BaFeSi/C复合物作为锂离子电池负极材料的研究

采用机械球磨法制备BaFeSi/C复合物,并考察了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,这种复合材料具有较高的初始放电容量、合适的充放电平台和良好的循环可逆性.XRD和XPS研究证明:BaFeSi/C复合物循环性能的提高主要源于惰性导电组分FeSi2、BaSi2和外层石墨骨架的协同作用,它们的存在不仅有效地缓冲了活性组分硅的体积变化,同时在很大程度上增强了复合材料的电子导电性和离子导电性.     

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。     

锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状

在锂离子电池负极材料的研究中，硅材料以其高达4200 mAh·g^-1的理论比容量，成为近年来新能源电池领域的研究热点.但是在锂化/去锂化过程中，硅负极体积变化高达300%，导致快速的容量衰减和较短的循环寿命.目前硅负极改性最有效的方法之一，是通过粘结剂来保持活性物质、导电添加剂和集流体间的接触完整性，减少硅材料在充放电循环过程中体积变化引起的裂化和粉碎，保持硅负极的高容量，提升电池循环性能.基于硅材料作为锂离子电池负极的优异特性，以及目前锂离子电池粘结剂的发展，将针对锂离子电池硅基负极粘结剂做出系统讨论，描述不同粘结剂对电池性能的主要影响，为锂离子电池硅基负极粘结剂的开发和应用提供研究方向.     

氩离子刻蚀还原氧化铜的XPS研究

利用X射线光电子能谱(XPS)及氩离子刻蚀技术,通过改变氩离子枪的刻蚀模式,原位研究氩离子刻蚀对氧化铜的还原情况。结果发现在极其微弱的氩离子束流轰击下,CuO即被还原,刻蚀初期变化较大,之后达到稳恒状态。对Cu2p峰拟合,同时结合俄歇CuLMM峰变化,判定纯CuO经氩离子刻蚀后最终转变为氧化铜、氧化亚铜及少量单质铜的共存状态。研究结果将对氧化铜深度剖析中化学状态的判断具有重要参考价值。     

硅基锂离子电池负极材料

硅是目前已知比容量(4200 mAh ·g^-1)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(> 300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层(SEI),最终导致电化学性能的恶化。本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理,总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中巨大体积效应的相关工作,并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法、电化学性能和相应机理,重点介绍了硅炭复合材料。另外,介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机理。最后,对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景。     

硅及硅基负极材料的研究进展

硅（Si）具有极高的理论容量、 较低的电压平台和丰富的自然资源, 有成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料的潜力. 但Si不同于石墨, 其固有电导率低, 循环过程中体积变化巨大, 不宜直接作为负极材料. 因此出现了许多从维度结构、 复合材料、 黏结剂和电解质等方面改善或适配Si基负极材料的改性方案, 以使其满足商业化的要求. 本文综合评述了近年Si基负极材料的研究进展, 总结了不同方面的设计要素, 介绍了代表性材料的性能表现, 最后, 对目前Si基材料面临的问题进行了简要分析, 并展望了其作为锂离子电池负极的研究前景.     

硅材料在锂离子电池负极中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.论文综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅和含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.     

锂离子电池氧化亚硅负极结构优化和界面改性研究进展

氧化亚硅(SiO)作为锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量(~2043 mAh·g^-1)以及合适的脱锂电位(< 0.5 V),且原料储量丰富、制备成本较低、对环境友好,被认为是下一代高能量密度锂离子电池负极极具潜力的候选材料。然而,SiO在脱/嵌锂过程中存在着较严重的体积效应(~200%),易导致材料颗粒粉化、脱落,严重影响了SiO负极电极的界面稳定性和电化学性能。近年来,人们围绕SiO负极结构优化和界面改性开展了大量工作。本文先从SiO负极材料的结构特点出发,阐述了该材料面临的主要瓶颈问题;继而从SiO的结构优化、SiO/碳复合和SiO/金属复合等三方面,系统总结了迄今已有的SiO负极结构设计和界面调控策略,并分别对其方法特点、电化学性能以及二者间关联规律进行了比较和归纳,最后对SiO负极材料结构和界面改性的未来发展方向进行了展望。     

