石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极的研究进展

自2004年被发现以来,石墨烯及其纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能而受到广泛关注,并在锂离子电池负极方面展现出巨大的应用价值。首先简单介绍了石墨烯及其常用制备方法,然后详细介绍了石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,并阐述了各自的优势与不足,提出了一些改进方案,最后展望了其在锂电负极的应用前景和未来面临的挑战。     

用于锂离子电池的石墨烯及其复合负极材料的研究进展

石墨烯复合材料因具有高比表面积、高比容量、优异的导电性、显著的化学稳定性,在锂离子电池领域具有巨大的应用前景。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,而且还可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,提高了材料的倍率性能和循环寿命,为设计大容量高稳定性的锂离子电池提供了理论保证。因此制备不同组成和结构的石墨烯复合材料是一个非常有价值的课题。对近年来国内外运用不同方法制备不同组成和结构的石墨烯复合材料的研究结果做了综合评述和展望。     

石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极的研究进展

自2004年被发现以来,石墨烯及其纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能而受到广泛关注,并在锂离子电池负极方面展现出巨大的应用价值.首先简单介绍了石墨烯及其常用制备方法,然后详细介绍了石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,并阐述了各自的优势与不足,提出了一些改进方案,最后展望了其在锂电负极的应用前景和未来面临的挑战.     

石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极材料中的应用

石墨烯作为一种仅有单原子层厚度的新型碳材料,具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能.石墨烯的产业化应用一直是国际上的研究热点.由于其高电导率、超大的比表面积、高化学稳定性等优异的物理和化学特性,石墨烯作为锂离子电池电极材料有着巨大的应用前景.综述了近5年来石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极材料中应用的最新研究成果和进展,并对今后的研究工作进行了展望.     

石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯作为一种锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能,但石墨烯在充放电过程中容易团聚,导致其容量衰减特别快。而金属氧化物在充放电过程中体积膨胀大,因此其容量衰减也非常快;另外,金属氧化物的电导率低,导致其倍率性能差。将金属氧化物与石墨烯复合,两者性能互补,石墨烯可提高复合材料的电导率,缓解金属氧化物在充放电过程中的体积效应;金属氧化物可提高复合材料的储锂容量,并能阻止石墨烯在充放电过程中团聚。本文介绍了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的制备方法,分析了石墨烯与氧化铜及其复合材料的储锂机制,展望了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的应用前景,并指出了当前研究中存在的问题。     

石墨烯/金属氧化物锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯作为锂离子电池负极材料时,比克容量是石墨的两倍,但是纯石墨烯因其在充放电过程中团聚,导电循环性能差。为了延长石墨烯的循环寿命,一种有效的方法是在石墨烯中加入过渡金属氧化物(CoOx,CuOx,NiOx,FeOx和MnOx等)。这些过渡金属氧化物比克容量高(700~1000mAh/g),但是在充放电过程中发生体积膨胀,导致其循环性能差。过渡金属氧化物与石墨烯复合后,能够弥补彼此的缺点,具有优异的电化学性能。综述了石墨烯/过渡金属氧化物复合物在锂离子电池负极材料上的应用,并研究了石墨烯加入后对复合材料的性能提升的原因。     

类石墨烯二硫化钼在锂离子电池负极材料中的研究进展

综述了近年来国内外应用于锂离子电池负极材料的类石墨烯MoS2基材料的研究进展。简要介绍了其晶体结构、制备方法、嵌锂反应机理,并详细介绍了2H-MoS2基材料在锂离子电池负极领域的研究进展,包括水热法、硬模板法和溶剂热法制备特殊形貌的2H-MoS2,以及无定形碳、介孔碳分子筛、碳纳米管、石墨烯/2H-MoS2复合材料及高分子聚合物/C/2H-MoS2复合材料的最新研究现状。     

锂离子电池复合负极材料研究进展

将锂离子电池材料尺寸减小到纳米尺度,可减小充放电过程中Li+迁移距离及电极材料的相对膨胀率,是一种有效提升锂离子电池性能的手段。但是,纳米化也会带来导电率低、表面副反应活性高、团聚倾向大等明显缺点。在负极活性材料中引入导电复合相,可以有效提升材料体系的导电性、储锂容量、倍率特性和循环稳定性,是解决现有技术难题的有效突破口之一。对近年锂离子电池负极材料研究方面的主要成果进行了综述,着重关注几种热点负极材料及其新型微结构的设计、实现与性能优化研究。以可控制备工艺为主线,总结了相关的研究成果。     

多孔硅/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

以Al-20Si合金为原料制备多孔硅粉体材料和多孔硅/石墨烯复合材料,并将其用作锂离子电池的负极材料。采用盐酸浸蚀合金的方法制备多孔硅粉体材料,通过借助超声向硅基材料中分别添加不同含量的石墨烯(0,5%,10%,15%,20%,25%)制备多孔硅/石墨烯复合材料。实验结果显示,在多孔硅基材料中添加10%石墨烯的电化学性能最好,首次充放电容量为2 552 mAh/g,最后稳定在540 mAh/g。首次充放电效率为78.5%,循环至第5次后,后续充放电过程中效率维持在98%左右。石墨烯添加量超过10%后。随着添加量的增加性能逐渐下降。石墨烯的加入会使充放电比容量有所降低,但会使硅的循环稳定性增加。     

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池因其质量轻、能量密度较高，迎合了家用电器和通讯设备向小型化、微型化方向发展的需要．锂离子电池能够成功应用的关键在于嵌入与脱出可逆的锂离子负极材料的制备．因此，对负极材料的研究非常重要．主要介绍了锂离子电池的电化学反应原理、一般特性及电池负极材料的最新研究进展．其中，对最新的负极材料——纳米碳管及其它负极材料的研究情况，进行了深入的阐述和分析，同时，也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景．     

