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.     

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。     

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.     

锂离子电池负极硅-热解碳-石墨复合材料的制备及性能

以沥青为碳前驱物,通过加热分解法制备了具有不同热解碳含量的硅-热解碳-石墨复合材料,并测试及分析了材料的形貌、结构及电化学性能。结果表明,沥青质量在320～560℃的温度区间内迅速减小,沥青质量的减小是由于氢元素的去除。经过高温分解制得的热解碳与沥青的质量比率为65%。在硅-热解碳-石墨复合材料中,硅颗粒分散在石墨表面,热解碳覆盖在硅颗粒表面,热解碳增强了硅颗粒与石墨间的界面结合力。适当含量的热解碳增大了复合材料的放电比容量且改善了循环稳定性;过量的热解碳不能进一步提升复合材料的放电容量。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

锂离子电池硅纳米线负极材料研究

采用涂膜法和直接生长成膜法分别制备两种硅纳米线电极.XRD、SEM和充放电曲线表征、观察和测定材料嵌锂状态过程的结构、形貌及电化学性能.与涂膜法相比,直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有较高的比容量、良好的循环寿命及较好的倍率性能;直接生长成膜法制备的硅纳米线电极,其嵌锂过程硅由晶态逐渐转变为非晶态,且其纳米线直径逐渐增大,但线状结构仍保持完好,进而防止了电极粉化和脱落.     

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。同时它也是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。电极材料的微观结构对其性能有很大影响,利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能。本文综述了石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用研究进展。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构,例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构,可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中,石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外,相比于传统导电添加剂,石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量,达到更加优异的电化学性能。最后对石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。     

模板法制备孔状锂离子电池电极材料*

模板法为孔状锂离子电池材料的制备开辟了一条新的途径,近几年已经成为材料制备领域研究的热点之一。本文介绍了模板法在制备孔状锂离子电池材料上的新进展,阐述了模板法的原理、分类以及制备过程。最后总结了孔状锂离子电池材料的特点和目前存在的问题,并展望了该领域的发展趋势。     

全固态薄膜锂离子电池

本文介绍了聚合物薄膜锂电池以及全固态无机薄膜锂电池,主要对全固态无机薄膜锂电池的发展过程以及其阴极材料、阳极材料、无机固态电解质的性能和制备技术进行了综述;同时介绍了全固态薄膜锂电池结构的研究,并提出了全固态薄膜锂电池现阶段研究存在的问题以及一些解决办法.     

锂离子电池有机硫化物电极材料*

有机硫化物电极材料是一类新型高比容量的储能材料,通过S-S键的可逆断裂与键合进行释能与储能,主要应用于锂离子电池的正极。该材料包括有机二硫化物、有机多硫化物和硫化聚合物等。本文综述了有机硫化物电极材料的研究现状,分析了各种材料的优势与不足,并展望了其发展趋势。如何提高现有材料的比容量并改善其循环性能是目前的研究重点。     

Advances in the Cathode Materials for Lithium Rechargeable Batteries

The accelerating development of technologies requires a significant energy consumption, and consequently the demand for advanced energy storage devices is increasing at a high rate. In the last two decades, lithium‐ion batteries have been the most robust technology, supplying high energy and power density. Improving cathode materials is one of the ways to satisfy the need for even better batteries. Therefore developing new types of positive electrode materials by increasing cell voltage and capacity with stability is the best way towards the next‐generation Li rechargeable batteries. To achieve this goal, understanding the principles of the materials and recognizing the problems confronting the state‐of‐the‐art cathode materials are essential prerequisites. This Review presents various high‐energy cathode materials which can be used to build next‐generation lithium‐ion batteries. It includes nickel and lithium‐rich layered oxide materials, high voltage spinel oxides, polyanion, cation disordered rock‐salt oxides and conversion materials. Particular emphasis is given to the general reaction and degradation mechanisms during the operation as well as the main challenges and strategies to overcome the drawbacks of these materials.     

钒系磷酸盐锂离子电池正极材料

商业化锂离子电池以锂过渡金属氧化物作正极材料,由于安全性等问题限制了其更广泛的应用。在已经研究和开发的众多新型锂离子电池正极材料中,钒系磷酸盐由于具有较高的对锂电位和理论比容量而成为研究热点。本文综述了各种钒系磷酸盐类锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构、制备方法和电化学性能进行了总结,并对改善材料综合性能的方法和机理进行了探讨。     

锂硫电池用多孔碳/硫复合正极材料的研究

锂硫电池具有高的理论比容量和理论能量密度,被认为是当前最有前景的二次电池体系之一。现阶段锂硫电池的研究工作主要集中于高性能硫正极材料的设计与合成。具有优良的导电性、良好的结构稳定性和多孔结构的纳米碳材料,比如活性碳、介孔碳、超小微孔碳、多级结构多孔碳、空心碳球和空心碳纤维,充分满足了锂硫电池正极材料对碳基体的要求。本文综述了近年来多孔碳/硫复合材料作为硫正极的研究进展。总结了以具有不同结构特征的多孔碳基体负载硫组装的锂硫电池的电化学性能,并分析了不同多孔结构对性能的影响。最后在此基础上,从多孔碳/硫复合正极材料的设计和合成的角度,展望了其未来的发展趋势。