柔性锂离子电池的电极

科技进步使可穿戴设备等便携式电子产品得到了快速发展,柔性电池作为其核心部件,受到越来越多研究者的关注。锂离子电池因具有良好的循环稳定性和较长的使用寿命等优点,成为各类产品的主要电源。为满足电子产品柔性化、微型化发展需求,开发高能量密度的柔性锂离子电池成为亟待解决的问题,作为其关键材料之一的柔性电极是重要的研究方向。本文阐述了柔性锂离子电池电极的研究进展,包括基于自身带有电化学活性的碳材料、Mxene材料的一体化柔性电极,基于非电化学活性的聚合物材料、纺织材料、金属基的一体化柔性电极,以及为满足可穿戴设备可编织和大尺寸形变使用需求的宏观柔性新型电极结构设计,分析并探讨了柔性电极目前存在的问题,以期为未来高能量密度柔性锂离子电池的研究提供新的思路。     

柔性电池的最新研究进展

柔性电池作为新型柔性电子设备的关键部件,得到越来越多的关注.近年来,柔性锂离子电池取得了实质性的发展,并在卷曲式显示器、触摸屏、可穿戴动力传感器和可植入医疗装置等方面得到应用.本文主要介绍柔性锂离子电池的发展现状,分别从集流体、电极材料和电解质三部分进行阐述,特别介绍拉伸性能的实现途径,根据其不同的结构特点,可以分为波形结构、点阵互联结构、纺织结构、折纸结构和电缆式结构,并提出将柔性材料与新型结构相结合可以促进柔性电池发展.同时,也对其他柔性电池体系,如锂硫电池、燃料电池和太阳能电池等的最新发展进行简单概述.最后,对目前柔性电池的发展过程中存在的问题进行了总结,并对其未来的发展方向与面临的挑战进行展望.     

锂离子电池电极材料选择

商用锂离子电池发展至今已有20年,为了满足不同方面的社会需求,人们迫切需要新型锂离子电池电极材料.本文首先简要介绍了锂离子电池的相关知识,随后对多种新型锂离子电池正负极材料的制备、改进方法及电化学性能做了详细介绍,最后对各种电极材料的优缺点进行了简要的总结.本文还对锂离子电池在未来的应用进行了展望,以期待锂离子电池更好...     

二氧化锡/石墨烯柔性电极的制备及其在锂离子电池中的应用

采用简便的抽滤装置制备了三明治结构的不同粒径大小的二氧化锡(SnO_2)/石墨烯柔性薄膜电极,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、比表面积(BET)和电化学等测试技术手段对样品结构、形貌和电化学性能进行表征,研究了二氧化锡颗粒大小对复合电极电化学性能的影响。结果表明,当SnO_2纳米颗粒的粒径为6 nm时柔性复合电极表现出最优的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下经过100次循环后,可逆比容量保持在555 m A·h/g,远高于纯SnO_2和粒径过大或过小的SnO_2/石墨烯复合电极。     

新型高效绿色能源:锂离子电池

锂离子电池又称"摇椅电池",是一种新型高效绿色二次电池,其原理为电池中锂离子在正负极间来回脱出和嵌入,这与普通二次电池不同.其基本构成材料为正极材料、负极材料、电解质及隔膜,各种材料的性能直接影响锂离子电池的性能.     

