锂离子电池硅/石墨烯负极材料的电化学性能

采用高能球磨法制备了纳米硅/石墨烯(Si@G)复合锂离子电池负极材料,并研究了高能球磨时间对Si@G复合材料成分和电化学性能的影响。X射线衍射分析结果表明:球磨40 min后,产物中出现少量电化学惰性的碳化硅。球磨20 min的Si@G复合材料具有最高的首次放电比容量(3 418 mA?h/g)和首次Coulomb效率(89%),但其充放电循环稳定性较差,放电比容量在33次充放电后即衰减为首次的80%。而球磨40 min的Si@G复合材料,充放电84次后,其容量保持率仍为80%。表明没有储锂容量的杂质相SiC虽然导致Si@G负极材料的首次充放电比容量下降,但有利于提高充放电循环稳定性。     

锂离子电池用硅-石墨/炭复合负极材料的电化学性能研究（英文）

以纳米硅、石墨和马铃薯淀粉为原料制备硅-石墨/炭复合负极材料,探讨复合材料的制备工艺对其电化学性能的影响,并采用扫描电镜和X-射线衍射法对材料的颗粒形貌和微晶结构进行表征。研究表明:当复合材料中m(Si)/m(graphite)为1∶4,球磨时间为10 h时,复合材料经20次循环后其可逆容量仍为466 mA·h/g,显示出良好的电化学性能,进一步分析表明纳米硅和石墨均对复合材料的可逆容量做出贡献,而且复合材料中含量较高的石墨的颗粒形貌和微晶结构对其电化学性能起关键性作用。     

锂离子电池多孔硅基复合负极材料的研究进展

概述了多孔硅基负极材料在锂离子电池中的应用,重点介绍了材料结构和复合方式对其电化学性能的影响;分析了导致其循环性能降低的主要原因,指出控制电池循环过程中硅基材料体积变化、抑制SEI膜的增加是改善硅基负极材料循环性能的重要途径. 对多孔硅基复合负极材料的研究进行了展望,提出在纳米化和复合化的基础上,设计特殊孔道结构、制备多孔的硅/碳复合材料是推进硅基负极材料应用的重要研究方向.     

催化热处理对MCMB作为锂离子电池负极材料电化学性能的影响

用硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)浸渍MCMB生球,在1 500℃下进行催化热处理.采用X射线衍射、扫描电镜、恒流充放电、电化学交流阻抗等对样品进行测试和表征.结果表明,经催化热处理的MCMB表面碳层石墨化程度提高,处理后的MCMB在0.2 mA/cm2电流密度下的首次可逆容量从相同温度下直接炭化样品的146mA·h/g提高至233 mA·h/g,第30次循环放电容量与第1次循环放电容量的比值从68%提高至100%.交流阻抗结果显示,适量添加硝酸铁可以有效降低SEI膜(固体电解质膜)电阻及电极反应电荷传递电阻,有效地提高电极的电化学性能.     

高容量锂离子电池硅基负极材料的研究现状与发展北大核心

硅基材料因具有高比容量的特点成为新一代高容量锂离子电池的负极材料,但其在锂离子脱嵌锂过程中存在严重的体积效应,降低了电池的循环稳定性和初始库伦效率,从而限制了其商业化应用。本文综述了近几年来锂离子电池硅基负极材料的主要改性方法和研究进展,阐述了硅基材料作为锂离子电池负极材料存在的问题,并指出其未来的发展方向。     

锂离子电池硅/热解聚苯胺复合负极材料的研究

以纳米硅为原料,聚苯胺（PANI）为碳源,通过球磨法和高温热解制备了硅/热解聚苯胺（Si/p-PANI）复合物作为锂离子电池负极材料,并研究了热解温度对复合材料性能的影响。采用XRD、SEM、TEM、FTIR及XPS方法对复合材料的结构、形貌和组成进行了表征;采用恒流充放电和CV等方法测试了材料的电化学性能。研究结果表明,Si/p-PANI可以抑制纳米硅颗粒之间的团聚,并形成良好的导电网络。700℃热解后得到的Si/p-PANI在400 mA·g^-1电流密度下循环50次,可逆比容量为1 051.1 mAh·g^-1,具有良好的电化学性能。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅材料由于其高容量和地壳中的高储量,成为近年来的研究热门。但硅材料的商业化还存在一些问题,主要是由于硅材料的体积效应导致的循环性能差和较低的电导率。本文综述了近年来对硅材料改性的一些方法,如：硅材料纳米化、碳包覆、合金化、预锂化,及与硅材料相匹配的粘结剂和电解液添加剂的研究等,并对硅材料的研究现状进行了总结和展望。     

