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.     

Co-Sn合金作为锂离子电池负极材料的研究

采用高能机械球磨法合成了富Co的Co3Sn2合金, 测试了Co-Sn合金作为锂离子电池负极材料的充放电性能. 考察了在机械球磨过程中加入碳和高温处理球磨后样品对合金组成和电化学性能的影响. XRD测试结果表明, 加入碳后所得样品的主要成分为CoSn2. 于400和600 ℃处理后主要成分转变为CoSn和Co3Sn2. CoSn2, CoSn和Co3Sn2的充放电容量随着Sn含量的降低依次降低, 但循环性能得到提高.     

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 .     

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.     

微米级球状铝粉作为锂离子电池负极材料的改性研究

选用粒径为3μm的球状铝粉作为锂离子电池负极材料,采用小分子有机材料3,4,9,10-茈四酸酐作为改性剂,通过固相法在不同温度下合成两种Al-C复合材料,利用元素分析、XRD、SEM、粒度分布等手段对材料进行了表征,并通过恒流充放电测试对比了铝球和复合材料的电化学性能．通过改性,550℃和650℃下生成的复合材料的首次放电容量可分别高达990mAh／g和738mAh／g,与纯铝电极的首次放电容量相比（219mAh／g）有了很大提高．其中,650℃下生成的复合材料表现出较好的循环性能．     

CoO填充多壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料

碳纳米管自1990年被日本科学家Iijima发现以来[1],由于其独特的结构组成而具有良好的强度和弹性模量、高比表面积、良好的耐腐蚀性和导电性等特点受到了广泛的关注,并已在催化剂载体、纳米电子器件、储能材料、复合功能材料等诸多领域得到应用。多壁碳纳米管(MWCNT)是由多层石墨卷绕而成的同心圆筒,石墨层间距约为0.034nm,管径一般为几十纳米,管长可达数微米,因此多壁碳纳米管具有较高的长径比,可以被看作一维纳米线。由于多壁碳纳米管在管壁之间和管腔之中存在大量空间,为锂离子的嵌入提供了可能,因此近年来关于多壁碳纳米管储锂的研究…     

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。     

Single Crystalline SnO Nanosheets as Anode Material for Lithium Secondary Battery

Single crystalline SnO nanosheets with high aspect ratios have been synthesized by a simple solution-based chemical route aided with sonication. The dimension and thickness of the SnO nanosheets are controllable by adjusting the amount of cetyltrimethyl ammonium bromide （CTAB） added. The as-prepared SnO nanosheets have loosely packed {001 } surfaces and expanded lattice, thus rendering a high reversible capacity approaching the theoretical value of SnO as anode material in Li secondary battery.     

锂离子电池Si@void@C复合材料的制备及其电化学性能

以纳米Si颗粒为核心,正硅酸四乙酯(TEOS)为SiO_2源,采用Stober法在Si表面包覆一层SiO_2,再以多巴胺为碳源,通过碳化处理将SiO_2表面的聚多巴胺层转化成碳层。最后,用HF刻蚀SiO_2并留下空隙,得到Si@void@C复合纳米颗粒。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,Si@void@C负极材料充放电循环100次后充电比容量仍然有1 319.5 mAh·g~(-1),容量保持率为78.4%,表现出优异的电化学性能。     

锂离子电池Si@void@C复合材料的制备及其电化学性能

以纳米Si颗粒为核心,正硅酸四乙酯（TEOS）为SiO₂源,采用Stober法在Si表面包覆一层SiO₂,再以多巴胺为碳源,通过碳化处理将SiO₂表面的聚多巴胺层转化成碳层。最后,用HF刻蚀SiO₂并留下空隙,得到Si@void@C复合纳米颗粒。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明,在0.1 A·g^-1电流密度下,Si@void@C负极材料充放电循环100次后充电比容量仍然有1 319.5 mAh·g^-1,容量保持率为78.4%,表现出优异的电化学性能。     

纳米锡/硬碳复合材料作为嵌锂负极的研究

利用金属铁和钴纳米颗粒的催化活化作用,制备了多孔硬碳球.应用聚焦离子束切割技术,观察到扩孔后的硬碳球中充满彼此连通的发达中孔.在此多孔硬碳球中填入纳米锡(Sn)颗粒,对复合材料的电化学性能进行了测试.     

