锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池作为目前商业化应用最成熟的电化学储能载体之一,在消费电子、交通工具、储能电站领域得到广泛应用。组成锂离子电池的关键材料一般是正极、负极、电解液和隔膜,其中负极材料的选择决定电池能量密度、电化学性能、安全可靠性等各方面性能,因此近20年来,负极材料技术一直是新能源产业最热门的研发领域之一。根据负极材料产业化的时间顺序,基本上可以分为三代产品,分别为碳、钛酸锂和硅基材料。文中简要介绍了三代负极材料的结构特征、功能特点、改进方向等方面研发进展,对各类负极材料存在的不足和改性等方面的研究成果进行了评述。     

锂离子电池超高容量负极材料的研究进展

对最近几年锂离子电池用负极材料, 特别是首次最大充放电容量超过500 mAh/g 的负极材料进行了综述。分类详述了高容量负极材料的研究现状, 其中包括碳负极材料(硬碳、碳纳米管、碳的掺杂)和非碳负极材料(锡基负极材料、过渡金属氮化物、新型合金), 并对其各自的特点进行了分析, 认为超大比容量的锂离子电池用负极材料是未来发展的重要方向。     

锂离子电池硅碳负极材料的结构设计研究进展

硅基材料具有理论比容量高、资源丰富等优点,然而硅基负极材料在锂化过程中面临体积膨胀、活性物质破碎粉化、电极材料与集流体分离以及导电性较差等问题。综述了硅碳负极材料的锂化机理及性能衰退原因,介绍了硅碳材料核壳结构、蛋黄壳结构、夹层结构及三维结构等结构设计研究进展及存在的问题,在此基础上对开发制备更简单、更可靠、成本更低的硅碳材料及其三维结构设计进行了展望。     

锂离子电池硅碳复合负极材料的研究

以商品化纳米硅粉和沥青为原料,采用喷雾干燥热解法制得Si@C复合物.将Si@C复合物和人造石墨混合,制得Si@C/G硅碳复合材料作为锂离子电池的负极材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试等方法,对Si@C复合物和Si@C/G复合材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,当硅碳复合材料中Si@C复合物和石墨的质量比为15∶85时,在100mA/g的恒电流下,首次放电比容量为695.4 mAh/g,首次库仑效率为86.1%,循环80周后容量仍有596.6mAh/g.     

双层碳包覆SiOx负极材料及其电化学性能研究

为了解决氧化亚硅负极材料导电率低及循环性能差的问题,以聚丙烯酰胺(PAM)为液相碳源进行一次碳包覆,再通过化学气相沉积以甲烷混乙炔为气相碳源进行二次包覆,制备了具有含氮碳层的双层包覆氧化亚硅负极材料(SiO_x@DC-N)。与纯气相包覆(SiO_x@GC)以及纯液相包覆(SiO_x@LC)的氧化亚硅负极材料相比,SiO_x@DC-N展现出优异的倍率性能与循环性能,在4C(1C=1 500 mA/g)的电流密度下比容量达850.1 mAh/g,以5∶95混合石墨后制成18650圆柱电池,其在电流密度1C充放电700圈循环后容量保持率仍有92.70%。     

LiFePO4/C材料电化学性能研究及结构表征

以葡萄糖为碳源,采用碳热还原法制得一系列LiFePO4/C材料,其中葡萄糖的添加量分别为10,,15,,20,,25,和30,.通过XRD,SEM和恒流充放电等测试方法,研究了葡萄糖添加量对LiFePO4/C材料结构和电化学性能的影响.结果表明:当葡萄糖添加量为20,时,LiFePO4/C材料以0.2C充放电,放电比容量为140.6mA· h/g;1 C倍率50次循环后,容量保持率达到97,;以0.2C充电,在0.2C,1C,2C,5C和10 C不同倍率下放电,其中10 C倍率放电比容量为89.1mA· h/g,合成材料表现出良好的综合电化学性能.经XRD和SEM测试发现,制得的材料均为橄榄石型结构,不同碳含量对材料的颗粒尺寸有一定的影响.     

水热法制备锂离子电池正极材料LiFePO4及其性能研究

以H3PO4,FeSO4·7H2O和LiOH·H2O为原料,采用水热法制备锂离子电池正极材料LiFePO4,并以葡萄糖为碳源对其进行碳包覆.考查了pH值、水热反应温度和反应时间等工艺条件对合成产物的结构、微观形貌和电化学性能的影响.结果表明,pH值对水热反应合成LiFePO4有很大的影响,当前驱体pH值为7左右时能得到较纯的LiFePO4.260℃水热反应4 h所合成的LiFePO4碳包覆后的电性能最好,0.1C倍率下首次充放电比容量分别为152和146 mAh/g.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的性能研究

以不同的锂源和钛源为原料,采用分段煅烧法制备了Li4 Ti5 O12负极活性粉末材料,采用SEM、粒度分析等方法对所获得粉末的粒径特性进行了分析.研究发现,用Li2 CO3和微米级锐钛型TiO2制备的Li4 Ti5 O12粉末粒径的形貌为细小的近球状,粉末充分分散,且呈正态分布.对用该材料组装成的模拟电池,采用恒电流充放电、循环伏安及电化学阻抗法进行电化学性能测试,结果表明:材料具有良好的电化学性能,平台电压基本在1.50～1.52 V之间,以0.2C充放电,放电容量可以达到156.16 mA·h/g.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备工艺研究

本文主要研究了不同锂源、钛源制备Li4Ti5O12的反应过程,同时对不同制备工艺合成材料的晶体结构进行分析.研究结果表明:采用Li2CO3和微米级锐钛型TiO2制备的Li4Ti5O12为单一相的面心立方尖晶石结构,煅烧工艺条件为600℃保温8h,研磨后,800℃保温2h,该条件还有待于材料电性能测试结果的进一步验证.     

