锂离子电池负极材料纳米多孔硅/石墨/碳复合微球的制备与性能

以硅藻土为原料, 通过镁热还原反应得到多孔硅, 进一步利用砂磨得到纳米多孔硅, 然后通过球磨将其与片状石墨和沥青均匀混合, 采用喷雾干燥技术造粒, 高温煅烧后制备了纳米多孔硅/石墨/碳复合微球. 对所得复合微球的结构和理化性质进行了表征. 纳米多孔硅/石墨/碳复合微球作为锂离子电池负极材料展示出较高的可逆容量、 优异的循环稳定性(100次循环后容量仍为790 mA·h/g, 容量保持率可达96.7%)及较好的倍率性能.     

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...     

锂离子电池硅基负极材料的预锂化研究进展

锂离子二次电池已成为日常生活中不可或缺的一部分, 而现有的锂离子电池并不能完全满足电动汽车领域高能量密度的要求, 发展具有高能量密度的电极材料是解决问题的关键. 硅负极因理论比容量高、 脱嵌锂电位低、 来源广泛等优点而备受关注, 但其巨大的体积变化(约300%)以及低的首次库仑效率阻碍了其商业应用. 预锂化技术可以有效提高首次库仑效率、 实现高性能硅基负极, 本文阐述了预锂化的科学必要性, 介绍了各种预锂化的方法以及优缺点, 最后对硅基负极预锂化应用的挑战和前景进行了展望.     

非水溶剂Li-O2电池锂负极研究进展

The aprotic Li-O₂ battery has attracted considerable interest in recent years because of its high theoretical specific energy that is far greater than that achievable with state-of-the-art Li-ion technologies. To date, most Li-O₂ studies, based on a cell configuration with a Li metal anode, aprotic Li⁺ electrolyte and porous O₂ cathode, have focused on O₂ reactions at the cathode. However, these reactions might be complicated by the use of Li metal anode. This is because both the electrolyte and O₂ (from cathode) can react with the Li metal and some parasitic products could cross over to the cathode and interfere with the O₂ reactions occurring therein. In addition, the possibility of dendrite formation on the Li anode, during its multiple plating/stripping cycles, raises serious safety concerns that impede the realization of practical Li-O₂ cells. Therefore, solutions to these issues are urgently needed to achieve a reversible and safety Li anode. This review summarizes recent advances in this field and strategies for achieving high performance Li anode for use in aprotic Li-O₂ batteries. Topics include alternative counter/reference electrodes, electrolytes and additives, composite protection layers and separators, and advanced experimental techniques for studying the Li anode|electrolyte interface. Future developments in relation to Li anode for aprotic Li-O₂ batteries are also discussed.     

金属锂二次电池锂负极改性

本文综述了金属锂二次电池中提高锂负极性能的研究进展。分别介绍了以下改性方法:对金属锂表面进行预处理,使其表面预先形成性能良好的固体电解质界面膜,或直接在其表面制备保护膜;在电解液中加入添加剂对锂电极进行表面改性;采用新型有机溶剂、离子液体、聚合物电解质、玻璃态固体电解质、塑晶固体电解质等电解质体系提高界面相容性;改进金属锂电极的制备工艺,如制备金属锂粉末多孔电极和电沉积锂电极、制备全固态薄膜锂电池以及利用物理方法处理锂电极。并在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。     

多孔金属有机框架材料作为锂金属负极保护层助力长寿命锂氧气电池

在众多能源储存系统中,锂氧气电池以其高达3500 Wh·kg^-1的理论能量密度有望在性能上超越商用锂离子电池.然而,在电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题极大地阻碍了锂氧气电池的发展.为了解决以上问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料（MOF-801）,并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中.在本工作中,成功合成了具有高达762.9 m²·g^-1比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料.并且这种材料表现出对于有机电解液体系（四乙二醇二甲醚1 mol·L^-1三氟甲基磺酸锂）和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性.得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故.此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质（水、氧气、强氧化性物质等）的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况.因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V（未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V）,且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面.将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g^-1,限电流500 mA·g^-1条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环（是未经保护的电池寿命的2.88倍）.使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g^-1的高比容量.因此,本工作所报道的保护层策略为未来的碱金属空气电池负极保护领域提供了新颖的视角.     

