高熵氧化物的设计及其在锂离子电池中的应用研究进展

储能技术的革命性变化对下一代锂离子电池（LIBs）负极材料提出了更高的要求。近年来,一类具有复杂化学计量比的新型材料——高熵氧化物（HEOs）逐渐进入人们的视野并走向繁荣。理想的元素可调节性和吸引人的协同效应使HEOs有望突破传统阳极的综合性能瓶颈,为电化学储能材料的设计和发展提供新的动力。本文分别从化学成分调控和结构设计2个方面结合本课题组近年来的研究及国内外重要文献,综述了HEOs作为LIBs负极材料的研究进展。在化学成分调控方面通过金属杂原子掺杂、非金属杂原子掺杂来提高HEOs的本征活性。在结构设计方面,通过构建一维结构、二维结构、三维结构、空心结构以及复合碳材料来增加HEOs的反应活性位点数量,从而提高储锂性能。最后,对HEOs在LIBs领域的发展进行了展望。     

高熵氧化物的设计及其在锂离子电池中的应用研究进展

储能技术的革命性变化对下一代锂离子电池(LIBs)负极材料提出了更高的要求。近年来,一类具有复杂化学计量比的新型材料——高熵氧化物(HEOs)逐渐进入人们的视野并走向繁荣。理想的元素可调节性和吸引人的协同效应使 HEOs有望突破传统阳极的综合性能瓶颈,为电化学储能材料的设计和发展提供新的动力。本文分别从化学成分调控和结构设计2个方面结合本课题组近年来的研究及国内外重要文献,综述了HEOs作为LIBs负极材料的研究进展。在化学成分调控方面通过金属杂原子掺杂、非金属杂原子掺杂来提高HEOs的本征活性。在结构设计方面,通过构建一维结构、二维结构、三维结构、空心结构以及复合碳材料来增加HEOs的反应活性位点数量,从而提高储锂性能。最后,对HEOs在LIBs领域的发展进行了展望。     

二次离子电池高比容量负极碳载体的研究进展

二次离子电池商业化负极石墨的比容量已接近理论比容量. 合金型负极和金属负极因具有高比容量而受到广泛关注, 但其循环性能差和安全性问题限制了实际应用, 据此提出载体设计策略. 碳材料具有来源广泛、 易于调控等特性, 常用作二次离子电池高比容量负极的载体. 本文从碳载体的孔结构、 比表面积、 电子导电率、 离子导电率、 杂原子掺杂和界面修饰的角度出发, 综述了其在硅基、 磷基、 锗基、 锡基负极以及金属锂、 钠等负极中的研究进展, 展望了碳载体的发展前景和方向.     

锂离子电池锡基复合氧化物负极材料的研究

采用共沉淀法制备了SnSbO2.5和SnGeO3两种锡基复合氧化物粉末.XRD分析表明,这两种锡基复合氧化物的共同特点是在27°～28°处有波峰,属无定型结构.将其分别作为锂离子电池负极材料的活性物质,利用恒电流电池测试仪研究它们的电化学性能.实验表明,这两种锡基复合氧化物都有较高的电化学容量,SnSbO2.5的可逆容量为1200mA·h/g,SnGeO3的可逆容量为750mA·h/g.这两种锡基复合氧化物的电化学容量远高于碳材料(石墨的理论容量为372mA·h/g),因此,这两种锡基复合氧化物可以作为锂离子电池负极材料的候选材料.     

Fe2O3锂离子电池负极材料研究进展

Fe2O3锂离子电池负极材料因其具有的高能量密度而备受关注。但Fe2O3电极材料存在的如低导电性、充/放电过程中体积改变导致的循环稳定性差等问题限制其实际应用。介绍了高比表面积、结构稳定以及储锂动力学等因素对锂离子电池负极材料电化学性能的重要影响,综述电极活性材料纳米化、形貌控制和杂原子掺杂对Fe2O3负极材料电化学性能改善的相关研究进展,最后对Fe2O3电极材料的发展前景进行了展望。     

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。     

金属草酸盐基负极材料——离子电池储能材料的新选择

商业化锂离子电池石墨负极和锂盐过渡金属氧化物正极材料的储锂容量都已接近各自的理论值,探索下一代高能量密度电极材料是解决现阶段锂离子电池容量限制的关键。近年来,新型金属草酸基负极材料,借助其在金属离子电池中多元化储能机制诱发的较高储能效应在碱金属离子电池绿色储能材料领域备受关注。本文就金属草酸基材料在锂、钠、钾金属离子电池方面的最新研究进行了综述,着重介绍了材料的晶型结构、多元化储能机制及储能过程中的动力学特征,简单阐述了材料在电化学储能中存在的问题,分析了金属草酸基负极材料在形貌晶型控制、界面碳复合改性和金属元素掺杂方面的改性策略。最后,预测了金属草酸基负极材料在碱金属离子电池体系的发展方向。     

结构可控的炭基材料在锂离子电池中的应用

为了满足人们对高性能锂离子电池的需求,对电极材料进行结构设计和表面改性非常重要。基于炭材料独特的优势,通过使用炭材料或是制备炭基复合物能够极大地提高锂离子电池的电化学性能。基于本实验室的研究基础,本文总结了炭基材料在锂离子电池应用领域所发挥的重要作用,综述了炭材料和炭基复合材料作为锂离子电极材料的研究进展,着重阐述了通过引入炭材料和控制材料结构来提高电池电化学性能。在炭负极材料方面,主要概述了新型炭负极材料(碳纳米管、石墨烯和无定形炭)的各种形貌结构对电 化学性能的影响及各自的优缺点。在含炭复合电极材料方面,详细介绍了正负极复合材料的制备方法、结构设计、形貌控制及复合物中炭对于提高正负极活性材料的导电性和结构稳定性所发挥的积极作用。最后,对于炭基材料在锂离子电池领域需要解决的问题进行了探讨,以期提高锂离子电池的应用性能。     

