嵌Li反应在热力学可以自发进行;随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率逐渐增大,这与实验测得的结果具有良好的一致性。LixSi合金相在费米能级附近的电子主要由Si原子的p电子和Li原子的s电子共同贡献,LixSi合金相的费米能态密度随着嵌Li量的增加在整体上呈现增大趋势,电子导电性增强。随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的体积模量(B)、剪切模量(G)和杨氏模量(E)逐渐降低,G/B值表明LixSi合金相均呈脆性,导致硅在嵌Li过程容易发生脆性结构破坏。     

氧化石墨制备温度对石墨烯结构及其锂离子电池性能的影响

采用改进的Hummers 法, 以石墨粉为原料制备氧化石墨, 然后使用微波还原法制备石墨烯, 最后以石墨烯作为负极材料组装锂离子电池. 系统的研究了高温氧化阶段中温度对氧化石墨的氧化程度、石墨烯的还原程度和比表面积以及锂离子电池性能的影响. 利用场发射扫描电镜(FESEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、BET测量仪对氧化石墨和石墨烯的微观结构及比表面积等进行测试和表征. XRD, XPS及电化学测试的结果显示当高温阶段氧化温度为90 °C时, 氧化石墨的氧化程度最高, 相应的石墨烯也具有最高的还原程度和最大的比表面积423.2 m²/g, 同时石墨烯锂离子电池也具有更好的性能: 首次放电比容量为1555.5 mAh/g, 充电容量为1024.6 mAh/g, 其循环放电比容量达到600 mAh/g.     

三维自支撑甲苯灰微球锂硫电池正极材料的制备与性能研究

新能源交通工具的飞速发展激发了人们对高能量密度电池技术的探索,锂硫电池因为具有较高的理论能量密度被视为锂离子电池的替代品.但由于硫具有导电性差和多硫化物的穿梭效应等问题,锂硫电池的商业化应用仍面临巨大的挑战.基于此,为改善锂硫电池的性能,设计了一种高导电性三维支撑的正极结构:多级交联的三维导电网络能够有效提高正极材料导...     

First-principle study on phase Al0.8Ni3Sn0.2 in Sn-Ni-Al alloy as anode for lithium ion battery

The mechanism of lithium intercalation/deintercalation for phase Al 0.8 Ni 3 Sn 0.2 as anode material used in lithium ion battery was studied carefully based on the first-principle plane wave pseudo-potential method.The calculated results indicated that Sn-Ni-Al alloy had high theoretical capacity when used as anode material,however,there was high initial irreversible capacity loss because of the large volume expansion.Therefore the technological parameters during preparing the Sn-Ni-Al anode should be controlled strictly to make the content of Al 0.8 Ni 3 Sn 0.2 phase as low as possible and to make the anode consist of promising Sn-Ni and Al-Ni phases.For comparison,an experiment based on magnetron sputtering was done.The result showed that the calculation is in good agreement with the experiment.We found that the first-principle investigation method is of far-reaching significance in synthesising new commercial anode materials with high capacity and good cycle performance.     

First-principles study of interphase Ni3Sn in Sn--Ni alloy for anode of lithium ion battery

This paper investigates the mechanism of Li insertion into interphase Ni3Sn in Ni-Sn alloy for the anode of lithium ion battery by means of the first-principles plane-wave pseudopotential. Compared with other phases, it is found that the Ni3Sn has larger relative expansion ratio and lower electrochemical potential, with its specific plateaus voltage around 0.3 eV when lithium atoms are filled in all octahedral interstitial sites, and the relative expansion ratio increasing dramatically when the lithiated phase transits from octahedral interstitial sites to tetrahedral interstitial sites. So this phase is a devastating phase for whole alloy electrode materials.     

锂离子电池多尺度数值模型的应用现状及发展前景

锂离子电池是一种较为复杂的电化学系统, 其涵盖质量传递、电荷传递、热量传递以及多种电化学反应等物理化学过程. 其不仅物理尺度跨越大, 从微观活性颗粒、极片、电芯跨越到电池模组, 还面临着成组配对以及均衡性的问题, 这些问题加剧了电池设计和性能综合评估的难度. 通过计算机数值仿真技术, 建立数学模型, 全面和系统地捕捉电池工作过程各物理场的相互作用机理, 分析其演化规律, 能够为优化电池系统设计提供理论支撑. 本文对锂离子电池的数值模型研究进展和发展趋势进行了综述. 同时对主要理论模型进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在, 这些对锂离子电池多尺度数值模型的理论研究和工程应用都具有指导性的意义.     

锂离子电池过往与未来

2019年诺贝尔化学奖授予从事锂离子电池研究的三位杰出科学家,让锂离子电池这项技术成为社会大众视野焦点,也表明了锂离子电池在推动人类社会科学技术进步中所做出的贡献得到了科学界一致认可。文章结合三位获奖者的工作对锂离子电池的发明及其过往历史做一简单梳理和介绍,并在此基础上谈谈锂离子电池技术未来面临的机遇和存在的挑战。     

锂/钠混合离子电池正极材料Na2FePO4F/C的第一性原理研究

将锂/钠混合离子电池正极材料Na₂FePO₄F/C作为研究对象,建立Na₂FePO₄F、NaFePO₄F、NaLiFePO₄F、Na₂FePO₄F/C、NaFePO₄F/C、NaLiFePO₄F/C的结构模型,并依据第一性原理密度泛函理论,分析了这六种材料的能带、态密度、键长变化以及形成能.研究结果显示,相比于单一的Na₂FePO₄F,石墨烯包覆的Na₂FePO₄F的金属特性更良好,电子传输性质更优异,同时具有更加稳定的结构,这表明在电池长时间循环过程中,Na₂FePO₄F/C晶体结构不容易发生坍塌,容量衰减率更小,这为碳包覆改性制备复合正极材料提供了理论依据.     

Synthesis of PAN/SnCl2 composite as Li-ion battery anode material

A novel process was proposed to synthesize the pyrolytic polyacrylonitrile (PAN)/SnCl₂ composite anode material for Li-ion batteries. The preparation started with the dissolution of PAN and SnCl₂ in dimethylformamide (DMF), followed by drying of the solution and pyrolysis of the dried mixture of PAN and SnCl₂ at 300 °C, leading to homogenous dispersal of SnCl₂ in pyrolytic PAN, which becomes conducting polymer matrix. The composite presented stable cycling capacity of about 490 mAh/g. It is demonstrated that SnCl₂, which has been considered to be an inactive electrode material, can become active by the proposed composite technique. This paves the promising way to prepare electrode materials for Li-ion batteries.