锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展

石墨类碳负极材料作为电化学嵌锂宿主材料的研究一直是锂离子电池负极材料研究的重点。本文简述了石墨作为锂离子电池负极材料的结构,分析了石墨作为负极材料的优缺点,综述了石墨负极材料的改性方法及其研究进展,指出了石墨改性的发展方向。通过改性处理可以提高可逆比容量和首次库仑效率,改善其倍率性能和循环稳定性,有效改善石墨电极的综合电化学性能。     

锂离子电池柔性碳布负极材料的储锂性能研究

将柔性碳布用于锂离子电池负极材料,用循环伏安法及交流阻抗研究了电池电极材料的电化学性能,用充放电实验研究了电池的循环性能和倍率性能。结果表明,锂离子电池负极采用柔性碳布,具有高的锂储存容量,第一次放电比容量为157.48mAh/g,并且在随后各次的容量损失很小,电池循环趋于稳定。     

MnTiO_3/C复合材料的制备及其电化学性能研究

为提高锂离子电池负极材料循环稳定性和倍率性能,采用溶剂热和高温热处理方法制备了MnTiO_3/C锂离子电池负极材料。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)和恒电流循环充放电等测试方法对材料结构形貌、物相组成和电化学性能进行分析测试。TiO_2的加入和碳包覆提高了电池负极材料的循环稳定性,缓解了材料体积效应并增加了电导率。MnTiO_3/C复合材料在1 000 m A·g~(-1)的电流密度下充放电循环160次后放电比容量仍有466 m A·h·g~(-1),是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料。     

二硫化钼/碳纳米片复合材料的制备及其锂离子电池性能研究

二硫化钼由于具有高的理论比容量和大的层间距,作为锂离子电池的负极材料引起了研究人员的广泛关注。由于其在循环过程中结构的塌陷与体积膨胀,导致容量快速衰减。本文通过模板法制备出多孔碳纳米片,进而采用水热法在其表面合成均匀的二硫化钼纳米片。通过SEM,TEM,XRD,BET等对合成的材料的微观形貌和结构进行表征。相互交织多孔碳纳米片网络能够有效缩短锂离子传输距离,提高二硫化钼的导电性,从而提升复合材料的电化学性能。将其用作锂离子电池负极材料,在100m Ag~(-1)的电流密度下,呈现出815m Ahg~(-1)的比容量,展现出良好的循环稳定性能,经过50次循环后容量保留可达96.5%,并且具有较好的倍率性能。     

改性钛酸锂的储锂和储钠性能

通过粉末X射线衍射、热重、差示扫描量热与扫描电子显微镜考察了6种改性钛酸锂材料的微观结构特征,并组装成扣式电池考察它们作为锂离子电池与钠离子电池负极材料时的电化学特征。结果表明:作为锂离子电池负极材料,无定形碳和碳纳米管包覆钛酸锂具有更高的可逆容量、优异的循环性能和良好的倍率性能;而作为钠离子电池负极材料,纳米化钛酸锂材料具有更好的储钠性能;一次粒子小于100 nm的钛酸锂材料,以0.1C充放电时可逆容量为155 m A·h/g,以0.2C放电、10C充电时,容量仍保持在118 m A·h/g。     

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非石墨类碳基负极材料的分类和掺杂改性研究进行了详细介绍。石墨类材料有石墨和石墨烯,非石墨类材料有软碳和硬碳;元素掺杂改性主要是以N和S为主,并分别阐述了各种碳基负极材料的电化学性能及可能的充放电机理。分析了目前碳基负极材料面临着首次库仑效率较低、电压滞后现象严重、循环稳定性能不佳等问题,未来的发展方向主要是增大碳基负极材料的碳层间距、结构的纳米化以及优化制备工艺,以确保循环稳定性及倍率性能的优异性。     