纳米硅担载提高锂-碳复合负极的电化学性能

<正>1背景介绍金属锂作为锂离子电池负极,具有极高的比容量和极低的还原电势,也可和不含锂源的正极材料搭配做成如锂-硫,锂-氧气等电池,是发展下一代高能量密度电池的关键材料。从上个世纪七十年代开始,研究者们就开始了金属锂负极的研究~(1–3)。     

空心微球聚苯胺二次锂氧电池正极材料研究

以铁氰化钾为氧化剂,在水溶液中引发苯胺单体聚合生成具有较高电导率的空心微球结构的聚苯胺.电化学测试结果表明,这种廉价易得的高分子材料能够作为锂氧电池的正极材料独立高效地催化电池反应的发生.在首次充放电过程中,该正极材料的能量密度能够达到2631 mAh/g PANI,是常规非空心聚苯胺材料的2倍左右,而在最初的5次循环过程中发生了较明显的能量密度衰减之后,其在后续的25次充放电循环过程中保持了较为理想的循环稳定性,能量密度仅衰减了5%左右.该空心微球聚苯胺材料具有较高的能量密度和较好的循环稳定性.     

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.     

锂金属电池中的复合负极

锂金属具有理论比容量高、电位低等优点,被认为是电极中的“圣杯”。然而,锂金属负极在循环过程当中存在着不可控的枝晶生长、体积膨胀等问题,严重地阻碍了锂金属电池的商业化进程。本综述首先概述了锂枝晶的形成机理,然后对由小及大,自内而外,总结了近年来三种不同层次的锂金属电池复合负极:锂金属负极内部结构的复合、锂金属电池内部结构的复合以及锂金属电池内部环境与外界操作条件的复合。最后,本综述对未来多层次锂金属电池复合负极的前景做出了展望。     

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。     

The Use of Graphitic Carbon Nitride Based Composite Anodes for Lithium‐Ion Battery Applications

Graphitic carbon nitride (gCN) is shown to undergo lithium insertion reactions applicable with lithium‐ion battery anodes. Lithium capacity was found to be substantially lower than theoretically expected, so the properties of gCN composited with conducting graphite (CG), which was added to improve the performance, were investigated. The electrodes exhibited a systematic increase in lithium uptake with CG content, but the capacity never exceeded that of graphite. It is shown that electron transport via conducting pathways was limiting. Li⁺ uptake for 10 % gCN was similar to a graphite electrode, indicating that gCN does play a role in determining the storage capacity.     

磷烯包覆的高性能硅基锂离子电池负极材料

Si-based anode materials in Li-ion batteries (LIBs) suffer from severe volume expansion/contraction during repetitive discharge/charge, which results in the pulverization of active materials, continuous growth of solid electrolyte interface (SEI) layers, loss of electrical conduction, and, eventually, battery failure. Herein, we present unprecedented low-content phosphorene (single-layer black phosphorus) encapsulation of silicon particles as an effective method for improving the electrochemical performance of Si-based LIB anodes. The incorporation of low phosphorene amounts (1%, mass fraction) into Si anodes effectively suppresses the detrimental effects of volume expansion and SEI growth, preserving the structural integrity of the electrode during cycling and achieving enhanced Coulombic efficiency, capacity retention, and cycling stability for Li-ion storage. Thus, the developed method can also be applied to other battery materials with high energy density exhibiting substantial volume changes.     

