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。     

硅基负极材料预锂化技术全球专利分析

针对全球及中国硅基负极材料预锂化技术专利申请趋势、申请人和专利技术构成等情况进行分析，从专利角度探讨硅基负极材料预锂化技术发展现状及重点技术路线。目前硅基负极材料预锂化技术正处于快速发展阶段，技术路线尚未统一，以热掺杂和有机锂为代表的化学预锂技术发展迅速，最有可能率先实现产业化应用；中国是硅基负极材料预锂化技术的主要目标市场国，但国内企业相比外国来华企业技术基础薄弱、专利积累少，建议加大研发力度、加强相关专利布局。     

锂离子电池碳负极材料研究进展

综述锂离子电池碳负极材料的研究进展,主要包括中间相碳微球、天然石墨、无定形碳负极材料以及天然石墨表面改性.对天然石墨表面改性是改善锂离子电池负极材料性能的重要手段,通过改性处理,可有效降低石墨电极的不可逆容量,从而使可逆容最和库仑效率有较大程度的提高.由于表面改性天然石墨具有成本和性能方面的综合优势,是今后较长一段时间内,工业化应用的锂离子电池主要负极材料.     

钛酸锂合成技术研究进展

钛酸锂是一种尖晶石结构的锂离子电池负极材料,相对于碳基材料具有更好的充放电性能、循环稳定性和使用安全性能,成为研究新型锂电子电池负极材料的热点。然而,钛酸锂本身存在电导率较低,极化现象严重和理论容量小等缺点,限制了其广泛应用。介绍了钛酸锂的合成技术、原理,改进方法及研究现状。分析了不同制备工艺的优缺点及其对材料性能的影响。指出元素掺杂、表面包覆、形貌设计和复合改性等方式可有效改善Li4Ti5O12材料的导电性能,提高材料的电化学性能。提出了目前存在的问题及未来的研究方向。     

硅基负极聚合物高分子粘结剂研究进展

硅基材料作为最有应用前景的下一代高比能锂离子电池负极材料,具有10倍于商业化石墨负极的理论比容量。但是,硅材料在脱嵌锂的过程中会发生严重的体积变化,导致活性材料分离脱落。通过制备纳米尺度的硅材料和硅基复合材料可以在一定程度上缓解体积变化产生的机械应力,但是硅材料固有的体积变化并不会因此消失,所以开发适用于硅基负极材料的新型粘结剂是高比能电池开发的重点工作之一。文中主要介绍了聚合物高分子粘结剂目前的研究进展,重点关注了聚合物高分子间相互作用和聚合物高分子的结构对其粘接性能的影响。     

锂离子电池硅碳负极用壳聚糖粘结剂的性能研究

研究了壳聚糖(CS)粘结剂在锂离子电池硅碳负极中的性能。通过XRD、红外光谱和SEM表征粘结剂和电极的结构与形貌, 测试了粘结剂的剥离强度, 通过电化学性能和电极动力学比较了壳聚糖与聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂对硅碳复合材料电化学性能的影响。结果表明: CS粘结剂和PVDF粘结剂极片剥离强度分别为10.5和7.6 N/m, 水溶性高分子CS粘结力更强; CS、PVDF作为硅碳负极粘结剂首次可逆比容量分别为572.4和568.3 mAh/g, 首次库伦效率分别为78.4%和79.5%, 50次循环后容量保持率分别为72.3%和65.8%。与PVDF相比, CS更适合应用于锂离子电池硅碳负极材料中。     

锂离子电池三维多孔微米硅负极研究进展

从微米硅的金属辅助化学刻蚀、微米硅基合金酸刻蚀、微米SiO材料歧化酸刻蚀、微米SiO₂的镁热还原制备三维多孔微米级硅负极材料方法出发, 概述了锂离子电池三维多孔微米硅负极的研发进展。基于微米颗粒构建三维多孔微米硅负极多孔化设计, 可以减少工序、保证较高压实密度, 微米多孔硅的孔隙预留了硅锂化后体积膨胀空间, 硅负极材料循环稳定性得到提升;其中镁热还原法制备多孔微米硅无需使用有毒试剂, 且原料来源广泛、价格低廉、工序简短、易于规模化生产, 该法制备的三维多孔微米级硅负极材料有望成为下一代硅基负极材料。     

切割废硅粉球磨制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用。采用低成本的切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用简单的高能球磨法一步制备废硅粉-石墨复合材料（WSi-G）。系统研究了废硅粉的属性特征和硅碳复合材料的微观结构,所制备硅碳复合微粉的电化学性能。结果表明,微米尺寸的废硅粉直接用于锂离子电池时的负极循环性能快速衰减,采用球磨法制备的硅碳复合材料用于锂离子电池负极时展现出优异的循环稳定性,在0.5 A g-1电流密度下循环160圈后其可逆比容量仍然可以稳定在428 mA·h/g以上。     

切割废硅粉球磨法制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料.然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高,造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用.以切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用高能球磨法一步制备硅碳复合材料.系统研究了废硅粉的属性特征、硅碳复合材料的成分...     