Sn/碳多孔复合材料的制备与储锂性能

通过高温煅烧乙二胺四乙酸二钠和四氯化锡混合物,制备了Sn/碳多孔复合材料。用X射线衍射和扫描电镜对材料的物相组成和形貌进行了表征,用循环伏安和恒流充放电技术测试了材料的储锂性能。结果表明:Sn/碳多孔复合材料呈多层夹心结构,作为锂离子电池负极材料经过100次充放电循环,可逆比容量保持在767 m Ah/g,在1C倍率下容量达到391 m Ah/g。     

竹炭深加工及在能源电池中应用的研究

以天然毛竹材为原料,通过高温炭化、活化等处理后,得到具有高比表面积的竹炭基生物质能源电池材料。通过恒流充放电、循环伏安等电化学测试方法,考察了竹炭作为超级电容器及锂离子电池电极材料时的电化学性能。结果表明:采用KOH活化后得到的竹炭,比表面积可达2366m2/g;用作超级电容器电极材料,比容量可以达到205F/g,并表现出良好的充放电效率。作为锂离子电池负极材料在200mA/g的电流密度下30次循环后仍然具有225mA·h/g,显示了竹炭具有较高的比容量及良好的循环性能和倍率性能,作为新能源材料具有广泛的应用前景。     

Fe_3O_4/炭黑复合材料的制备及其电化学性能

Fe_3O_4/炭黑复合锂离子电池负极材料既可以保持铁氧化物的高容量,又可以抑制Fe_3O_4的体积膨胀,具有稳定的循环性能和较高的比容量。将六水三氯化铁溶于去离子水,加入炭黑超声振荡,旋转蒸发、干燥、研磨,经过碳热还原制备了Fe_3O_4/炭黑复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、热重、循环伏安、充放电循环、倍率性能测试,对样品的结构、微观形貌、组成、电化学性能进行表征。实验结果表明,制备的Fe_3O_4/炭黑复合材料具有优异的循环稳定性和倍率性能,当质量比CB(炭黑)∶FeCl3·6H2O=1∶3时,制备的复合材料在电流密度为0.1 A/g下,经过100圈循环后仍然具有404.1 mAh/g的可逆容量。     

锂离子电池用硅基复合材料的研究进展

锂离子电池硅负极材料具有很高的理论比容量(4200 m Ah/g),但其在充放电过程中巨大的体积变化导致循环性能很差,同时较低的电导率也限制了硅在锂离子电池中的应用前景。将硅与其它材料进行复合是改善硅基负极材料循环稳定性、提高其倍率性能的主要途径。文章综述了近年来硅基复合材料的研究进展,以期为硅基复合材料的研究提供参考。     

Electrochemical characteristics and intercalation mechanism of ZnS/C composite as anode active material for lithium-ion batteries

ZnS/C composites were synthesized by a combined precipitation with carbon coating method. Morphology and structure of the as-prepared ZnS/C composite materials with carbon content of 4.6 wt%, 9.3 wt% and 11.4 wt% were characterized using TEM and XRD technique. TEM observation demonstrated that the ZnS/C (9.3 wt% C) composite showed excellent microstructure with 20–30 nm ZnS nanoparticles uniformly dispersed in conductive carbon network. Electrochemical tests showed that the ZnS/C (9.3 wt% C) composite presented superior performance with initial charge and discharge capacity of 1021.1 and 481.6 mAh/g at a high specific current of 400 mA/g, after 300 cycles, the discharge capacity of ZnS/C electrode still maintained at 304.4 mAh/g, with 63.2% of its initial capacity. The rate capability and low temperature performance of the ZnS/C (9.3 wt% C) composite were compared with commercial MCMB anode. The results showed that the ZnS/C (9.3 wt%) composite exhibited much better cycle capability and low temperature performance than MCMB anode. ZnS/C composite seems to be a promising anode active material for lithium ion batteries. Intercalation mechanism of the ZnS/C composites for lithium ion insertion–extraction is proposed based on the ex situ X-ray diffraction analysis incorporating with its electrochemical characteristics.     

