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。     

锂离子电池用钴基氧化物的结构设计及本征活性调控的研究进展

锂离子电池的商业石墨负极材料的容量已经接近理论值,限制了动力电池的发展,开发容量高、稳定性好、循环寿命长和倍率性能优良的新型负极材料显得尤为重要。钴基氧化物材料由于其具有较高的比容量,是锂离子电池的理想负极材料之一。本文分别从结构设计和化学成分调控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钴基氧化物作为锂离子电池负极材料的研究进展。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、碳材料支撑结构以及异质结构来增加钴基氧化物的反应活性位点数量;而在化学成分调控方面则通过引入无定型结构、非金属杂原子掺杂、金属杂原子掺杂、构筑高熵氧化物来提高钴基氧化物的本征活性,从而提高钴基氧化物的锂离子电池性能。最后,对钴基氧化物在锂离子电池领域未来的发展进行了展望。     

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。探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性。指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向。     

可逆高储锂的锂离子电池炭负极材料的研究进展

对近几年所研究的高能可储锂炭材料进行了综述。主要为以下几个方面：石墨的改性、有机裂解炭、低温聚合物裂解炭和其它炭材料。     

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.     

锂离子二次电池锡的氧化物负极材料的研究

现有的商品化锂离子二次电池均采用石墨化碳质为负极材料。该类负极材料的制备需要高温（＞２０００℃），而且理论容量有限（＜３７２ｍＡｈ／ｇ），不到金属锂的十分之一。因此人们开展了低温碳材料的研究［１］，可是低温碳材料存在着电压滞后现象，第一次的充放电效率...     

石墨烯复合材料在锂离子电池中的研究进展

石墨烯复合材料因其独特的结构和优异的性质被认为是最有潜力的锂离子电池负极材料之一.石墨烯基复合材料是解决充放电过程中的电极体积变化导致电池的循环性能变差这一问题的有效途径.本文作者综述了多种石墨烯基复合材料作为锂离子电池负极时的电化学性能,并展望了未来的研究方向.     

锂离子电池正负极材料研究进展

本文阐述了近年来锂离子电极材料的合成、结构以及性能等方面的发展状况。正极包插嵌锂的层状ＬｉｘＭＯ２和尖晶石型结构的ＬｉｘＭ２Ｏ４的过渡金属氧化物（Ｍ＝Ｃｏ,Ｍｎ,Ｖ）,负极材料包括石墨、焦碳、活性碳、低温热解碳以及金属氧化物等。     

赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3负极材料的制备及储锂性能

采用金属硝酸盐为金属源, NaOH和Na₂CO₃为沉淀剂, 利用共沉淀法制备了La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料, 研究了粉体的微观结构和电化学性能, 并与传统的LaCoO₃的电化学性能进行了比较. 通过扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)和N₂吸附-脱附测试对其进行了表征, 结果表明, 所制备的 La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物为钙钛矿结构, 形貌为球状, 且各组成元素分布均匀, 比表面积(19.83 m²/g)较高. 储锂性能研究表明, La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料具有较高比容量、 优异的倍率性能和循环稳定性, 在200 mA/g的电流密度下, 其首次放电比容量为855.8 mA·h/g, 循环150次后, 比容量增加到771.8 mA·h/g, 远高于理论比容量(331.6 mA·h/g); 在3000 mA/g的高电流密度下循环500次后, 其仍能保持320 mA·h/g的可逆比容量, 接近其理论比容量, 容量保持率高达95.1%. La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物储锂性能的大幅度提高, 主要归因于熵稳定的晶体结构和多主元协同效应, 使其具有较大的锂离子扩散系数(11.2×10^-18 cm²/s)和较高的赝电容贡献.     

锂离子电池预锂化补锂策略研究进展

锂离子电池(LIBs)因高能量密度和长循环寿命而被广泛用于储能电子产品、电动汽车等众多领域。然而,在锂离子电池首次充放电过程中,固体电解质界面(SEI)膜的形成会造成电解液发生不可逆分解、初始活性Li⁺损失(ALL)和不可逆容量损失,会影响电池体系容量和能量密度的发挥,对于硅基负极电池体系而言尤为显著。基于这一问题,亟需开发各种补锂策略来降低活性锂损失,有效提高电池体系的首次库仑效率(ICE),从而实现更高的能量密度和循环稳定性。结合现阶段所做工作,从正负极角度出发,将预锂化补锂策略分为正极预锂化和负极预锂化,主要包括富锂正极材料、富锂预锂化试剂、惰性锂金属粉、含锂有机溶液等一系列预锂化补锂措施。通过系统的分类、比较与总结后,对预锂化以实现电池的高能量密度和长循环寿命提出建议,有助于为预锂化策略走向商业化提供启示。     