镁热还原SiO材料及其电化学性能

硅基负极材料以其高容量、来源丰富、绿色环保等优点,成为理想的下一代锂离子电池负极材料。但纯硅的体积膨胀过大,限制了硅负极的应用。氧化亚硅(SiO)作为一种含硅负极,具有比纯硅更小的体积效应和更好的循环性能。目前氧化亚硅主要的问题之一是其首次库仑效率低,对此利用镁热还原反应,使氧化亚硅部分还原,同时控制产物中硅晶粒大小,用金属Al代替部分Mg,得到了硅晶粒粒径约为25 nm的复合材料,再通过沥青包覆得到最终碳包覆材料MgAl-SiO/C。通过对比镁热反应前后材料电性能,发现镁热反应后材料首效提高,但容量降低,循环性能变差;最终复合材料首次效率可达83. 7%,可逆容量1 471. 3 mAh/g。     

高性能氮掺杂中空碳纳米盒的制备及其在钠离子负极中的应用

碳基材料由于价格低廉、导电性良好及无毒安全等优势,成为钠离子电池中具有吸引力的负极材料,研究表明通过构筑利于电荷传输的动力学结构和引入杂原子进行掺杂,可改善其储钠离子的性能。采用模板法制备了氮掺杂中空碳纳米盒(NHCC),独特的中空纳米盒结构一方面能提供与电解质更大的接触面积,另一方面有利于离子的高效稳定传输。此外,NHCC材料引入氮原子能有效增加碳基材料的缺陷结构,为钠离子的储存提供更多的活性位点。研究结果表明,NHCC材料在电化学性能方面表现出优良的倍率性能(在电流密度2000 mA·g^(-1)下容量为220.7 mAh·g^(-1))和良好的循环性能(在电流密度200 mA·g^(-1)下循环400次后的可逆容量为255.7 mAh·g^(-1)),同时通过动力学分析可得NHCC材料的表面赝电容行为有利于钠离子的存储。因此,氮掺杂中空碳纳米盒可为钠离子电池碳基负极材料提供新思路。     

金属-有机框架在锂离子电池电极材料中的应用

锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、低成本、寿命长等优点,被认为是便携式电子设备和电动汽车最有前途的储能技术.金属-有机框架(MOFs)具有超高孔隙率、功能多样性、结构可控及易制备等独特优点,被广泛应用在异相催化、电化学储存与转化、气体吸附和分离等领域中.对MOFs直接作为锂离子电池负极材料及正极材料的研究进展进行了阐述,重点总结了MOFs衍生材料(多孔碳材料、单一金属氧化物、多组分金属氧化物、磷化物等)应用于锂离子电池电极材料中的合成方法、结构及电化学性能.最后对MOFs及其衍生材料在锂离子电池正极和负极材料的发展方向进行了展望,为新型电极材料的下一步开发方向提供一定的思路和建议.     

MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯复合负极材料的制备及性能研究

采用原位生长法设计并合成了MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯的复合材料(Si/C@G),并应用于锂离子电池负极材料,该材料结构有效缓解硅基负极材料充放电过程的体积变化,促进了稳定的固态电解质中间相层的形成,提高了电极材料的电导率。Si/C@G负极材料在电流密度500 mA/g时经100次循环可逆比容量仍有1081.2 mAh/g;在电流密度5.0 A/g时其可逆容量达到949.6 mAh/g。Si/C@G负极在1.0 A/g的恒电流密度下循环500次后可逆比容量可保持在677.2 mAh/g左右,库仑效率可达99.84%,表现出良好的循环稳定性。     

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%。     

过渡金属磷化物作为锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池因其高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点,在消费电子、电动汽车和大型电网中得到越来越多的应用。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。本文根据现阶段各种过渡金属磷化物的研究现状,重点介绍过渡金属磷化物所面临的挑战,以及面对挑战人们以提高材料的综合电化学性能为目标进行的改性工作。分别介绍了几种不同的制备方法,并且从材料的结构与调控、材料的形貌与尺寸设计、碳材料复合以及构建异质结结构四个方面介绍了相应的改性策略。该综述为过渡金属磷化物在锂离子电池中的应用提供重要参考。     

球形Si/carbongel@void@C复合材料的制备及电化学性能

商业用锂离子电池负极为石墨材料,理论容量较低,不能满足现代社会对锂电池高能量密度的要求.硅因具备高的理论容量、合适的电极电位以及地球丰度高等优势,是新一代锂电池负极材料的候选者.但作为锂电负极,硅在脱嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀,且本征电导率较低,限制了其实际应用.利用柠檬酸盐对L-赖氨酸体系改性,强化Fe3+配体的...     

基底材料改性增强钾金属负极电池的研究进展

钾金属负极由于具有较大的理论能量密度(687 mA·h/g)、更低的化学电位(-2.93 V)及使用钾金属更为简单等优势,在众多的钾离子电池负极材料中备受关注.但目前仍有许多问题有待克服,例如较大的体积膨胀、极高的反应活性、严重的枝晶生长及不稳定的界面等,这些特性极大影响电池的性能及其安全性.为此,研究者们采取了许多不同的策略和方法去改善这些问题.综述了近年来基于基底材料改性增强钾金属负极电池的策略,并分析了通过基底材料改性而实现抑制钾金属枝晶生长的关键要素.同时,对提升钾金属负极电化学性能的机理进行了进一步讨论,并在此基础上了对钾金属负极的下一步研究进行了分析与展望.     

沥青碳包覆量对隐晶质石墨电化学性能的影响

以吉林某地高纯球形化隐晶质石墨为原料，利用石油沥青对其进行包覆-炭化改性处理，制备锂离子电池负极材料，考察了沥青碳包覆量对隐晶质石墨负极材料结构及电化学性能的影响。结果表明，沥青碳包覆层改善了隐晶质石墨的表面形貌，改性后的隐晶质石墨具有更好的循环充放电性能和倍率充放电性能。当包覆量为14%时，经30次循环充放电后试样的放电容量保持率较未改性试样提高8.88%。当包覆量为18%时，在1 C电流密度下，试样放电容量保持率较未改性试样提高69.12%。