高倍率锂离子电池负极材料:氮掺杂碳纳米笼

锂离子电池具有能量密度高和循环性好等优点, 广泛应用于小型移动设备等领域, 但尚不能满足需要兼具高容量和高倍率性能的应用要求. 以兼具高比表面积、氮含量高且可调、良好石墨化程度、多尺度分级结构(含孔结构)、有微孔通道的寡层笼壁结构等特征的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为锂离子电池负极材料, 展现出高的比容量、优异的倍率性能和稳定性, 譬如: 在0.1 A·g^-1小电流密度下, NCNC800的循环稳定的充电比容量可以高达约900 mAh·g^-1, 显著优于商业石墨; 在20.0 A·g^-1大电流密度下, 循环500圈后的可逆比容量仍能稳定在约135 mAh·g^-1. 如此优异的电化学性能可归因于NCNC的结构特征, 如高比表面积、良好石墨化程度、独特介观结构和孔结构, 这些特征有利于锂离子传输、电解液渗透和电子传导等. 这为开发高倍率和高比容量的锂离子电池负极材料提供思路.     

锂离子电池碳负极材料的研究进展

本文介绍碳负极锂离子电池的研究进展，着重评述碳结构与其电化学性能之间的关系，并提出改进锂离子电池用碳负极材料性能的设想。     

锂离子电池新型树脂碳电极材料的研究

测试分析了碳化处理条件对糠醇树脂碳化产物组成,结构和电化学性能的影响,结果表明：620℃碳化处理的样品出现了明显尖锐的（100）晶面特征衍射峰。同时还发现了（110）和（006）晶面特征衍射峰,表现糠醇树脂是一种较易石墨化的树脂材料,碳化样品比表面积均随着处理温度升高而下降。处理气氛对碳化产物比表面积的影响表现得更为强烈。700℃惰性气氛中碳化处理的样品与还原性气氛中处理的样品相比,比表面积降低了约61．5％,实验结果还发现620℃－1300℃范围内处理的糠醇树脂碳化样品组装的锂离电池都表现出了相对较高的充放电容量,其中700℃碳化处理的样品组装的锂离子电池充放电容量最高,实验结果还表明树脂碳化产物的比表面积是影响电池充放电性能的重要因素,碳化产物的比表面积越大,电池的充放电容量就越高。     

锂离子电池负极材料纳米多孔硅/石墨/碳复合微球的制备与性能

以硅藻土为原料, 通过镁热还原反应得到多孔硅, 进一步利用砂磨得到纳米多孔硅, 然后通过球磨将其与片状石墨和沥青均匀混合, 采用喷雾干燥技术造粒, 高温煅烧后制备了纳米多孔硅/石墨/碳复合微球. 对所得复合微球的结构和理化性质进行了表征. 纳米多孔硅/石墨/碳复合微球作为锂离子电池负极材料展示出较高的可逆容量、 优异的循环稳定性(100次循环后容量仍为790 mA·h/g, 容量保持率可达96.7%)及较好的倍率性能.     

锂离子电池酚醛树脂裂解碳负极材料的研究

应用低温 (<10 0 0℃ )裂解商品热固性酚醛树脂制备锂离子电池的碳负极材料 .热重分析和X射线衍射分析表明该碳材料具有非晶态聚并苯结构 .随着热解温度的提高 ,其结构逐渐规整 ,首次充放电容量下降 .热解碳材料的比容量取决于热解温度 ,并与可贮锂的纳米孔有关 .     

空心碳球负载二硫化硒复合材料作为锂离子电池正极材料

制备了一种空心碳球负载二硫化硒(SeS₂@HCS)复合材料作为锂离子电池正极材料。通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)以及氮气吸脱附测试(BET)等对产物形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,采用模板法结合化学聚合法可以合成形貌均一、单分散的空心碳球;其直径约为500 nm,壁厚约为30 nm。进一步采用熔融灌入法可以得到空心碳球负载二硫化硒复合材料。将所制备复合材料组装成电池进行电化学性能测试,与原始二硫化硒块体材料相比,SeS₂@HCS复合材料具有更高的初始容量(100 mA·g^-1电流密度下,初始放电容量为956 mAh·g^-1)和更长的循环寿命(100 mA·g^-1电流密度下,循环200圈),同时显示出更优异的倍率性能。研究结果表明该复合材料是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料。     

