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.     

锂离子电池硅复合负极材料研究进展

硅基负极材料具有最高的储锂容量和较低的电压平台,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一.然而,硅负极巨大的体积效应、较低的电导率以及与常规电解液的不相容性限制了其商业化应用.目前,提高硅负极性能的措施主要包括:通过设计硅基负极材料的组成和微观结构来抑制其体积变化并改善导电性,研发适于硅负极的粘结剂和电解液添加剂,探索...     

改性石墨用于锂离子电池负极

石墨可用于锂离子电池负极材料，其改性方面的研究主要有：石墨的还原、氧化、表面包膜以及物理法处理。这些方法可以改变石墨的电子状态及表面结构，能够提高石墨的性能。本文介绍了改性石墨用于锂离子电池负极的研究概况。     

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。     

锂离子电池负极硅基材料

硅基材料由于其高电化学容量是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料,但其在充放电过程中体积变化大、循环寿命差、首次库仑效率低等是阻碍其商业化的主要问题.本文综述了硅在脱嵌锂时晶体结构及表/界面的变化,以及改善其电化学性能方面的研究进展,并阐述其作为锂离子电池负极材料的研究前景.     

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.     

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。     

锂离子电池硅负极循环稳定性研究进展

硅是已知质量比容量最高的锂离子电池负极材料,研究人员希望通过制造可靠的高容量硅负极,生产高能量密度的锂离子电池. 但由于充放电过程中锂在硅材料中嵌入与释放,硅材料发生巨大的体积变化,以致破碎,并从负极上脱落下来. 硅负极容量随着充放循环次数的增加而迅速下降,是其应用进程中受到的最大制约. 本文结合锂离子电池硅负极研究现状,从硅材料本体结构、整体负极结构两方面介绍几种不同的提高硅负极循环稳定性的方法,并对各种方法的稳定性、成本、制备方法等进行比较,提出对未来硅负极材料研究的展望.     

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。     

锂离子电池隔膜的功能化改性及表征技术

随着锂离子电池在动力和规模化储能等新能源领域应用的不断拓展,具有特殊功能且满足特定使用需求隔膜的设计准则、制备/改性方法及表征技术亟需系统深入研究。针对锂离子电池高性能和高安全性的要求,研究人员已通过结构设计和表面化学改性等策略优化了隔膜的本征特性,并通过系列表征技术探讨了隔膜的功能化改性对锂离子电池电化学性能的影响。基于以上背景,本文从离子传输、枝晶形核与生长、及安全性能三个方面详细探讨了隔膜对电池性能影响的关键因素及其改性方法,并系统总结了隔膜结构、物化特性、力学性能、热学性能以及电化学性能的表征技术,以期为功能隔膜的合理设计,从而优化锂离子电池性能提供理论和实践指导。同时,本文对隔膜未来的进一步研究和发展提出了展望。     

锂离子电池硅纳米粒子/碳复合材料

硅由于其超高的理论比容量有望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅在充放电过程中巨大的体积膨胀(~300%)会导致材料粉化从集流体上脱落,同时不断形成固相电解质层,造成不可逆容量损失,而材料纳米化和碳复合是解决这些问题的有效手段。本文介绍了硅在循环过程中容量衰减机理,并综述了硅纳米粒子与碳材料复合的最新进展,主要包括包覆型、核壳型以及嵌入型硅碳负极材料,并对核壳型与嵌入型做了重点探究,最后对硅纳米粒子/碳复合材料存在的问题进行分析并展望其研究前景。     

Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料

通过经济有效的方法制备得到一种具有长循环寿命的高效稳定性硅/硅氧碳/无定形碳的复合负极材料结构. 在这种结构中,以具有稳定化学性能的硅氧碳结构作为骨架,来支撑和隔离硅纳米颗粒结构. 材料中包含的无定形碳组分可提高硅/硅氧碳结构的电导性能. 这种复合负极结构在0.3C电流充放电情况下,不仅能发挥出637.3 mAh·g^-1的比容量,而且在经过100 周的充放电循环后,其容量保持率也达到86%. 这种新型硅基负极材料的设计为其他功能材料的设计提供了一种潜在可能的方法.     

High-Temperature Magnesiothermic Reduction Enables HF-Free Synthesis of Porous Silicon with Enhanced Performance as Lithium-Ion Battery Anode

Porous silicon-based anode materials have gained much interest because the porous structure can effectively accommodate volume changes and release mechanical stress, leading to improved cycling performance. Magnesiothermic reduction has emerged as an effective way to convert silica into porous silicon with a good electrochemical performance. However, corrosive HF etching is normally a mandatory step to improve the electrochemical performance of the as-synthesized silicon, which significantly increases the safety risk. This has become one of the major issues that impedes practical application of the magnesiothermic reduction synthesis of the porous silicon anode. Here, a facile HF-free method is reported to synthesize macro-/mesoporous silicon with good cyclic and rate performance by simply increasing the reduction temperature from 700 °C to 800 °C and 900 °C. The mechanism for the structure change resulting from the increased temperature is elaborated. A finite element simulation indicated that the 3D continuous structure formed by the magnesiothermic reduction at 800 °C and 900 °C could undertake the mechanical stress effectively and was responsible for an improved cyclic stability compared to the silicon synthesized at 700 °C.     