高性能硅基复合锂离子电池负极制备及电化学性能EI北大核心CSCD

因硅具有高达4200 mA·h/g的理论嵌锂容量,成为目前最具有发展前景的锂离子电池负极材料。但是,因硅材料在嵌脱锂过程中存在巨大的体积膨胀(≥300%),制约了其作为锂离子电池负极的商业化应用。通过采用静电纺丝技术和碳源前驱体包覆相结合的方法,经过碳化处理制备的C@Si/C硅基复合负极。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对材料的物相结构和微观形貌进行了表征,采用热重分析实验研究了聚乙烯吡咯烷酮包覆后所得材料质量随温度的变化情况,通过Raman测试考察了碳化后所得硅基负极材料的石墨化程度。对所制备的硅基负极材料进行了恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗谱分析。结果表明:经碳包覆后的静电纺丝Si/C纤维相较于未包覆前,电化学性能有了明显提升。在0.1 A/g的电流密度下,首次放电容量可达到1401.4 mA·h/g,首次Coulombic效率高达70.22%,经100圈循环后容量仍保持在582.6 mA·h/g,倍率测试结果表明,经过1.0 A/g的大电流密度测试后,在0.1 A/g的电流密度下,仍具有622.2 mA·h/g的可逆容量。     

纳米硅碳/石墨复合负极材料的制备及其电化学性能研究

以机械球磨法和化学气相沉积法制备的纳米硅为原料,通过喷雾干燥法制备了人造石墨@纳米硅@无定形碳材料,探究不同制备工艺的纳米硅对包覆效果的影响。结果表明,气相沉积法制备的球形硅颗粒包覆效果更好,材料的电化学性能更优,在0.1C倍率下循环150周,比容量维持在678.7 mAh·g^-1。     

硅/氧化硅/锡/碳锂离子电池负极复合材料制备及电化学性能

以一氧化硅、二氧化锡和导电碳(Super P)为原料,通过高能球磨,加入稀盐酸与糠醇发生聚合反应,再采用高温固相法制得硅/氧化硅/锡/碳复合材料作为锂离子电池负极材料.用 XRD、SEM 进行表征,并进行有关电化学性能测试,首次放电比容量高达 1503 mAh·g<'-1>,循环性能得到了较大改善.     

锂离子电池Sn-Co合金负极材料的研究进展

锡基合金有望替代碳成为新一代高容量锂离子电池的负极材料。Sn-Co合金是研究最为广泛的锡基合金负极材料之一,但该材料存在首次不可逆容量大、循环稳定性差等问题,限制了其实际应用。Sn-Co合金的电化学性能主要受Sn/Co比例、活性材料结晶形态、颗粒尺寸和电极结构等因素影响,纳米材料可提高电极循环稳定性,但易导致较大的首次不可逆容量,而多孔结构的Sn-Co活性材料或多孔结构的电极集流体,有利于电极综合性能的提高。Sn-Co合金中引入碳可明显改善电极的循环容量和循环稳定性。同时综述了Sn-Co合金负极材料的制备方法及其优缺点,并对锡基合金负极材料的发展方向进行了展望。     

锂离子电池二硫化钼基负极材料研究进展

锂离子电池以其便携、无记忆效应、循环寿命长等特点广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。负极材料的改进是制备新型高性能锂离子电池的重要环节。具有类石墨烯结构的二硫化钼是极具发展潜力的锂离子电池用负极材料。但纯二硫化钼导电性差、充放电过程中体积膨胀率高,导致其可逆容量低、容量保持率差。复合化与纳米化是解决上述问题的有效途径。综述了近年来用于锂离子电池负极材料的二硫化钼基复合材料研究进展,重点介绍了二硫化钼/碳和二硫化钼/过渡金属化合物体系的形貌特征、比容量、循环稳定性等,并对二硫化钼基负极材料的发展趋势进行了展望。     

锂离子电池负极材料中国专利分析

通过对中国发明专利数据进行挖掘和计量分析,总结了锂离子电池负极材料的专利申请情况、行业发展现状、地域分布及重点创新主体的专利技术布局。结果表明,锂离子电池负极材料经过几年的持续增长后,专利申请趋势放缓。通过对专利进行地域分析,了解到中国本土申请人和日本申请人申请了大量的专利;国内申请人主要集中在广东、上海、北京及浙江。通过分析一些重点企业申请的专利技术布局可以了解目前市场上的负极材料技术热点。     

中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展

中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素。为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点。笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响。从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响。发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减。从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响。表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量。从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响。碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性。非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能。MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料。最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点。     