中间相炭微球作为锂离子电池负极材料的研究现状

中间相炭微球（MCMB）由于具有独特的类石墨的片层结构,是一种极具发展潜力的锂离子电池负极材料,它除了具有一般炭负极材料的优点外,由于其球形层状结构还使其具有密度高、易脱嵌锂、边界损失小等特,董。本文主要论述了锂离子电池负极材料中间相炭微球的制备、热处理和改性等方面的研究现状及存在的问题;在当今锂离子电池高容量低成本的发展要求下,预期低温热处理的中间相炭微球将是今后的研究重点。     

煤沥青基微晶炭的制备及其储锂性能

以工业副产物煤沥青（coal tar pitch, CTP）为原料,采用高温炭化法制备煤沥青基微晶炭,利用XRD、Raman光谱、SEM、TEM和XPS等手段对其微观结构和表面化学性质进行表征,并探究微晶炭用作锂离子电池负极材料的储锂特性。结果表明,煤沥青经不同温度（800~1100℃）炭化处理后可制备出石墨微晶和无定形炭共存的微晶炭。炭化温度是影响煤沥青基微晶炭的微晶片层、纳米孔道和结构缺陷等微观结构特征和表面化学性质的重要因素。当炭化温度为800℃时,煤沥青基微晶炭CTP-800具有较为有序的石墨微晶片层和丰富的纳米孔道、结构缺陷等无定形炭,且两者有机结合,相互镶嵌,构筑成三维网络结构,同时炭基体表面含有适量氧/氮官能团。该微晶炭用作锂离子电池负极材料时具有优异的储锂特性,在50mA/g电流密度下可逆容量可达305mA·h/g,1000mA/g大电流密度下仍可维持在174mA·h/g,经100次循环后可逆容量保持率超过99.0%,显示出良好的倍率性能和优异的循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池负极材料。煤沥青基微晶炭 CTP-800优异的储锂特性与其炭基体中含有石墨微晶片层与纳米孔道、结构缺陷等无定形炭和炭表面富含氧/氮官能团等因素密切相关。     

MCMB/水性粘结剂体系锂离子电池负极制备工艺研究

在锂离子电池炭负极的制备中，粘结剂和导电炭黑用量、不同的碾压及封装条件都将影响电池的电化学性能。通过循环伏安及恒电流充放电测量技术，研究了中间相炭微球（MCMB）／水性粘结剂负极制备中上述因素的影响，发现水性粘结剂含量为2wt％（羰甲基纤维素钠：丁苯橡胶=1：1，质量比）、导电炭黑含量为3wt％、负极碾压压力为25MPa、封装压力50MPa时，MCMB作为负极材料时表现出了较好的充放电性能，可逆放电容量达到了320．3mAh／g。且水性粘结剂工艺性能良好，可以考虑代替成本高且对环境有污染的有机粘结荆。     

A hierarchical porous carbon material for high power, lithium ion batteries

We synthesize a carbon anode material with unique nanostructure for high power lithium ion batteries. The carbon material is composed of numerous clusters of carbon nanobeads, and shows a macro-meso-micro hierarchical porous structure. This unique nanostructure appears to facilitate the rapid transfer of lithium ions and a very large ion adsorption. It exhibits a reversible capacity of 407.4 mAh g⁻¹ and its rate performance is drastically improved in comparison with that of the commercial graphite. The unique structure enables the anode to combine the advantages of both lithium ion batteries and electrochemical double layer capacitors, resulting in the good electrochemical performance.     

