层状钠离子电池正极材料的研究进展

钠离子电池作为一种新型电化学能源已经受到了广泛关注.其工作原理与锂离子电池相类似,钠元素的储量比锂元素更为丰富、成本更加低廉,因此在大规模电能存储中有着广阔的应用前景.近年来,针对钠离子电池电极材料的研究日益增多,其中关于正极材料的研究主要集中于聚阴离子以及层状过渡金属氧化物材料两大类.层状过渡金属氧化物因其导电性好,并且层状结构更加稳定而成为人们研究的热点.本文针对层状过渡金属氧化物正极材料的结构以及电化学性能进行综述,总结并分析层状材料作为钠离子电池正极材料的可行性以及目前面临的问题,为今后钠离子电池层状正极材料的研究与应用提供理论指导.     

高能量密度锂离子电池层状锰基正极材料研究进展

层状锰基材料Li[Lix(MnM)1-x]O2(M=Ni,Co,Cr,…)以高比容量成为最具应用前景的正极体系之一,近年来成为研究热点而倍受关注,尤其借助原位测试分析等先进表征手段,对Li[Lix(MnM)1-x]O2的结构及其高容量获取机理的研究取得显著进展.本文概括介绍了高能量密度层状正极材料的结构与充放电机理,重点针对其目前依然存在的问题,详细归纳了Li[Lix(MnM)1-x]O2正极材料充放电循环过程中电压衰减机理、界面/表面特征以及性能改善的研究新进展,而且对高能量密度层状正极材料的未来研究方向也进行了探讨.     

锂离子电池正极材料Li1+xMn2-xO4的Jahn-Teller效应

锂离子电池正极材料在循环过程中存在着容量衰减的问题,其中Jahn-Teller效应是锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4在应用中容量衰减的难点。文章利用溶胶凝胶法制备富锂尖晶石Li1 xMn2-xO4,通过X射线衍射、晶格参数和cMn4 /cMn3 比值等参数,研究尖晶石LiMn2O4的Jahn-Teller效应;结果表明,当煅烧温度t=650℃,x=0.05时,有利于抑制Jahn-Teller效应。     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的碳包覆研究

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料,采用共沉淀方法制备了锂离子电池富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2并对该材料进行表面包碳.X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)实验数据表明,该材料具有层状α-NaFeO2 结构.包碳后材料结构没有变化,表面覆盖上一层纳米级别的颗粒.电化学性能测试结果表明该材料包碳后在0.1 C (1 C＝180 mA/g),2.0 ～ 4.8 V电位范围内首次放电比容量高达259.0 mAh/g.包碳后首次放电比容量,倍率性能,循环性能均得到提高.采用电化学阻抗谱(EIS)研究包碳前后该材料的传荷阻抗,结果显示碳包覆材料的传荷阻抗明显减小,电子电导率得到提高,从而提高电化学性能.     

金属氧化物/石墨烯复合物作为锂离子电池负极材料的研究进展

综述了Fe_3O_4、Fe_2O_3、NiO、Co_3O_4、CoO、CuO等多种金属氧化物通过水热、溶剂热、共沉淀、原子层沉积、溶胶凝胶及高温退火和微波辅热等多种合成策略和制备方法得到不同尺寸如纳米级和微米级,不同形貌如颗粒状、棒状、孔状、球状、层状、花状等不同维度金属氧化物以不同的方式如嵌入、卷入、植入修饰石墨烯,形成了层状结构、三明治结构、中空核壳状结构和混合结构等形式的金属氧化物/石墨烯复合物.并把它们应用于锂离子电池的负极材料,其电化学性能如容量、倍率、循环等性能相对于纯石墨烯和纯金属氧化物得到了提升.最后分析了金属氧化物/石墨烯复合物的制备材料、制备方法对最终产物的影响,讨论了金属氧化物和石墨烯的协同效应和复合机理以及石墨烯复合物性能的影响,展望了金属氧化物/石墨烯复合物作为锂离子电池电极材料的应用和开发前景.     

尖晶石型LiMn2O4电池材料的研究现状

对尖晶石型LiMn2O4电池正极材料的制备和性能,以及掺杂、表面修饰等的研究现状做了简要评述,分析了对LiMn2O4容量衰减的改善及循环性能提高的影响因素.     