二硫化钛作为锂离子电池负极材料的特性

采用固相法合成了纯六方相的TiS2粉体.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)结果表明该材料具有特征层状结构,其颗粒大小在10-20μm之间.作为锂离子电池负极材料,TiS2在3.00-0.00 V(vs Li/Li+)之间有3个明显的放电平台,首次可逆容量达668 mAh·g-1,在第一个放电电压范围(3.00-1.40V)内具有优异的循环可逆性.深度放电时由于Li2S的生成和材料颗粒严重破碎,在低于0.50 V时材料的循环性能不佳.通过减小材料颗粒度和提高导电剂含量,TiS2的电化学性能得到显著改善.     

碳包覆碳酸钴锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

以葡萄糖作为碳源,通过简单的水热反应获得菱形碳包覆碳酸钴(CoCO₃/C)复合材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.晶型和表面形貌通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行表征,用热重-差热分析法(TG-DTA)来测试CoCO₃/C材料中碳的含量,用拉曼光谱分析无定型碳的存在. Barrett-Joyner-Halenda (BJH)则用来分析材料的孔径分布情况.实验表明,碳包覆不仅在CoCO₃颗粒表面包覆了一层无定性碳,使得CoCO₃材料在充放电过程中保持结构的稳定性,也形成了一些大约30 nm左右的介孔,这种孔的存在有助于电解液中离子的传输,从而提高材料的电化学性能.电极材料在0.90C(1.00C = 450 mAh•g^-1)倍率下进行循环测试, 500次后的容量仍保持在539 mAh•g^-1,显示出了较好的循环性能.当增加到3.00C倍率时CoCO₃/C容量为130 mAh•g^-1,再恢复到0.15C倍率时容量依然能够达到770 mAh•g^-1,表现出了CoCO₃/C具有良好的稳定性.     

锂离子二次电池碳负极材料的改性

作为锂离子二次电池的碳负极材料，其改性方面的研究内容主要有：引入非金属元素，引入金属元素，处理表面及其它方面。纺入的非金属元素有硼，硅，氮，磷和硫。引入的金属元素有钾，铝，镓和钒，镍，钴，铜，铁等过渡金属元素。表面处理的方法包括氧化，形成表面层等。     

高倍率铌基氧化物负极材料的研究进展

锂离子储能器件具有高能量密度与绿色环保等优点, 在未来新能源汽车和大规模储能领域中将显示出巨大的潜力. 然而, 由于传统锂离子负极材料如石墨、 硅存在电化学动力学缓慢与高倍率下的安全性等问题, 无法满足目前能源消费终端日益增长的快速充放电性能要求. 因此, 开发有利于锂离子快速嵌入/脱出、 安全性与稳定性优异的负极材料至关重要. 相比于传统的负极材料, 铌基氧化物具有合适的理论容量、 更安全的工作电位、 稳定且快速的离子传输通道等优点. 本文综述了高倍率铌基氧化物负极材料在锂离子储能器件领域的最新研究进展, 重点介绍了典型铌基氧化物的储锂机理与改性手段, 并对铌基氧化物负极材料未来的发展与挑战进行了展望.     

锂离子电池硅基复合物负极材料*

作为颇有前途的锂离子电池负极材料,硅基材料的研究日益受到重视。硅基负极材料在充放电循环中体积变化过大导致的循环性能差、首次库仑效率低等始终是阻碍其商业化的主要问题。纳米化、合金化和碳包覆是有效的解决措施。本文详细论述了TiB2、TiN、TiC作为基质的硅-化合物复合物,Fe-Si、Cu-Si、Ni-Si体系的硅-金属复合物和硅-碳复合物的研究进展。在硅-碳复合物的研究上,综述了分别采用热解法、球磨法、球磨-热解法、化学聚合法合成,以聚吡咯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、间苯二酚-甲醛、柠檬酸、环氧树脂等为碳源的研究进展,同时也综述了Si/碳纳米管复合电极材料的研究情况。     

锂离子电池硅纳米线负极材料研究

采用涂膜法和直接生长成膜法分别制备两种硅纳米线电极.XRD、SEM和充放电曲线表征、观察和测定材料嵌锂状态过程的结构、形貌及电化学性能.与涂膜法相比,直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有较高的比容量、良好的循环寿命及较好的倍率性能;直接生长成膜法制备的硅纳米线电极,其嵌锂过程硅由晶态逐渐转变为非晶态,且其纳米线直径逐渐增大,但线状结构仍保持完好,进而防止了电极粉化和脱落.     