锂离子电池负极材料磷酸钛锂研究进展

NASICON结构的磷酸钛锂[LiTi₂（PO₄）₃]作为新型的锂离子电池负极材料,具有环境友好、循环性能好、优异的热稳定性等优点,被认为是最具有应用前景的负极材料。LiTi₂（PO₄）₃具有138 mA·h/g的理论容量和2.5 V的平稳放电平台,但是LiTi₂（PO₄）₃电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺点限制了其实际应用。因此,针对以上缺点,众多研究者通过对LiTi₂（PO₄）₃进行改性,极大地提高其电子电导率和锂离子扩散系数。简单介绍了LiTi₂（PO₄）₃的结构与性能,主要从制备方法和改性方法两方面综述了近年来的研究进展,并指出了LiTi₂（PO₄）₃材料目前研究存在的问题,展望了未来的应用前景。     

锰氧化物的合成及在锂离子电池中的应用进展

能源是限制人类发展的重要因素,近年来随着新能源的发展,人们对于储能设备的要求也越来越高,其中,锂离子电池被认为是最具有发展前途的储能设备之一。目前,商用锂离子电池的负极材料以石墨为主,石墨虽然具有良好的导电性,但理论容量较低,已逐渐无法满足高能设备的大容量需求。过渡金属锰氧化物由于储量丰富、氧化形态多样、结构多元、理论比容量高、环境友好等特点,被认为是锂离子电池理想的替代负极材料之一。本文详细介绍了近年来4种锰氧化物（MnO、Mn₂O₃、Mn₃O₄和MnO₂）分别在纳米化和复合结构构筑两方面的材料设计及合成,总结比较了4种锰氧化物用作锂离子电池负极材料的性能,展望了锰氧化物在锂离子电池负极材料领域的发展前景和方向。     

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。     

Nanostructured Si/TiC composite anode for Li-ion batteries

Si/TiC nanocomposite anode was synthesized by a surface sol-gel method in combination with a following heat-treatment process. Through this process, nanosized Si was homogeneously distributed in a titanium carbide matrix. The electrochemically less active TiC working as a buffer matrix successfully prevented Si from cracking/crumbling during the charging/discharging process. The interspaces in the Si/TiC nanocomposite could offer convenient channels for Li ions to react with active Si. The Si/TiC composite exhibited a reversible charge/discharge capacity of about 1000 mAh g⁻¹ with average discharge capacity fading of 1.8 mAh g⁻¹ (0.18%) from 2nd to 100th cycle, indicating its excellent cyclability when used as anode materials for lithium-ion batteries.     

Nanocomposite polymer electrolytes for solid-state lithium-ion batteries with enhanced electrochemical properties

Solid-state polymer electrolytes (SPEs) have attracted significant attention owing to their improvement in high energy density and high safety performance. However, the low lithium-ion conductivity of SPEs at room temperature restricts their further application in lithium-ion batteries (LIBs). Herein, we propose a novel poly (ethylene oxide) (PEO)-based nanocomposite polymer electrolytes by blending boron-containing nanoparticles (BNs) in the PEO matrix (abbreviated as: PEO/BNs NPEs). The boron atom of BNs is sp²-hybridized and contains an empty p-orbital that can interact with the anion of lithium salt, promoting the dissociation of the lithium salts. In addition, the introduction of the BNs could reduce the crystallinity of PEO. And thus, the ionic conductivity of PEO/BNs NPEs could reach as high as 1.19 × 10⁻³ S cm⁻¹ at 60°C. Compared to the pure PEO solid polymer electrolyte (PEO SPEs), the PEO/BNs NPEs showed a wider electrochemical window (5.5 V) and larger lithium-ion migration number (0.43). In addition, the cells assembled with PEO/BNs NPEs exhibited good cycle performance with an initial discharge capacity of 142.5 mA h g⁻¹ and capacity retention of 87.7% after 200 cycles at 2 C (60°C).     

石墨烯/硅负极材料的制备及其电化学性能的研究

通过将亚微米硅与石墨烯进行原位还原复合(SG1)和机械混合(SG2)这2种方式制备了不同的石墨烯/硅复合锂离子电池负极材料。SEM结果显示,2种复合物中硅颗粒都被石墨烯片层所包夹,且分散均匀;充放电测试表明,这2种复合方式均使复合电极的首次容量损失大大减小,循环稳定性得到很大提高,其首次放电比容量分别为2 070.5mAh/g和1 534.2mAh/g,循环12次后均保持在1 000mAh/g以上;通过EIS阻抗谱对硅复合电极的导电性以及电极结构的初步研究,发现复合电极本身导电性以及材料的电接触性远优于纯硅,电极结构也相对稳定。