玉米芯基多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池理论比容量高、成本低、环境友好,但硫正极仍面临导电性差、容量衰减快、体积膨胀等问题。采用生物质废弃物玉米芯作为碳源,KOH为活化剂,通过不同工艺制备了三种多孔碳材料。利用XRD、SEM、BET等对多孔碳产品的物相形貌等进行表征后发现,采用一次活化工艺所制备的多孔碳材料具有大量相互贯通的孔道结构,故具有高的比表面积(1 578.64 m~2/g)与较大的孔容(0.93 cm~3/g)。覆硫后用于锂硫电池正极,可作为三维导电骨架显著提高硫正极的导电率,并对单质硫表现出较高的吸附性能。电化学测试表明改性正极材料首次放电比容量为1 050.7 mAh/g,50周循环后容量保持率为50.4%。综合对比表明,一次活化工艺为利用此类生物质废弃物制备多孔碳材料提供了优化方案。     

钠离子电池正极材料β-NaMnO_2的容量衰减机制

Na MnO_2理论容量高、制备简单,是一种极具应用前景的钠离子电池正极材料.但是由于存在前几次循环容量衰减快的问题,故目前对其容量衰减机制的研究较少.采用传统固相法制备了层状β-NaMnO_2钠离子电池正极材料,在10 m A/g的电流密度下β-NaMnO_2的初始放电比容高达184 mA·h/g; 10次循环后,容量保持率为73%.为探讨容量衰减原因,用X射线衍射(X-ray diffiraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)、高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscopy, HRTEM)、X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscope, XPS)等手段对材料的成分及结构进行表征. XRD结果显示,在前3次充放电过程中均出现了Na_(0.91)MnO_2和Na_(0.7)MnO_2的相,而NaMnO_2的相消失不见.在充电以后,样品的HRTEM图像上也出现了许多不同取向的纳米晶,伴随着点缺陷和面缺陷的存在.通过XPS进一步检测,发现在充放电过程中Mn的价态发生了变化.     

基于Li2MnO3的富锂类高比容量锂离子电池正极材料的研究进展

综述了近几年来基于Li2MnO3的高比容量二元和三元富锂类锂离子电池正极材料的研究进展.重点讨论了富锂材料zLi2MnO3.(1-z)LiMO2(0相似文献   

颗粒微观结构对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电性能的影响研究

锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（简称NCM811）能量密度高,有望满足电动汽车长续航里程要求,近年来成为业内关注和研究的焦点。然而,NCM811存在表面碱度高,稳定性差,长循环下颗粒容易碎裂和粉化等问题,阻碍了其大规模应用。本文将三元材料进行单晶化研究,即将二次球颗粒熔融形成单晶颗粒,以期解决三元材料结构和表面稳定性差等问题,并探索在高电压体系使用可行性。实验结果表明,将锂与过渡金属配比设为1.05,在910°C下烧结12 h,可得到形貌较好的单晶NCM811材料,此时材料表面碱度和晶格Ni/Li阳离子混排度均较低,分别为0.288wt%和2.24%。电性能评估结果显示,该材料在3.0–4.3 V下克容量可达191.5mAh/g,同时高温和高电压下循环稳定性得到明显提升,在高温50°C下,3.0–4.4V电压区间内循环100周,容量保持率可达95.1%,而二次颗粒材料仅为88.5%。相比二次颗粒,单晶形态的NCM811材料虽然倍率性能会稍有下降,但结构和表面稳定性更佳,在高电压高能量密度体系具有较好的应用前景。     

铜氧化物材料的制备及其在锂离子电池负极材料中的应用

铜氧化物作为重要的过渡金属氧化物,已经被广泛地应用于超导体、气体传感器、多相催化、磁力储存媒介、场发射能源、太阳能电池设备和锂离子电池等领域.由于铜氧化物低成本,容易制备,高安全性,环境友好和高理论比容量等优点,受到研究者的广泛关注.对铜氧化物的制备方法,尤其是在锂离子电池负极材料中的应用进行了综述,并对进一步提高铜氧化物材料电化学性能的研究趋势进行了展望.     

CuO作为锂离子电池负极材料的研究进展

负极材料是影响锂离子电池性能的主要因素,CuO材料由于其理论比容量高(670mAh/g)、化学和热稳定性好、易合成、资源储量丰富及环境友好等优点备受人们的关注.主要对CuO材料作为锂离子电池负极材料的储锂机理、制备方法和对材料进行改性提高其电化学性能的方法进行综述,展望了CuO电极材料的研究趋势和发展前景.     