贫电解液下电催化剂对调控锂硫电池性能的研究进展

锂硫电池具有高理论能量密度(2600 Wh/kg)和高理论比容量(1675 mA·h/g),被视为最有可能替代锂离子电池实现商业应用的电化学储能系统之一。然而,锂硫电池所固有的缓慢氧化还原动力学和多硫化物的“穿梭效应”等问题严重影响了锂硫电池的循环性能以及循环寿命。目前,大部分综述主要集中于过量电解液下锂硫电池硫主体材料的设计制备方面,对贫电解液下锂硫电池性能的研究关注较少。基于此,本文介绍了贫电解液下不同电催化剂对锂硫电池氧化还原反应动力学和电化学性能的调控,主要分为非金属催化剂和金属催化剂两类,其中非金属催化剂包括非金属化合物、石墨烯、碳纳米管以及杂原子掺杂碳材料;金属催化剂包括钴基催化剂、钼基催化剂、铁基催化剂以及多金属基异质结构。最后,对推动锂硫电池实现商业应用需要进一步开展的研究提出了思考并进行了展望。     

Recent progress on Ge oxide anode materials for lithium-ion batteries

正1 Introduction As environmental pollution continues to worsen,governments are increasing their efforts to develop green transport vehicles,such as electric vehicles and hybrid cars.Efficient energy storage and conversion systems are urgently needed     

A novel Mo-based oxide β-SnMoO_4 as anode for lithium ion battery

Recently,the development of new electrode materials for lithium-ion batteries(LIBs)has received intensive attention.As an important family of inorganic materials,mixed Mo-based transition metal oxides system is focused as anode materials.In the present work,a simple route has been adopted for the synthesis of layered-flake-likeβ-SnMo04 Nano-assemblies,which have been explored as potential anode materials for the first time in lithium-ion battery(LIB).Overall,the current reports on metal molybdate as anode materials are still rarely.As the anode material for LIBs,it was observed that the fabricated anode is capable of delivering a steady state capacity of almost 400 mAh/g up to 300 cycles under the influence of200 mA/g current density.Further,the anode material is suitable for use as a rated capacity anode because of its high current density tolerance.The present study can be further extended for the generation of a wide variety of other novel materials for multidisciplinary energy related applications.     

Review and prospect of layered lithium nickel manganese oxide as cathode materials for Li-ion batteries

Layered structural lithium metal oxides with rhombohedral α-NaFeO₂ crystal structure have been proven to be particularly suitable for application as cathode materials in lithium-ion batteries. Compared with LiCoO₂, lithium nickel manganese oxides are promising, inexpensive, nontoxic, and have high thermal stability; thus, they are extensively studied as alternative cathode electrode materials to the commercial LiCoO₂ electrode. However, a lot of work needs to be done to reduce cost and extend the effective lifetime. In this paper, the development of the layered lithium nickel manganese oxide cathode materials is reviewed from synthesis method, coating, doping to modification, lithium-rich materials, nanostructured materials, and so on, which can make electrochemical performance better. The prospects of lithium nickel manganese oxides as cathode materials for lithium-ion batteries are also looked forward to.     

Reaction mechanism and additional lithium storage of mesoporous MnO_2 anode in Li batteries

Nanostructured transition metal oxides,employed as anode materials for lithium-ion batteries,exhibit a higher capacity than the theoretical capacity based on the conversion reaction.To date,the reasons behind this phenomenon are unclear.For the one-step evolution of anode material for lithium-ion batteries,it is essential to understand the lithium storage reaction mechanism of the anode material.Herein,we provide a detailed report on the lithium storage and release mechanism of MnO2,using synchrotron-based X-ray techniques.X-ray diffraction and X-ray absorption spectroscopy results indicate that during the first discharge,MnO2 is reduced in the order of MnO2→LixMnO2(1相似文献   

核壳结构金属-有机骨架及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用

金属-有机骨架(MOFs)材料具有比表面积较大、孔径可调、制备容易、结构与功能多样性等优势,被广泛应用于电化学能源转化与储存领域。其中独特的核壳结构材料由于表面修饰的作用往往更能表现出内核与壳层之间的协同作用。本文介绍了核壳结构MOFs作为锂离子电池负极材料的发展现状,并重点综述其衍生物(多孔碳材料、金属氧化物、金属硫/硒化物以及金属/金属氧化物)的制备方法以及在锂离子电池负极中的应用。MOFs经高温煅烧或改变化学反应条件可制备出结构可调的无机电极材料并表现出更优异的电化学性能。最后总结了核壳结构MOFs材料作为锂电负极材料存在的问题和挑战,并提出可能的解决途径和未来的应用前景。     

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3d 过渡金属氧化物负极微/纳米材料

与传统的碳材料相比,锂离子电池3d 过渡金属氧化物(M_xO_y,M = Co、Fe、Cu、Ni) 负极材料具有更高的容量、倍率及安全性能,更适于锂离子电池在移动电子设备、电动汽车、备用储能和智能电网等领域的应用,因此备受关注。本文介绍了M_xO_y 负极材料的充放电机理,并以零维、一维、二维、三维等纳米结构及空心、核壳等多种微/纳米结构为出发点,详细讨论了过渡金属氧化物电极材料的电化学性能与结构特征之间的关系,分析了具有不同结构特征的负极材料的合成方法;展望了3d 过渡金属氧化物负极微/纳米材料的研究趋势和发展前景。