高分散SiO2/石油沥青基多孔碳用于锂离子电池负极

二氧化硅(SiO₂)作为锂离子电池负极材料具有理论容量高、放电电位低、成本较低等特点，但存在导电性差、充放电过程体积膨胀严重以及容量衰减过快等问题。以石油沥青为碳源，利用硅烷偶联剂KH-540对纳米α-Fe₂O₃模板剂进行表面化学包覆，然后将硅源修饰模板剂与碳源混合，经碳化、酸洗等步骤得到高分散SiO₂/石油沥青基多孔碳(SiO₂/PC)。所得SiO₂/PC作为锂离子电池负极材料，在1 A·g^-1电流密度下，循环900圈后仍具有640 mA·h·g^-1的高可逆比容量。研究结果表明，高度纳米化的SiO₂在高温碳化过程原位生成，紧密牢固地负载于多孔碳表面，提高了其导电性，同时能够有效缓解SiO₂在充放电过程中的体积膨胀，抑制SiO₂的团聚或粉化，从而表现出优异的电化学性能。     

锂离子电池新型负极材料的研究进展

锂离子电池作为一种电源应用很广泛,但是在应用中存在一些不足,选取电化学性能良好的正负极材料是提高和改善锂离子电池电化学性能最重要的因素。从新型碳材料、硅基负极材料、锡基负极材料三方面介绍了目前锂离子电池的研究状况,并展望了锂离子电池负极材料的发展趋势。     

锂离子二次电池负极材料的研究

综述了最近几年来锂离子二次电池负极材料的研究。研究的负极材料主要有：改性碳材料、氮化物、硅化物、氧化物和新型合金。通过引入金属和非金属元素,碳材料的可逆容量、循环性能有了一定提高,这主要是碳材料的电子状态、石墨结构和表面有明显的改善。氮化物、硅化物、氧化物和合金等负极材料虽然在某些性能方面强于碳材料,但是从实用的角度而言,还存在着一些不如意的地方。随着固体电解质的不断研究,锂金属及其合金有可能成为最有前景的负极材料。另外,对于锂在部分主体材料中的储存机理予以说明,在这方面的研究有待于进一步的探讨     

Binder-free carbon-coated TiO2@graphene electrode by using copper foam as current collector as a high-performance anode for lithium ion batteries

Anatase TiO₂ is widely used in lithium ion batteries (LIBs) due to its excellent safety and excellent structural stability. However, due to the poor ion and electron transport and low specific capacity (335 mAh g⁻¹) of TiO₂, its application in LIBs is severely limited. For the first time, we report a binder-free, carbon-coated TiO₂@graphene hybrid by using copper foam as current collector (TG-CM) to enhance the ionic and electronic conductivity and increase the discharge specific capacity of the electrode material without adding conductive carbon (such as super P, etc.) and a binder (such as polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.). When serving as an anode material for LIBs, TG-CM displays excellent electrochemical performance in the voltage range of 0.01–3.0 V. Moreover, the TG-CM hybrid delivers a high reversible discharge capacity of 687.8 mAh g⁻¹ at 0.15 A g⁻¹. The excellent electrochemical performance of the TG-CM hybrid is attributed to the increased lithium ion diffusion rate due to the introduction of graphene and amorphous carbon layer, and the increased contact area between the active material and electrolyte, and small resistance with copper foam as the current collector without an additional binder (PVDF) and conductivity carbon (super P).     

锂离子电池正极材料进展

介绍了锂离子电池的发展阶段、工作原理及特点,叙述了锂电池已商业化正极材料钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂的特性、合成方法及其优缺点,纳米技术锂离子电池正极材料应用及其合成方法。认为应根据现有正极材料出现的问题,通过掺杂、包覆、加入辅助剂和表面修饰改性等方法减低成本,利用纳米材料的优点和微米材料优良的稳定性和容易制备的优点合成纳微分层结构的材料解决纳米材料的低热力学稳定性、团聚及与电解液发生副反应等问题;可以尝试着探索新的方法合成纳米级颗粒．并将最优的方法应用于新材料和经典电极材料的制备,从而充分发挥纳米级材料的尺寸效应和表面效应．改善电极材料的电化学活性．有助于推进纳米正极材料的工业化进程。