聚酰亚胺作为锂离子电池硅基负极粘结剂的研究进展

硅基负极材料是提升锂离子电池能量密度的重要材料基础,负极粘结剂性能的优劣是影响硅基负极材料推广应用的关键因素。本文全面综述了锂离子电池负极粘结剂材料的研究及应用进展,详细阐述了粘结剂对于硅基负极材料及锂离子电池电化学性能的影响,简要介绍了目前常用的羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸盐(Alg)三种硅基负极粘结剂的特点,重点讨论了聚酰亚胺(PI)材料作为负极粘结剂的优势,其分子结构可设计、形变可逆、高强高模等优点有望抑制硅基负极体积膨胀并避免颗粒粉化,系统综述了目前PI在硅基负极粘结剂中的研究进展。在此基础上,为PI粘结剂后续研究提供了新的方法策略,为锂离子电池负极粘结剂的开发和应用提供了新的设计理念。     

锂离子电池硅基负极界面工程的研究进展

Si基负极材料具有比容量高和嵌锂电势低等优点,已成为提高锂离子电池能量密度的关键材料.但其巨大的体积膨胀和与电解液间的副反应造成了严重的界面问题.本文从硅负极界面的定义出发,对界面问题、成因和形成机制进行了综合评述;并分别从结构优化、人工界面构筑、电解液配方优化和固态电池中的界面问题4个方面阐述了硅基负极界面工程的发展现状;最后,对硅基负极界面问题的解决方案进行了总结与展望.     

MoO2/C共包覆Si/石墨复合锂离子电池负极材料的研究

采用溶胶-凝胶法, 用二氧化钼(MoO₂)和C共同包覆Si/石墨粒子制备了Si/石墨/MoO₂/C锂离子电池负极材料. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)等分析了材料的形貌和性质. 结果表明, MoO₂/C的共包覆在缓解材料体积膨胀的同时提高了材料的电子和离子电导率, 进而提高了材料的电化学性能. 复合材料的首次充电比容量为2494 mA·h/g, 首次库仑效率为72%, 经过100次循环后比容量为636.6 mA·h/g.     

Preparation and electrochemical properties of core-shell Si/SiO nanocomposite as anode material for lithium ion batteries

The Si/SiO nanocomposite was synthesized by a sol–gel method in combination with a following heat-treatment process. It was analyzed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), cyclic voltammetry (CV) and capacity measurement as anode material for lithium ion battery. Si nanoparticles were coated with SiO and a core-shell structured nanocomposite was formed. The core-shell Si/SiO nanocomposite displays better reversibility of lithium insertion/extraction and higher coulomb efficiency than virginal Si nanoparticles. The SiO shell envelops the Si nanoparticles to suppress the aggregation of the nanoparticles during cycling. As a result, the core-shell Si/SiO nanocomposite exhibits better capacity retention than virginal Si nanoparticles, indicating that this is a promising approach to improve the electrochemical performance of nano anode materials for lithium ion battery.     

Structural properties of lithium thio-germanate thin film electrolytes grown by radio frequency sputtering

In this study, lithium thio-germanate thin film electrolytes have been successfully prepared by radio frequency (RF) magnetron sputtering deposition in Ar gas atmospheres. The targets for RF sputtering were prepared by milling and pressing appropriate amounts of the melt-quenched starting materials in the nLi(2)S + GeS(2) (n = 1, 2, and 3) binary system. Approximately 1 μm thin films were grown on Ni coated Si (Ni/Si) substrates and pressed CsI pellets using 50 W power and 25 mtorr (～3.3 Pa) Ar gas pressures to prepare samples for Raman and Infrared (IR) spectroscopy, respectively. To improve the adhesion between the silicon substrate and the thin film electrolyte, a sputtered Ni layer (～120 nm) was used. The surface morphologies and thickness of the thin films were determined by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The structural properties of the starting materials, target materials, and the grown thin films were examined by X-ray diffraction (XRD), Raman, and IR spectroscopy.     

锂离子电池纳米材料研究

报道了作者最近在锂离子电池纳米材料方面的研究工作 .包括纳米负极材料 (如Sb ,SnSb ,CuSn及Si) ,纳米正极材料 (如CuS)合成 ,电化学性质 ,以及纳米材料的晶体结构与形貌在充放电过程中的变化等研究 .此外还报道了具有纳米尺度阴离子的锂盐在聚合物电解质中的增塑作用以及纳米硅Raman光谱和光致发光谱受电化学锂掺杂的影响 .最后对纳米材料的本征性质与其电化学性质的关系进行了讨论 ,并对其在锂离子电池中的应用及在基础研究方面的意义给予了评述 .     