Recent progress in lithium-ion and lithium metal batteries

Moving towards carbon-free energy and global commercialization of electric vehicles stimulated extensive development in the field of lithium-ion batteries (LIBs), and to date, many scientific and technological advances have been achieved. The number of research works devoted to developing high-capacity and stable materials for lithium- ion and lithium metal batteries (LMBs) is constantly rising. This review covers the main progress in the development of LIBs and LMBs based on research works published in 2021. One of the main goals in the recent publications is to solve the problem of instability of layered nickel-rich lithium– nickel–cobalt–manganese oxides (Ni-rich NMC) cathodes, as well as silicon anodes. Improving the stability of NMC cathodes can be achieved by doping them with cations as well as by coating the oxides’ surfaces with protective layers (organic polymers and inorganic materials). The most effective strategies for dampening volumetric changes in silicon anodes include using porous silicon structures, obtaining composites with carbon, coating silicon-containing particles with inorganic or polymeric materials, and replacing standard binder materials. Much work has been devoted to suppressing dendrite formation in LMBs by forming stable coating layers on the surface of lithium metal, preparing composite anodes and alloys, and changing the composition of electrolytes. At the same time, in the field of electrolyte development, many research works have been devoted to the search for new hybrid polymer electrolytes containing lithium-conducting inorganic materials.     

Preparation of Li_4Ti_5O_(12) submicrospheres and their application as anode materials of rechargeable lithium-ion batteries

We report on the preparation of spinel Li4Ti5O12 submicrospheres and their application as anode materials of rechargeable lithium-ion batteries. The spinel Li4Ti5O12 submicrospheres are synthesized with three steps of the hydrolysis of TiCl4 to form rutile TiO2, the hydrothermal treatment of rutile TiO2 with LiOH to prepare an intermediate phase of LiTi2O4+δ, and the calcinations of LiTi2O4+δ to obtain spinel Li4Ti5O12. The as-prepared products are investigated by X-ray powder diffraction (XRD), scanning el...     

CoV2O6纳米线／微米棒的制备及其在锂离子电池中的应用

采用水热法制备了纳米线／微米棒结构的CoV2O6电极材料,并探讨了纳米线／微米棒的形成机理．通过XRD、BET、SEM、TEM／HRTEM等测试手段对合成产物的结构、形貌、组成、表面性质进行了表征,结果表明,水热条件例如反应温度、反应时间对于产物的结构和形貌起关键作用．在220℃,水热反应1h可以得到直径为60nm的CoV2O6纳米线,而在220℃,水热反应6h可以得到直径10μm的CoV2O6微米棒．研究了CoV2O6纳米线／微米棒作为锂离子电池负极材料的电化学性能,结果显示,与CoV2O6微米棒相比,CoV2O6纳米线具有高的初始放电容量（1235mAh/g）和较好的循环稳定性,CoV2O6纳米线有希望作为锂离子电池的负极材料．     

Fe_2O_3的制备及其电化学性能研究

分别采用高温热分解法(A)和熔盐法(B)制备了锂离子电池负极材料Fe2O3A和Fe2O3B,其结构与形貌经XRD和SEM表征。分析结果表明,Fe2O3A为三方晶相,呈片状结构团聚而成的类球形颗粒;Fe2O3B随着制备温度的升高,从立方相转变为三方相。充放电测试结果表明,于550℃制备的Fe2O3A和Fe2O3B初始容量分别高达1 312.1 mAh.g-1和1 412.2 mAh.g-1。采用交流阻抗图谱和循环伏安对其充放电过程的界面特性进行分析,发现随着充放电的进行,Fe2O3界面形成SEI膜。     

Porous V2O5-SnO2/CNTs composites as high performance cathode materials for lithium-ion batteries

Vanadium pentoxide (V₂O₅) exhibits high theoretical capacities when used as a cathode in lithium ion batteries (LIBs), but its application is limited by its structural instability as well as its low lithium and electronic conductivities. A porous composite of V₂O₅-SnO₂/carbon nanotubes (CNTs) was prepared by a hydrothermal method and followed by thermal treatment. The small particles of V₂O₅, their porous structure and the coexistence of SnO₂ and CNTs can all facilitate the diffusion rates of the electrons and lithium ions. Electrochemical impedance spectra indicated higher ionic and electric conductivities, as compared to commercial V₂O₅. The V₂O₅-SnO₂/CNTs composite gave a reversible discharge capacity of 198 mAh·g^?1 at the voltage range of 2.05–4.0 V, measured at a current rate of 200 mA·g^?1, while that of the commercial V₂O₅ was only 88 mAh·g^?1, demonstrating that the porous V₂O₅-SnO₂/CNTs composite is a promising candidate for high-performance lithium secondary batteries.     

Li2S-P2S5体系电解质及其在全固态锂离子电池中的应用研究进展

全固态锂离子电池具有安全性能好、能量密度高、工作温区广等优点,被广泛应用于便携式电子设备。固态电解质是全固态锂离子电池的关键材料之一,其中的硫化物电解质具有离子电导率高、电化学窗口宽、晶界电阻低和易成膜等特点,被认为最有希望应用于全固态锂离子电池。本文综述了Li_2S-P_2S_5体系电解质的发展状况,包括固态电解质的制备、改性、表征以及电极/固态电解质之间的固-固界面的稳定兼容问题。本文还涉及了以Li_2S-P_2S_5为电解质的全固态锂离子电池性能的研究进展。