纳米锡锌复合氧化物贮锂材料的合成和性质

用液相沉淀-热解法合成了一系列结构和组成不同的锂离子电池纳米锡锌复合氧化物贮锂材料, 通过XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征. 测试结果表明, 非晶态ZnSnO3负极材料的初始可逆贮锂容量为844 mA·h/g, ZnO·SnO2负极材料的初始可逆贮锂容量为845 mA·h/g, SnO2·Zn2SnO4复合物负极材料初始可逆贮锂容量为758 mA·h/g, 循环10周后, 三者的充电容量分别为695, 508和455 mA·h/g, 表明非晶态结构的锡锌复合氧化物具有较好的电化学性质, 随着样品中晶体的形成, 该类型负极材料的贮锂性能下降.     

Synthesis and Comparative Investigation of Silicon Transition Metal Silicide Composite Anodes for Lithium Ion Batteries

A significant increase in energy density of lithium ion batteries (LIBs) can be achieved by using high‐capacity, silicon (Si)‐based negative electrode materials. Several challenges arise from the enormous volumetric changes of Si during lithiation/delithiation, such as disintegration/pulverization of the active material and the electrode as well as ongoing electrolyte decomposition, leading to rapid capacity fading. Here, we synthesize and comparatively investigate three different porous transition metal‐Si‐carbon composite materials that are composed of an active Si phase and the corresponding inactive metal‐silicide phases. In this material design, the inactive phases, as well as the pores serve as a buffer to attenuate the previously mentioned detrimental effects. The synthesized materials are studied with respect to their structural and surface properties and are characterized electrochemically regarding their rate performance, and long‐term charge/discharge cycling stability. Thereby, the composite materials show a promising rate capability and a high specific capacity. Their low initial Coulombic efficiency, due to the porous structure, can be partially compensated by pre‐lithiation. This is demonstrated by the application of the synthesized materials in a LIB full‐cell set‐up vs. NMC‐111 cathodes, where the amount of lithium is confined due to anode/cathode capacity balancing.     

硅/石墨复合物用作锂离子电池负极材料

以石墨和纳米硅粉为原料, 利用机械球磨的方法制备了硅/石墨复合物, 用作锂离子电池负极材料. 采用XRD, SEM以及电化学测试等手段对材料进行了结构表征和性能测试. 通过球磨不同质量比的硅和石墨, 并对相应的复合物进行充放电测试, 寻找到了硅和石墨的最佳比例, 其值为1∶9. 实验结果表明, 所得材料既具备高于纯纳米硅的循环性能, 又具有比石墨高的可逆容量.     

中子深度剖析技术研究可充锂金属负极

可充锂金属负极严重的界面不稳定性和安全问题极大限制了其商业化应用,对于锂的沉积/溶出行为以及锂枝晶的成核生长机理的清楚认识将有利于更高效的可充锂金属负极改性研究。然而,由于锂金属的高反应活性所带来的产物复杂性及其形貌多样性给原位谱学表征带来了诸多的困难。中子深度剖析(Neutron Depth Profiling,NDP)技术由于其高穿透特性、定量非破坏性、且对锂的高灵敏性,在实时研究锂金属电池中锂的电化学行为上显示出广阔的应用前景。本文首先简要介绍了NDP技术的测试原理及提高其空间/时间分辨率的方法,同时总结分析了近年来NDP技术在液态/固态电池体系中锂金属负极研究的应用,并展望了NDP技术今后的发展前景。     

多空间尺度下的金属锂负极表征技术

金属锂因为其优秀的特性被认为是未来锂电池负极的最终之选。然而目前金属锂负极在旧有液态体系中的研究陷入瓶颈,在新兴固态体系中的挑战层出不穷。想要实现金属锂负极的实用化,必须加深对金属锂负极基础科学问题的认识。本文系统论述了多空间尺度下金属锂的电极行为与对应的表征技术。首先综述了多空间尺度下金属锂负极的基础科学和应用技术问题,结合近年来的工作,对全空间尺度下的先进表征手段做了梳理,分析了从原子级到宏观尺度各种表征手段的技术特点,并重点讨论了各类表征技术在研究固态体系中金属锂负极时的特点与可能的发展方向。