Effect of fullerene coating on silicon thin film anodes for lithium rechargeable batteries

To improve the electrochemical performances of Si thin film anodes for lithium rechargeable batteries, fullerene thin films are prepared by plasma-assisted evaporation methods to be used as coating materials. Analyses via Raman and X-ray photoelectron spectroscopy indicate that amorphous polymeric films originated from fullerene are formed on the surface of the silicon thin film. The electrochemical performance of these fullerene-coated silicon thin film as an anode material for rechargeable lithium batteries has been investigated by cyclic voltammetry, charge/discharge tests, and electrochemical impedance spectroscopy. The fullerene-coated Si thin films demonstrated a high specific capacity of above 3,000 mAh g⁻¹ as well as good capacity retention for 40 cycles. In comparison with bare silicon anodes, the fullerene-coated silicon thin film showed superior and stable cycle performance which can be attributed to the fullerene coating layer which enhances the Li-ion kinetic property at the electrode/electrolyte interface.     

Investigation of PZT-5H and PZT-8 type piezoelectric effect on cycling stability on Si-MWCNT containing anode materials

Silicon (Si) containing materials cannot be used in commercial lithium ion batteries due to the mechanical stress problem triggered by volume expansion during cycling. The high-volume change causes mechanical instability of Si anode materials during charging/discharging, resulting fast capacity fading. It is thought that piezoelectric materials can be a solution for the volume expansion problem because of their ability to generate electric field when pressure is applied on them. For this purpose, PZT-8 and PZT-5H type piezoelectric materials were mixed with silicon and multiwalled carbon nanotube (MWCNT) to obtain anode composites and tested electrochemically versus lithium metal. The piezoelectiric effect on the electrochemical activity of these anodes is investigated by preparing the anode composite without any piezoelectric material additive (Sample #3). At the end of the 50 charge/discharge cycles, the capacities reached 420 mAh/g, 300 mAh/g and 100 mAh/g for PZT-8-added, PZT-5H-added and no-PZT samples, respectively. These results showed that PZT addition improves capacity performance of Si-MWCNT anodes. Additionally, the obtained anode composites were characterized with X-ray diffraction and scanning electron microscopy.     

锂离子电池Si/RGO@PANI三明治纳米结构负极材料的制备与电化学性能

以石墨烯和纳米硅颗粒为起始原料,苯胺为单体,植酸为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂（引发剂）,通过超声波的作用成功原位合成了具有三明治纳米结构的Si/RGO@PANI锂离子电池负极材料。石墨烯片层与导电聚苯胺与纳米硅颗粒构成的夹心结构可形成有效的导电网络,且具有优异的结构稳定性,能够有效缓解硅在嵌锂/脱锂过程中产生的巨大体积效应,表现出良好的循环性能和倍率性能。电化学性能测试表明,这种Si/RGO@PANI三明治纳米结构复合材料适合作为一种优良的锂离子电池负极材料。     

锂离子电池Si/RGO@PANI三明治纳米结构负极材料的制备与电化学性能

以石墨烯和纳米硅颗粒为起始原料,苯胺为单体,植酸为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂(引发剂),通过超声波的作用成功原位合成了具有三明治纳米结构的Si/RGO@PANI锂离子电池负极材料。石墨烯片层与导电聚苯胺与纳米硅颗粒构成的夹心结构可形成有效的导电网络,且具有优异的结构稳定性,能够有效缓解硅在嵌锂/脱锂过程中产生的巨大体积效应,表现出良好的循环性能和倍率性能。电化学性能测试表明,这种Si/RGO@PANI三明治纳米结构复合材料适合作为一种优良的锂离子电池负极材料。     

Improved Electrochemical Performance of Mg-doped ZnO Thin Film as Anode Material for Lithium Ion Batteries

Zn1-xMgxO （x = 0, 0.18） thin films were fabricated on the copper substrates by radiofrequency magnetron sputtering using the high pure argon as a sputtering gas. The Zn1-xMgxO films were characterized by X-ray powder diffraction （XRD）, scanning electron microscope （SEM） and galvanostatic tests. The electrochemical test showed an improved electrochemical performance of Zn0.82EMg0.18O thin film as an anode material for lithium ion batteries.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及红外光学性能

采用双离子束溅射方法在Si3N4/SiO2/Si基底表面沉积氧化钒薄膜, 在氮气气氛下热处理获得二氧化钒薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了热处理温度对氧化钒薄膜晶体结构、表面形貌和组分的影响, 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对二氧化钒薄膜的红外透射性能进行了测试分析. 结果表明, 所制备的氧化钒薄膜以非晶态V2O5和四方金红石结构VO2为主, 经400 ℃、2 h热处理后获得了(011)择优取向的单斜金红石结构纳米VO2薄膜, 提高热处理温度至450 ℃, 纳米结构VO2薄膜的晶粒尺寸减小. FT-IR结果显示,纳米VO2薄膜透射率对比因子超过0.99, 高温关闭状态下透射率接近0. 小晶粒尺寸纳米VO2薄膜更适合在热光开关器件领域应用.