锂离子电池正极界面修饰用电解液添加剂

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7 V)、LiNiPO₄(5.1 V)和富锂锰基等电极材料在较高的充电截止电压下表现出较高的能量密度和较低的成本,具有很好的应用前景。另外,提高LiCoO₂和三元电池体系的充电截止电压是提升电池能量密度的简单有效措施。但是,当电池充电截止电压提高时,不仅会造成电解液在正极/电解液界面的氧化分解,还会加速正极中金属阳离子在电解液中的溶解,造成电池循环性能和安全性下降。采用不同的正极界面修饰用电解液添加剂,既可以有效钝化正极/电解液界面,抑制电解液的分解,还可以有效抑制正极结构的破坏。本文从添加剂的分子结构出发,介绍了磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂在正极界面的相关研究成果,并对不同添加剂的作用机理进行了详细的解释和归纳;另外,介绍了添加剂的联用技术在不同电池体系中的最新研究成果;最后,对新型正极界面修饰用电解液添加剂的开发进行了展望。     

硅负极黏结剂的研究进展

硅材料在锂离子电池负极中具有极高的应用前景, 当前的挑战是其脱锂嵌锂过程中大幅度的体积变化对负极性能的影响. 本文综合评述了黏结剂策略在解决硅材料体积效应问题方面的独特优势, 探讨了硅用黏结剂的发展历程和多功能趋势, 系统总结了硅用黏结剂在提升硅负极电化学性能上的研究进展, 并对未来硅用黏结剂发展的新思路和新方向进行了展望.     

锂离子二次电池碳负极材料的改性

通过热处理,得到了以密胺树脂为基体的掺杂有磷的碳材料,并用元素分析、XPS、XBD进行了分析．结果表明磷酸加入以后,对氮原子的含量影响不大,但其键合状态发生了变化,使有利于可逆容量提高的graphene氮的相对含量增加,导致碳材料的可逆容量随磷酸加入量的变化而发生变化,最大可逆容量可达516mAHg-1     

纳米MnO锂离子电池负极材料的制备与性能

以高锰酸钾和抗坏血酸合成的MnC₂O₄·2H₂O为前驱体, 通过固相烧结制备了纳米MnO材料. 分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒电流充放电技术考察了其晶相结构、颗粒形貌和电化学性能.分析结果表明, 该纳米MnO具有面心立方的岩盐结构, 结晶度良好. 其颗粒是由粒径为50-100 nm的一次颗粒结合而成的二次颗粒, 大小约为400-600 nm. 当充放电电流密度为46.3 mA·g^-1时, 纳米MnO的首次库仑效率可达68.9%, 可逆比容量为679.7 mAh·g^-1. 在141.1 mA·g^-1的电流密度下循环50圈后, 比容量由584.5mAh·g^-1降至581.5 mAh·g^-1, 容量保持率高达99.5%, 表现出优异的循环性能. 此外, 当电流密度增加到494.7 mA·g^-1 (~2C)时, 其比容量依然可达290 mAh·g^-1, 表现出较好的倍率性能和快速充放电能力. 因此, 纳米MnO具有比容量高、循环稳定、倍率性能好和安全环保等优点,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.     

基于银镜反应的硅/银复合负极材料的制备及其表征

基于银镜反应，在动态下用稀氨水将银氨配离子还原为纳米银颗粒，并沉积在硅颗粒表面。与常用含银复合材料之银盐直接还原法和硝酸盐高温分解法相比，配位还原法具有制备工艺简单快速、银颗粒分散度高和银盐转化率高等特点。得到的硅/银复合材料中粒径小于20 nm的银颗粒均匀分布在硅颗粒表面，无其他杂质相。与纯硅粉负极相比，硅/银复合材料(含银10wt%)能有效抑制硅负极在循环初始阶段的容量快速衰减，30次循环可逆容量大于500 mAh·g^-1。交流阻抗测试显示，纳米银颗粒的存在能显著提高电子电导，进而改善硅负极的循环稳定性。     

锂离子电池凝胶聚合物隔膜的研究进展

作为锂离子电池重要组分,隔膜由多孔聚烯烃高分子材料组成;电解质体系由有机碳酸酯和六氟磷酸锂混合组成,虽具有高离子电导率,但因液态碳酸酯的易燃特性给锂离子电池带来了安全隐患。利用能够将液态电解质体系凝胶化的聚合物制备得到的凝胶聚合物隔膜,结合了液态电解质体系高电导率和固态电解质高安全性的优点。凝胶聚合物隔膜的研究从简单微孔凝胶聚合物隔膜开始,经历了引入少量纳米无机颗粒的掺杂凝胶聚合物隔膜,到引入大量纳米颗粒的凝胶陶瓷隔膜的发展历程。本文详细介绍这三种类型凝胶聚合物隔膜的物理化学特性,最后展望凝胶聚合物隔膜的发展趋势。