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.     

不同形貌和尺寸的锂离子电池SnS负极材料

通过高能球磨、微波辅助合成和化学合成方法制备不同形貌和不同尺寸的SnS材料. 运用X射线衍射和透射电镜对其结构和形貌进行分析. 在透射电镜下观察发现, 所得SnS材料呈现出纳米颗粒、层片和纳米棒状. 电化学测试结果表明, 高能球磨和化学合成(无表面活性剂加入)得到的SnS材料有较好的电化学性能, 在循环40个周期后仍分别有375和414 mAh·g-1 的电化学容量. 纳米级SnS电极材料良好的电化学性能有赖于其紧凑的纳米结构, 一定的形貌及合适的尺寸. 尽管非活性相Li2S可以帮助维持SnS电极在充放电过程中的稳定结构, 但SnS的形貌及尺寸才是获得良好电化学性能的SnS电极的关键因素.     

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TiO2纳米管负极材料

锂离子电池负极材料二氧化钛(TiO₂)由于其零应变、环境友好和高安全性近年来得到了广泛的研究,但其较低的电子电导和离子迁移率以及较低的比容量(335 mAh·g^-1)限制了其应用前景.本文梳理了一种纳米结构TiO₂纳米管(TNTs)的研究历程以及最近研究进展,综述了TNTs常见的几种制备方法,即水热法、阳极氧化法和模板法及其形成机理,归纳了各种制备方法的优缺点,讨论了制备过程中各项参量对制得TNTs的影响.阐述了其晶体结构与形貌对电化学性能的影响,指出晶格取向一致、管壁厚度小,纳米管开口且同向排列的TNTs具有更好的电化学性能.同时探讨了针对该材料电导性差、比容量低而进行的包括结构设计、掺杂、复合等一系列改进措施,指出与高电导率及高比容量材料复合是一种方便有效的改进措施.最后总结了各种改性方法取得的进展及存在的不足,展望了TNTs的研究趋势和发展前景.     

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。     

锂离子电池硅基复合物负极材料*

作为颇有前途的锂离子电池负极材料,硅基材料的研究日益受到重视。硅基负极材料在充放电循环中体积变化过大导致的循环性能差、首次库仑效率低等始终是阻碍其商业化的主要问题。纳米化、合金化和碳包覆是有效的解决措施。本文详细论述了TiB2、TiN、TiC作为基质的硅-化合物复合物,Fe-Si、Cu-Si、Ni-Si体系的硅-金属复合物和硅-碳复合物的研究进展。在硅-碳复合物的研究上,综述了分别采用热解法、球磨法、球磨-热解法、化学聚合法合成,以聚吡咯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、间苯二酚-甲醛、柠檬酸、环氧树脂等为碳源的研究进展,同时也综述了Si/碳纳米管复合电极材料的研究情况。     

Sn基复合物类锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池能够成功应用的关键在于锂离子可以可逆嵌入与脱出的负极材料的制备。本文按嵌锂方式分类介绍了锂离子电池的最新研究进展,并对锡基负极材料的研究情况进行了综述,同时,也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景。     

功率型锂离子电池负极材料TiO2/石墨烯的制备及其电化学性能研究

采用无表面活性剂回流法制备了蜂窝状TiO2/石墨烯(GNs)复合材料.扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,TiO2颗粒约5～10 nm,均匀地分散在石墨烯的表面.锂电池测试显示,1C充电容量稳定在240.1 mAh.g-1;30C充电容量为169.5 mAh.g-1;当电流调回1C时,其充电容量仍可完全恢复(241.7 mAh.g-1);10C 300周期循环电极容量保持率为89.8%.     

锂离子电池负极材料Cu2O的制备及电化学性能

采用多元醇法,以丙三醇、氢氧化钠、硫酸铜为原料,在油浴中共热制备Cu2O．通过X射线衍射分析（XRD）和电化学测试对材料进行了表征．结果表明,丙三醇能够将Cu^2＋还原为Cu^＋．并且,采用该方法制备出的Cu2O材料作为锂电池负极材料,具备较好的循环性能．     

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.     

Two-Dimensional SnSe2/CNTs Hybrid Nanostructures as Anode Materials for High-Performance Lithium-Ion Batteries

Tin diselenide (SnSe₂), as an anode material, has outstanding potential for use in advanced lithium-ion batteries. However, like other tin-based anodes, SnSe₂ suffers from poor cycle life and low rate capability due to large volume expansion during the repeated Li⁺ insertion/de-insertion process. This work reports an effective and easy strategy to combine SnSe₂ and carbon nanotubes (CNTs) to form a SnSe₂/CNTs hybrid nanostructure. The synthesized SnSe₂ has a regular hexagonal shape with a typical 2D nanostructure and the carbon nanotubes combine well with the SnSe₂ nanosheets. The hybrid nanostructure can significantly reduce the serious damage to electrodes that occurs during electrochemical cycling processes. Remarkably, the SnSe₂/CNTs electrode exhibits a high reversible specific capacity of 457.6 mA h g⁻¹ at 0.1 C and 210.3 mA h g⁻¹ after 100 cycles. At a cycling rate of 0.5 C, the SnSe₂/CNTs electrode can still achieve a high value of 176.5 mA h g⁻¹, whereas a value of 45.8 mA h g⁻¹ is achieved for the pure SnSe₂ electrode. The enhanced electrochemical performance of the SnSe₂/CNTs electrode demonstrates its great potential for use in lithium-ion batteries. Thus, this work reports a facile approach to the synthesis of SnSe₂/CNTs as a promising anode material for lithium-ion batteries.     