基于无机电致变色材料的变色储能器件

电致变色和电化学储能的原理均是基于电荷在电极中的嵌入或脱出而发生的氧化还原反应,具有相同的电化学本质。将电致变色和电化学储能功能集成在一起的电化学器件即电致变色储能器件。以锂离子电池为代表的电化学储能器件已广泛商业化,单一功能的电致变色器件也已被广泛报道并有商业化应用,但有关电致变色储能器件的研究仍然停留在实验阶段。该类器件在电化学储能的同时,可以改变其在可见光甚至红外波段的透射率,并可用颜色指示器件的荷电状态,为电化学器件提供新的应用前景。电致变色储能器件主要包括电致变色超级电容器、电致变色电池和光驱动电致变色智能窗等。电致变色超级电容器和电致变色电池以同时具有电致变色效应和电荷存储性质的材料为正负电极,光驱动电致变色智能窗则还包括将光能转化为电能的光电转换部分。这些器件可用于建筑节能智能窗、静态显示、智能传感等。此外,在柔性基底上制备的可穿戴电致变色储能器件在智能服装、植入显示器和电子皮肤等方面具有应用潜力。本文从基本原理、研究进展和应用领域等方面对无机电致变色储能材料与器件进行综述,并提出未来的研究展望。     

可拉伸储能电池最新研究进展

近年来,智能可穿戴设备迅速发展,传统电池受限于材料的刚性难以满足柔性电子器件的需求,亟需开发新型储能设备,目前已有一系列有关可拉伸电池的报道。本文对相关工作进行了总结回顾,将实现电池拉伸性的策略分为设备和部件两个层面,重点对不同维度上实现电池拉伸性的整体结构设计及各可拉伸部件的制备方法进行了综述,并分析了两者的优势与不足,指出了在可拉伸电池研究中所面临的如能量密度、界面退化、封装工艺和设备集成等共性问题,同时对未来的发展趋势进行了展望。     

一种新型铝/聚苯胺空气柔性电池

研究了纯铝箔在NH_4Cl电解液的电化学行为,发现硝酸钠和三乙醇胺(TEA)添加剂对铝电极的活化有协同作用。以掺铁的聚苯胺电极为空气电极,与NH_4Cl、TEA、NaNO_3凝胶电解质制备成具有柔性的超薄空气电池。所得到的铝电池成本低廉、环境友好,作为一次性使用电池具有可行性。其具有良好电化学性能,电池厚度在0.5 mm左右,放电平台在1.2 V,放电容量接近50 mA·h/cm~2。     

纳米薄膜锂离子电池电极材料

本文总结了近年来纳米薄膜锂离子电池电极材料的研究情况,特别是本课题组在这方面的工作进展.我们从纳米颗粒和纳米结构两方面对各种纳米电极材料进行了分类和归纳,对于纳米颗粒组成的薄膜电极材料,除了对传统的锂一金属氧化物(LiMO2,LiMn2O4等)电极材料和聚阴离子型(LiFePO4等)电极材料薄膜化的研究做了介绍之外,着...     

锂离子电池界面膜形成功能分子的研究现状*

本文综述了锂离子电池正、负极嵌锂材料/电解质界面膜形成功能分子的研究现状。在总结负极界面膜形成机理的基础上,根据成膜功能分子形成SEI膜的不同机理,从饰膜机制和成膜机制两个方面对现有成膜功能分子的作用效果进行了综述与评价,提出了现有SEI膜形成功能分子的不足及所面临的问题。此外,简单阐述了正极界面膜的形成机制以及正极界面膜形成功能分子的研究进展。文章最后简单综述了理论计算方法在锂离子电池界面膜研究中的应用,并对其在设计新型成膜功能分子的应用前景进行了展望。     

金属草酸盐基负极材料——离子电池储能材料的新选择

商业化锂离子电池石墨负极和锂盐过渡金属氧化物正极材料的储锂容量都已接近各自的理论值,探索下一代高能量密度电极材料是解决现阶段锂离子电池容量限制的关键。近年来,新型金属草酸基负极材料,借助其在金属离子电池中多元化储能机制诱发的较高储能效应在碱金属离子电池绿色储能材料领域备受关注。本文就金属草酸基材料在锂、钠、钾金属离子电池方面的最新研究进行了综述,着重介绍了材料的晶型结构、多元化储能机制及储能过程中的动力学特征,简单阐述了材料在电化学储能中存在的问题,分析了金属草酸基负极材料在形貌晶型控制、界面碳复合改性和金属元素掺杂方面的改性策略。最后,预测了金属草酸基负极材料在碱金属离子电池体系的发展方向。     