锂离子电池锡-金属-碳复合负极材料

石墨作为锂离子电池的负极材料已经使用了很长时间。但由于其嵌锂容量低,已不能满足动力电池快速发展的需求。而锡可以与锂形成合金,有可能取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是单纯的金属锡在电池循环过程中发生巨大的体积变化,容易导致电极材料的粉化。而碳材料具有较高的导电性,良好的机械性能和储锂性能。为了充分发挥金属锡和碳材料的优势,锡-碳(Sn-C)复合材料得到了广泛研究。本文详细介绍了无定型碳、石墨(G)、石墨烯(GP)、碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)等碳材料作为惰性的导电基体与锡形成的二元复合物,阐述了锡与其它金属(M)形成的碳基三元、多元复合物的结构和性能。通过总结近些年对锡碳复合物结构与性能的研究,相信多元复合和多种结构的应用是提高锡-碳复合负极材料的关键。其中,以Sn-Co-C为基础的多元复合负极材料最有可能走向市场应用。     

锂离子电池纳米级负极材料的研究

综述了锂离子电池纳米级碳材料、锡基材料和合金材料近几年的研究成果及发展方向,探讨了该类材料目前存在的问题及解决的办法,对该类材料的发展趋势进行了展望.     

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。     

锂离子电池合金负极材料的研究进展

本文综述了锂离子电池合金负极材料的研究现状,对比了各种合金负极材料的制备方法,并指出了合金负极材料目前面临的主要问题及现有的解决方案,最后提出纳米锂合金复合物将是合金负极材料发展的最终出路.     

Nitrogen-Doped Carbon-Coating Disproportionated SiO Materials as Long Cycling Stable Anode for Lithium Ion Batteries

Silicon monoxide (SiO) is a kind of promising anode material for lithium-ion batteries because of its smaller volume change during the charge and discharge process than pure silicon and its higher theoretical capacity than commercialized graphite. However, its fast-fading capacity still restricts the development of practical application of SiO. A simple and cheap strategy to dope nitrogen and coat carbon on the surface of disproportionated SiO is proposed to improve the cycling stability significantly even at a high specific current. The capacity retention is nearly 85% after 250 cycles and more than 69% after 500 cycles at a specific current of 1000 mA g⁻¹. Even at a specific current of 2000 mA g⁻¹, its cycling performance behaves similarly to that of 1000 mA g⁻¹. Nitrogen doping in materials could improve the conductivity of materials because pyridinic nitrogen and pyrrolic nitrogen could improve the electron conductivity and provide defects to contribute to the diffusion of lithium ions. The use of pitch and melamine, which are easily available industrial raw materials, makes it possible to contribute to the practical application.     

二氧化锡/碳气凝胶的制备与电化学性能研究

应用真空浸渍法制备二氧化锡/碳气凝胶的复合材料. XRD、BET、SEM及TEM等测试结果显示,二氧化锡纳米颗粒（5~10 nm）均匀地填充在碳气凝胶的孔道内部. 在100 mA/g的电流密度下经过100周次充放电测试,该材料的容量保持率为首次循环的61.9%.     

Bismuth Nanoparticles Embedded in Carbon Spheres as Anode Materials for Sodium/Lithium‐Ion Batteries

Sodium‐ion batteries (SIBs) are regarded as an attractive alternative to lithium‐ion batteries (LIBs) for large‐scale commercial applications, because of the abundant terrestrial reserves of sodium. Exporting suitable anode materials is the key to the development of SIBs and LIBs. In this contribution, we report on the fabrication of Bi@C microspheres using aerosol spray pyrolysis technique. When used as SIBs anode materials, the Bi@C microsphere delivered a high capacity of 123.5 mAh g^?1 after 100 cycles at 100 mA g^?1. The rate performance is also impressive (specific capacities of 299, 252, 192, 141, and 90 mAh g^?1 are obtained under current densities of 0.1, 0.2, 0.5, 1, and 2 A g^?1, respectively). Furthermore, the Bi@C microsphere also proved to be suitable LIB anode materials. The excellent electrochemical performance for both SIBs and LIBs can attributed to the Bi@C microsphere structure with Bi nanoparticles uniformly dispersed in carbon spheres.