SnS2 Nanoplatelet@Graphene Nanocomposites as High‐Capacity Anode Materials for Sodium‐Ion Batteries

Na‐ion batteries have been attracting intensive investigations as a possible alternative to Li‐ion batteries. Herein, we report the synthesis of SnS₂ nanoplatelet@graphene nanocomposites by using a morphology‐controlled hydrothermal method. The as‐prepared SnS₂/graphene nanocomposites present a unique two‐dimensional platelet‐on‐sheet nanoarchitecture, which has been identified by scanning and transmission electron microscopy. When applied as the anode material for Na‐ion batteries, the SnS₂/graphene nanosheets achieved a high reversible specific sodium‐ion storage capacity of 725 mA h g^?1, stable cyclability, and an enhanced high‐rate capability. The improved electrochemical performance for reversible sodium‐ion storage could be ascribed to the synergistic effects of the SnS₂ nanoplatelet/graphene nanosheets as an integrated hybrid nanoarchitecture, in which the graphene nanosheets provide electronic conductivity and cushion for the active SnS₂ nanoplatelets during Na‐ion insertion and extraction processes.     

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.     

锂离子电池合金负极材料的研究进展

本文综述了锂离子电池合金负极材料的研究现状,对比了各种合金负极材料的制备方法,并指出了合金负极材料目前面临的主要问题及现有的解决方案,最后提出纳米锂合金复合物将是合金负极材料发展的最终出路.     

锗酸锌纳米棒@石墨烯复合负极材料的制备及储锂性质

以二氧化锗和二水合醋酸锌为原料,采用水热法制备了锗酸锌纳米棒,并将其与氧化石墨烯复合,制备了石墨烯包覆的锗酸锌纳米棒三维复合材料. SEM等测试表明,锗酸锌纳米棒均匀地穿插在石墨烯片中,阻止了石墨烯片之间相互堆垛,而石墨烯片层之间相互连接,形成三维的空间导电网络,提高了材料的电子导电性.电化学测试表明,石墨烯片作为稳定的框架,能够有效缓冲活性物质在脱嵌锂过程中产生的体积变化,在500 mA·g^-1电流密度下循环190次后, Zn₂GeO₄@RGO复合材料的嵌锂容量仍有1189.5 mAh·g^-1;在3.2 A·g^-1的大电流密度下,嵌锂容量达到449.5mAh·g^-1,表明该复合材料具有优异的长循环稳定性和良好的倍率性能.     

锂离子电池二氧化钛负极材料

锂离子电池是一种能量密度高、安全稳定和使用寿命长的储能器件,已广泛应用于移动电子设备和电动汽车等领域。二氧化钛(TiO₂)具有无毒害、价格低廉、储量大和化学结构稳定等优点,是一种具有应用前景的负极材料。然而,TiO₂的实际应用受限于自身较低电子电导率和锂离子(Li⁺)扩散系数。本文总结了TiO₂三种常见晶型的储锂机制(锐钛矿TiO₂两相固溶储锂机制、TiO₂(B)本征赝电容储锂机制和金红石TiO₂电位控制相变过程);针对其电子传导和Li⁺扩散能力的不足,详细综述了纳米结构维度设计、本征/非本征电子结构调控(元素掺杂、Ti³⁺自掺杂和高导电材料修饰)和异相结优化改性三方面的研究进展。最后展望了TiO₂材料在锂离子电池及其他二次电池领域的发展趋势和应用前景。     

第一性原理计算在锂离子电池负极材料中的应用

本文综述了第一性原理计算在锂离子电池负极材料中的应用,包括锂离子在负极材料上的吸附和相互作用、结构稳定性、锂离子的扩散、电池反应过程的模拟和实验现象的解释. 第一性原理计算在研究和设计锂离子电池负极材料,特别是其容量、电压、反应过程、扩散、倍率充放电、结够与性能对应关系等方面,已发挥了重要的作用. 随着计算机技术的发展,第一性原理计算将可更深刻地反映负极材料的电化学可逆嵌/脱锂本质.     

Synthesis of SnS2 Ultrathin Nanosheets as Anode Materials for Potassium Ion Batteries

Potassium(K)ion batteries present their promising application for large-scale energy storage systems with cost-effective characteristic.Unfortunately,the large K ion radius results in sluggish K ion diffusion kinetics and volume expansion of the electrode during the K ion insertion/extraction process.It is a challenge to explore capable anode materials with remarkable K ion storage ability.Herein,we design and prepare SnS2 ultrathin nanosheets via a facile hydrothermal process.When severing as anode materials for K ion batteries with optimized electrolyte,SnS2 presents an improved capacity and rate ability.The capable electrochemical performance is ascribed to the reduced ion diffusion pathway and capacitor-dominated K-ion storage process.In addition,the K ion storage mechanism of SnS2 is investigated by the ex-situ X-ray diffraction technique.     

锂离子电池Sn基合金负极材料

发展高安全性、高能量、低成本、长寿命锂离子电池是当前动力电池应用面临的巨大挑战。电池的性能主要取决于正负极电极材料的性能。Sn基合金负极具有高能量和安全特性,是一种很有产业化前景的锂离子电池负极材料。本文综述了Sn基合金电极作为锂离子电池负极的最新研究进展,对Sn基合金负极的不同制备方法进行了总结,重点介绍了锡基合金负极材料在电化学性能方面所存在的问题及其原因,包括锡基活性物质的损失、SEI膜和氧化膜的形成、纳米粒子的团聚和锂离子嵌入过程中死锂的产生等影响合金充放电性能的因素,最后展望了以提高Sn基合金负极电化学性能为目的的研究趋势。