From Lithium‐Ion to Sodium‐Ion Batteries: Advantages,Challenges, and Surprises

Mobile and stationary energy storage by rechargeable batteries is a topic of broad societal and economical relevance. Lithium‐ion battery (LIB) technology is at the forefront of the development, but a massively growing market will likely put severe pressure on resources and supply chains. Recently, sodium‐ion batteries (SIBs) have been reconsidered with the aim of providing a lower‐cost alternative that is less susceptible to resource and supply risks. On paper, the replacement of lithium by sodium in a battery seems straightforward at first, but unpredictable surprises are often found in practice. What happens when replacing lithium by sodium in electrode reactions? This review provides a state‐of‐the art overview on the redox behavior of materials when used as electrodes in lithium‐ion and sodium‐ion batteries, respectively. Advantages and challenges related to the use of sodium instead of lithium are discussed.     

可规模储能的沉积型单液流电池研究进展

与全钒等双液流电池相比,沉积型单液流电池不使用离子交换膜等昂贵材料,结构简化,比能量提高,适合于不同规模的储能场合,研究渐多.本文介绍了沉积型单液流电池的原理与特点及其结构组成,以笔者实验室工作为主,综述了各沉积型单液流电池新体系的研究进展及存在的问题,并指出目前单液流电池待解决的问题是高比容量、高稳定性电极材料和电堆...     

科技与时尚的结合——柔性可穿戴电池

随着智能便携式电子产品的不断涌现,高功率密度和高能量密度的柔性可穿戴电池得到越来越多的研究和关注。对国内外柔性电池在柔性电极材料、固态电解质、电池结构型式和制备工艺等方面的发展现状进行了总结,对柔性电池现存的问题进行了分析探讨,并对其未来发展方向进行了展望。     

PEDOT导电高分子在柔性能量转化与存储器件的研究进展

近年来,柔性有机和钙钛矿光伏器件、有机薄膜晶体管和医用传感器等因其具有可穿戴性、柔性、半透明性等优点,成为科学研究的热门领域.利用具有优异力学性能的导电聚合物是实现这些高性能器件的有效途径之一.在导电聚合物中,3,4-亚乙基二氧噻吩(PEDOT)及其水性分散液3,4-亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)...     

羰基化合物在新型绿色能源有机钠离子电池中的应用

有机钠离子电池是一种以有机物作为电极材料的新型二次电池。但有机物作为钠离子电池电极材料仍存在较低的氧化还原电位、高的溶解性和低的导电性等问题。解决这些问题通常采用引入吸电子基团来提高氧化还原电位,形成聚合物来降低溶解性和引入导电基底增加导电性等方法。着重关注羰基化合物作为钠离子电池电极材料,分别介绍羰基化合物/聚合物及其与导电基底形成的复合物和柔性电极在钠离子电池中的应用。     

Cobalt Oxide Arrays Anchored to Copper Foam as Efficient Binder-free Anode for Lithium Ion Batteries

The development of lithium-ion batteries with simplified assembling steps and fast charge capability is crucial for current battery applications. In this study, we propose a simple in-situ strategy for the construction of high-dispersive cobalt oxide (CoO) nanoneedle arrays, which grow vertically on a copper foam substrate. It is demonstrated that this nanoneedle CoO electrodes provide abundant electrochemical surface area. The resulting CoO arrays directly act as binder-free anodes in lithium-ion batteries with the copper foam functioning as the current collector. The highly-dispersed feature of the nanoneedle arrays enhances the effectiveness of active materials, leading to outstanding rate capability and superior long-term cycling stability. These impressive electrochemical properties are attributed to the highly-dispersed self-standing nanoarrays, the advantages of binder-free constituent, and the high exposed surface area of the copper foam substrate compared to copper foil, which enrich active surface area and facilitate charge transfer. The proposed approach to prepare binder-free lithium-ion battery anodes streamlines the electrode fabrication steps and holds significant promise for the future development of the battery industry.