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池因其较高的能量密度、良好的安全性能和优异的循环性能而受到广泛关注。目前,为了满足不断增长的储能应用需求,人们在开发具有更高电化学性能的锂离子电池负极材料方面做了大量的研究工作。本文根据锂离子电池负极材料在充放电过程中发生的电化学反应机制不同,分别详细介绍了嵌入型负极材料(石墨、TiO2、钛酸锂等)、转化型负极材料(Fe2O3、NiO等)和合金化负极材料(Si、Ge、P等)的电化学反应机制及其优缺点,重点阐述了不同负极材料的提高电化学性能方法和策略。该综述可为锂离子电池负极材料的构建和性能优化提供重要的参考价值。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的湿化学合成研究进展

评述了乳化干燥法、共沉淀法、Sol-gel法及水热法等湿化学法合成LiFePO₄的研究进展。乳化干燥法具有原料来源广, 产物电化学性能优良, 制备方法简单等优点;共沉淀法具有反应时间短, 能耗低, 产物性能好等优点, 但原料的选择有一定的限制;Sol-gel法具有纯度高、颗粒细等优点, 其主要不足为凝胶干燥时收缩性大, 粉体材料的烧结性不好;水热法具有原料来源广泛, 制备工艺简单, 流程短, 操作容易, 易实现工业化等优点, 是值得进一步研究的制备方法。     

动力型锂离子电池正极材料LiFePO4的产业化进展

从磷酸铁锂国内外主要厂商及其产能、国内外市场状况、产业化技术路线和产业化面临的问题及产业风险等几个方面综述了磷酸铁锂材料近年来在产业化方面的最新进展。介绍了LiFePO4产业化合成方法及其优缺点,并提出了磷酸铁锂电池材料产业化急需解决的问题。     

MnO@C用于锌离子电池正极材料的研究

通过共沉淀法制备了Mn3O4,再通过多巴胺包覆烧结得到碳包覆的MnO@C,并将其用作锌离子电池正极材料.结果表明,组装电池在0.2 A/g下比容量达到282.9 mAh/g.在1 A/g下循环500次后,比容量为80.2 mAh/g.碳包裹MnO可为Mn基锌离子电池开发提供新思路.     

锂离子电池镍系正极材料的掺杂研究进展

综述了近年来通过元素掺杂改善镍系正极材料电化学性能的研究成果。阐述了不同元素掺杂改性的机理及其效果, 认为在优化合成条件的基础上, 目前元素掺杂是提高锂离子电池正极材料LiNiO₂电化学性能的最佳途径。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

金属Al作为锂离子二次电池负极材料的制备和机理研究

采用金属铝片和金属锂片组装纽扣电池。通过电化学性能测试和充放电前后Al 片的X射线衍射分析及SEM显微观察,表明在合适充放电条件下, Al与Li形成金属间化合物, 具有较高的电化学容量和一定的循环性能。     

二级逆流浸出废旧锂离子电池正极片中的铝

利用二级逆流的方法浸出废旧锂离子电池正极片中的铝。考察了加料方式、碱浓度、碱分配比、温度对铝浸出率的影响。结果表明,在一级采用先加碱后缓慢加原料的方式,第二级碱浓度为15%,一、二级碱分配量分别占总碱量的40%和60%,一、二级反应时间分别为2 h,外界提供温度为95℃条件下,铝浸出率达98.0%。     

锂电三元正极材料前驱体的研究进展

总结了三元正极材料前驱体结构设计和制备工艺的研究进展, 指出合理的前驱体结构设计并结合合理制备工艺, 可以改善正极材料电化学性能, 得到性能优异的正极材料, 从而满足高性能电池的使用要求。     

LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片正极材料的水热合成及其电化学性能

采用乙二醇辅助的水热法合成了锂离子电池LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片正极材料,并采用X射线衍射(XRD)及其Rietveld精修和扫描电子显微镜(SEM)研究了材料的结构与形貌;采用循环伏安(CV)和充放电测试研究了材料的电化学性能。XRD及其Rietveld精修表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片具有与LiMnPO4类似的结构,无杂质峰。SEM表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C的形貌为片层状结构。CV表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C存在Mn2 /Mn3 和Fe2 /Fe3 两步转化过程。充放电测试结果表明,LiMn0.6Fe0.4PO4/C纳米片具有较好的倍率容量和循环稳定性。5C倍率放电时,100次循环的容量仍高达115.8 mAh/g左右,容量保有率为95.8%。     

二维纳米氧化铝涂层包覆锰酸锂材料电化学性能的研究

以无机铝盐Al(NO3)3·9H2O为原料,氨水为沉淀剂,通过溶胶-凝胶法在Li Mn2O4表面包覆一层二维纳米状Al2O3。通过XRD、SEM、TEM和电化学测试对样品的晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,此方法合成的锰酸锂表面均匀包覆了一层二维纳米氧化铝,呈蓬松无序状,厚度约为50 nm。电化学测试结果表明:该复合材料的首次放电比容量为112.7 m Ah/g(0.1C),1C倍率循环400周容量保持率为78.35%。