锂离子电池锡镍合金负极材料的掺杂改性

采用化学还原共沉积法,对Sn-Ni合金分别进行Sb、Cu和Co掺杂改性;研究了掺杂对Sn-Ni合金电化学性能的影响.结果表明:掺杂后的合金材料综合电化学性能都有所提高,其中Co改性Sn-Ni合金的性能最佳.20次循环后,Sn-Ni-Co合金的放电容量仍高达365 mAh.g-1,比Sn-Ni合金的高49%;而Sn-Ni-Sb和Sn-Ni-Cu合金在相同条件下的放电容量仅分别提高37%和24%.     

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。     

Preparation of Anode Material for Lithium Ion Battery by Chemical Oxidation

Sincetheoilcrisisinthe60'sand70's,ithasbeenrealizedthatthenaturalresourcesareveryimportantandtheresearchoflithiumsecondarybatterywasthenbegun.Recently,theurgentdemandofmicroelectronicsforsecondarybatterywithhighenergydensityandlightweighthasgreatlystimulatedthedevelopmentoflithiumsecondarybattery.Onlyintheearly90's,didthiskindofbatterybecomecommercialwhenitwasfoundthatgraphitecansubstitUtelithiumorlithiumalloysandsolvetheproblemsofsafetyandcyclelife.However,thesynthesisconditionforgraphiteiscr…     

纳米纤维素基多层级孔道结构碳气凝胶的制备及在锂电池中的应用

采用纳米精磨法对商品桉木浆进行纳米纤丝化处理,得到了高长径比、尺寸均一的纳米纤丝化纤维素(NFC),平均直径为230.10 nm,长度达数十微米.将其组装、干燥后制得具有大量介孔的纳米纤丝化纤维素气凝胶(NFCA).将NFCA在氮气氛围下高温碳化制得碳气凝胶(CNFA),或在氢氧化钾条件下辅助碳化制得具有多层级孔道结构的碳气凝胶(CNFA-A),在保留的碳气凝胶骨架结构上进行孔洞构建.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征及Nanomeasure统计分析,发现NFC的平均直径经碳化后减小到53.16 nm.利用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试和拉曼光谱揭示了碳化处理对纳米纤维素结构、比表面积、石墨化程度和缺陷的影响.结果表明,KOH辅助碳化处理后的碳气凝胶不仅保留了纤维素气凝胶前驱体的网络结构,还在其骨架上二次构建了更多的微孔和介孔,其比表面积高达488.92 m2/g,总孔容为0.404 cm3/g,所得的碳骨架被部分石墨化,具有良好的导电性.这类源于生物质的高比表面积碳气凝胶在被用作锂离子电池(LIB)负极材料时表现出优异的电化学性能,在电流密度1 A/g下连续充放电1000次后比容量达到409 m A·h/g,在电流密度高达20 A/g下,比容量还能维持在219 m A·h/g.     

二元共聚物热解碳包覆的石墨负极材料

以苯萘二元共聚物包覆天然石墨后进行热处理，用所制备的包覆石墨作为锂离子电池的负极材料，与包覆前石墨材料相比较，可逆容量提高了10％，不可逆容量降低了7％，循环性能也得到了大的改善. X射线分析表明，改性后该石墨晶体中三方石墨的含量增高.     

大学化学本科教学中综合化学实验的设计——锂离子电池制作

将CR2032型锂离子电池的制作及电化学性能测试实验设计为大学化学本科生的综合实验并将其应用于本科教学中，建立起基于锂离子电池用正极材料的合成、表征、电极制备及电池组装和性能测试的综合性开放实验。实验以无机材料制备为实验基础，以电化学原理为理论基础，通过文献查阅、确立合成路线、材料制备及表征、锂离子电池制作与测试等多项综合实验内容，使学生了解目前常见的正极材料种类、合成方法、电池的基本结构以及电池性能的测试方法。在教学过程中以学生主动探索为主体，培养学生的科学探究素养，锻炼学生查阅文献、自主设计实验和合作开发的能力。