LiNi0.85-xCoxMn0.15O2电化学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了空间群为R-3M,具有层状结构的LiNi0.85-xCoxMn0.15O2的带隙、分波态密度、嵌锂形成能和晶胞体积.计算结果表明LiNi0.65Co0.2Mn0.15O2具有较高的可逆容量,又具有较好的电池性能,为该系列金属氧化物中较为理想的锂离子电池正极材料,与文献的结果相比较,我们发现理论计算结果与实验结果有较好的一致性.本文采用CASTEP中原子混合实现镍钴含量的变化后,分析了LiNi0.85-xCoxMn0.15O2的物理性质及电化学性质.揭示了镍钴含量变化对材料作为锂离子电池正极材料的性能的影响,进而为寻找新的正极三元材料提供理论指导.     

高容量型锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅基负极材料由于其具有高容量而被广泛研究,该材料在充/放电过程中巨大的体积变化、低的循环寿命和初始库仑效率阻碍了其商业化应用. 本文分析了硅基负极材料的工作原理,回顾了其在脱/嵌锂过程中的晶体结构、表面/界面的变化以及提高其电化学性能的方法,讨论了锂离子电池硅基负极材料的前景.     

锂离子电池正极材料锰酸锂制备方法的研究进展

LiMn2O4以其价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点,成为最有希望取代LiCoO2的主流材料之一.LiMn2O4的生产制备方法众多, 文中详细介绍了锰酸锂的晶体结构特点,阐述了锰酸锂的各种制备方法,探讨了采用不同的原料、不同的制备方法对提高锰酸锂性能的差异.从电解液方面、尖晶石锰酸锂晶体结构层面分析了其容量衰减的原因,希望能够为锰酸锂材料的研究者提供借鉴,为其生产提供理论依据.     

PVP辅助水热法制备Fe_2O_3/石墨烯纳米复合材料

纳米结构过渡金属氧化物与石墨烯的复合材料,已被证明是高可逆比容量和优异循环稳定性的新型锂离子电池负极材料之一,其制备工艺尤为重要。以九水硝酸铁、氧化石墨为原料,采用PVP辅助水热法制备Fe_2O_3/石墨烯纳米复合材料,探讨水热反应温度、反应时间条件对Fe_2O_3结构的影响,利用XRD和TEM对样品结构及形貌进行表征。结果表明:水热反应的最佳条件是温度为160℃、时间为12 h,制备得到Fe_2O_3粒径大小约为34砌,结晶度高,且均匀地分散在石墨烯表面。     

MH/Ni电池正负极材料研究进展(I)--正极材料

MH/Ni电池是一种正在发展中的新型高容量绿色二次电池 .电池采用正极限容设计 ,负极过量 ,因此电池的容量主要由正极来决定 .本文评述了目前 MH/Ni电池中所用镍电极材料的分类、晶体结构、制备方法以及国内外的研究现状 .     

Sol-gel Method Synthesized Polyhedron SnO_2 Anode Material for Lithium Ion Battery

1 Introduction Tin-based oxides will be promising anode materials for lithium ion batteries due to its high specific capacity, low potential platform, and safety[1]. Many methods have been applied to synthesize SnO2 materials of different morphologies, such as chemical vapor deposition, spray, sol-gel method[2]. Triblock copolymer poly (ethylene oxide)-block-poly (propylene oxide)-block-poly (ethane oxide) (P123) has been used as surfactant to prepare nano-crystalline tin oxide particles[3]. In this pap...     

Fe2O3在锂离子电池负极材料中的研究进展

近年来,锂离子电池被广泛地应用于便携式电子设备和手机,并且对于诸如电动汽车等更高要求的应用而言具有巨大的潜力。作为锂离子电池负极材料,Fe₂O₃是最有可能替代石墨的过渡金属氧化物之一。因其具有高的理论比容量（1 007 mA·h·g^-1）、储量丰富、安全性能好、无毒、环境友好和成本低等一系列优点,被广泛应用于气体传感器、催化和锂离子电池电极材料等领域,是一种具有巨大潜力的电极材料。介绍了锂离子电池的基本结构组成和工作原理,综述了Fe₂O₃的储锂机制和制备方法,总结了近年来Fe₂O₃以及它的复合物作为锂离子电池负极材料的研究进展。     

锂离子电池二氧化锡负极材料研究进展

由于以碳为负极材料的锂离子电池(LIBs)已很难满足高性能电子产品对高能量密度的需求,因此研究新的锂离子电池负极材料成为近年来主要的研究方向。在金属氧化物中,二氧化锡(SnO_2)以其较高的理论比容量(782 mAh/g)引起了广泛的关注。首先概述了SnO_2的不同形貌如纳米颗粒、纳米棒、纳米片、纳米微球等在锂离子电池方面的特性;然后阐述了通过掺杂或修饰改善其结构及电化学性能;最后展望了SnO_2基负极材料的纳米结构设计与改进在锂离子电池领域面临的挑战。