锂离子电池硅/碳纳米管/石墨烯自支撑负极材料研究

通过真空驱动自组装法及蒸汽处理得到结构疏松的硅/碳纳米管/石墨烯自支撑负极材料(Si/CNTs/GP)。纳米硅颗粒(50 nm)为活性物质, 均匀分布在石墨烯片层结构中间; 石墨烯作为碳基体, 通过自组装构筑形成二维导电网络; 碳纳米管(CNTs)具有超高导电性和良好的力学强度, 它通过吸附作用均匀分布在石墨烯基体上形成导电的支撑网络结构。经过蒸汽处理后, 石墨烯层间距明显增大, 层与层之间不再是紧密堆叠的结构, 而是形成一种疏松、褶皱、内部空隙丰富的片层结构。Si/CNTs/GP负极材料中丰富的内部空穴和贯穿孔洞, 提供了材料很高的比表面积, 能有效提高电解液对材料的浸润性, 极大缩短了离子传输距离。同时这些内部空穴也有效缓冲硅充放电时的体积膨胀, 提高了材料的结构稳定性和电化学性能。该负极材料在4 A/g的大电流密度下容量维持在600 mAh/g, 表现出良好的大电流循环稳定性能。     

锂离子电池Sn/C复合负极材料的研究进展

具有高理论比容量和低操作电压的锡及其氧化物负极材料,在当前对锂离子电池高能量密度和高功率密度的日益迫切的需求下备受关注。但其在充放电过程中的巨大体积效应导致其循环性能较差,严重阻碍了锡基负极材料的实用化。在改善循环性能的诸多方法中,结合纳米化和微观结构设计来制备纳米结构Sn/C复合负极材料是一种较好的改性思路。按照锡与碳的复合形式,可将其分为表面附着型、核壳包覆型、弥散包覆型等基本构型和其他复杂结构。本文按此分类方法,从制备工艺、微观结构、电化学性能等方面对各种Sn/C复合负极材料的研究进展进行了评述,并提出将各种基本构型相结合来制备具有多级复合纳米结构的Sn/C复合材料,同时简化制备工艺,对于其性能的进一步提升和实用化将具有重要的意义。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

锂离子电池作为一种动力能源, 在电动汽车和各种储能系统中有着良好的应用前景。尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料具有较高的脱嵌锂电位平台、优异的循环稳定性、以及突出的安全性能, 被认为是一种非常有潜力的锂离子电池负极材料, 在锂离子动力电池中具有巨大的发展潜力。然而, 尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂存在着本征导电率低, 理论容量小等缺陷, 极大地限制了其规模化应用, 需要进一步改善和提高。本文总结了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂材料在结构形貌、制备方法和性能方面的研究进展, 深入分析和讨论了离子掺杂、碳表面改性和纳米化等改性方法对尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂综合电化学性能的改善效果, 并展望了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料未来的发展方向。     

Micro-sized and Nano-sized Fe_3O_4 Particles as Anode Materials for Lithium-ion Batteries

Micro-sized(1030.3±178.4 nm) and nano-sized(50.4±8.0 nm) Fe3O4 particles have been fabricated through hydrogen thermal reduction of α-Fe2O3 particles synthesized by means of a hydrothermal process.The morphology and microstructure of the micro-sized and the nano-sized Fe3O4 particles were characterized by X-ray diffraction,field-emission gun scanning electron microscopy,transmission electron microscopy and highresolution electron microscopy.The micro-sized Fe3O4 particles exhibit porous structure,while the nano-sized Fe3O4 particles are solid structure.Their electrochemical performance was also evaluated.The nano-sized solid Fe3O4 particles exhibit gradual capacity fading with initial discharge capacity of 1083.1 mAhg-1 and reversible capacity retention of 32.6% over 50 cycles.Interestingly,the micro-sized porous Fe3O4 particles display very stable capacity-cycling behavior,with initial discharge capacity of 887.5 mAhg-1 and charge capacity of 684.4 mAhg-1 at the 50th cycle.Therefore,77.1% of the reversible capacity can be maintained over 50 cycles.The micro-sized porous Fe3O4 particles with facile synthesis,good cycling performance and high capacity retention are promising candidate as anode materials for high energy-density lithium-ion batteries.     

核壳结构三元锂离子电池正极材料研究进展

核壳结构三元锂离子电池正极材料由高比容量的内核与高稳定性的外壳组成,因其兼具容量高与循环稳定性好等优点,受到研究者与工业界的广泛关注。从三元壳核正极材料的结构类型和制备方法两方面进行综述,并对其商业化应用前景进行了展望和评价。     

锂离子电池负极储锂材料的研究进展

储锂材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一,已成为国际上锂离子电池材料研究领域的热点和重点。综述了锂离子电池负极储锂材料的研究进展,但非简单地重复负极储锂材料发展的全部研究。重点关注了三大类负极储锂材料的电化学特性、储锂机理和主要电化学改性途径,并指出了三类负极储锂材料存在的技术问题和今后的研究方向。     

锂离子电池硅-碳负极材料的研究进展

硅因具有大的比容量,极有希望成为下一代锂离子电池的主要负极材料。硅基负极材料工业化需其具备较高的比容量、良好的循环性能并能够进行工业生产。综述了硅-碳复合材料的研究进展,介绍了各类硅-碳复合物的制备方法、结构和电化学性能,提出制备低成本、性能稳定的硅-碳复合物将成为硅基材料研究的主导方向。