锂离子电池炭负极材料的研究——包覆对天然石墨容量衰减的影响

研究了酚醛树脂包覆对天然石墨电化学性能的改善。酚醛树脂热解后形成的包覆石墨首次放电容量达到了460mAh·g-1以上,高于未处理石墨(384mAh·g-1);考察了热处理温度对包覆石墨性能的影响,结果表明在600℃～1000℃的范围内,随着热处理温度的升高,材料的不可逆容量降低,首次充电容量和循环效率提高;循环20周以后包覆石墨的容量仍保持在330mAh·g-1以上,而未处理石墨的容量则降低到300mAh·g-1以下,说明酚醛树脂包覆对抑制石墨的容量衰减有明显的作用。     

石墨基锂离子电池负极材料研究进展

石墨材料因具有稳定性高、导电性好、来源广等优点,被认为是目前较为理想的锂电池负极材料。但天然石墨负极比容量及倍率性能不能满足高性能负极材料的需要,为解决这一问题,研究者们对其进行了一系列的改性研究。本文从石墨负极的改性方法阐述了锂离子电池石墨负极材料的研究进展,并指出了各种改性方法的优缺点,认为通过多种方法协同改性,是综合提高石墨负极材料的有效方法。     

碳纳米管用作锂离子电池负极材料的研究进展

简要概述了碳纳米管的结构、嵌锂机理；通过对比分析，综述了碳纳米管的电化学性能，指出了其作为锂离子电池负极材料的优点与不足；详细介绍了作为负极材料的碳纳米管改性修饰方法及碳纳米管复合材料研究现状；并根据碳纳米管及其复合材料的各种特征和综合分析，指出了其作为一种储能材料的发展方向。     

锂离子电池中电解液与石墨类负极活性材料的相容性

选择了一种具有良好贮锂结构的人造石墨试样作为锂离子电池负极活性材料，考察了它在六种不同电解液中的恒电流充、放电性能和循环伏安特性，采用傅立叶变换红外光谱分析了不同电解液在试样颗粒表面发生还原反应时所形成的固体电解质中间相膜的成份和含量。据此得出的结论是：电解液与石墨类负极活性材料能否相容的问题，实质上就是所选定的电解液能否与其颗粒表面发生缓和的还原反应、生成薄而致密的只允许锂离子通过的固体电解质中间相膜。     

锂离子电池纳米负极材料的研究和开发

锂离子电池近几年发展非常迅速，纳米材料和纳米技术也应用于锂离子电池中。本文综述纳米材料(主要包括纳米金属及纳米合金、纳米氧化物、碳纳米管、具有纳米孔结构的无定形碳材料和天然石墨等)在负极材料方面的最新研发情况。纳米材料的特有性能使其可逆容量高于目前商品化的负极材料，但纳米合金负极材料的产业化还有待于进一步的研究。特别是循环稳定性；碳纳米管的制备和纯化成本过高，不宜产业化，同时理论方面有待于进一步研究，以提高其电化学性能；具有纳米孔的无定形碳材料制备温度低，容量也较高，但是对于产业化而言，循环性能和电压滞后现象有待于进一步的改进；具有纳米孔的天然石墨负极材料不仅容量高、制备比较简单、成本低，而且具有良好的循环性能，可望达到产业化要求。     

酚醛树脂炭/石墨复合炭材料用作锂离子电池负极材料的考察

用不同的方法在石墨的表面包覆上一层酚醛树脂,然后在Ｎ２保护下１０００℃炭化１ｈ制得复合炭材料,并用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对其表面物理形态进行观察分析,研究了复合炭材料的恒电流充放电性能。包覆在石墨表面的具有无定形结构的酚醛树脂炭能够有效阻止石墨在充放电过程中发生层状剥落,从而提高复合炭材料的循环稳定性,其中通过常常法制香的复合炭材料（ＣＰＧ－３０）在十次循环后可逆容量为３２６ｍＡｈ．ｇ＾－１,比     

锂离子电池负极材料用针状焦的石墨化机理及其储锂行为

通过考察煤系针状焦在700~2800℃热处理过程中石墨微晶结构的变化规律及其电化学性能, 并结合TG-DTG、XRD、SEM、XPS表征方法以及充放电、循环伏安曲线特征, 分析了针状焦的石墨化机理及其储锂机制. 研究结果表明, 随热处理温度的升高, 针状焦的类石墨微晶在不断长大的同时, 还存在微晶在径/轴向的排列、石墨层间位错线的消失、晶界间C-C六圆环的形成、晶界的消失以及石墨层“褶皱”的平面化等复杂过程, 且每个过程的驱动力不同. 针状焦经过2800℃石墨化后, 可获得较低的Li⁺充放电电位和稳定的充放电平台, 且反复充放电40次后的有效嵌锂容量为305mAh/g.     

有机物热解碳包覆人造石墨负极材料的改性研究

采用溶胶-凝胶法在人造石墨表面包覆不同有机物碳源后进行热处理,制备了具有"核-壳"结构的热解无定形碳包覆人造石墨改性负极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电以及循环伏安(CV)测试等方法研究了碳源种类和包覆量对材料晶格结构、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果表明,以聚偏氟乙烯(PVDF)作为碳源、5%(质量分数)的包覆量制备的材料具有较高的可逆比容量(约360mAh/g)和首次库仑效率(88.5%),表现出优异的倍率性能和循环稳定性。这主要是由于5%(质量分数)的PVDF包覆量在石墨表面形成的无定形碳包覆层比较完整且厚度适宜,无定形碳的各向同性结构特征增加了锂离子扩散的通道,促进了电极反应过程的进行。     

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。     

沥青炭包覆微晶石墨用作锂离子电池负极材料的研究

针对微晶石墨振实密度低和首次库仑效率低的缺点,采用真空浸渍-炭化工艺对微晶石墨进行沥青炭包覆改性,利用XRD、拉曼光谱和SEM等分析了炭包覆前后微晶石墨的结构和表面形貌,利用比表面测试仪测试了样品的BET比表面积,利用振实密度仪测定振实密度,并通过恒电流充放电和循环伏安等测试了样品的电化学性能。结果表明,炭包覆后微晶石墨的石墨化度略有降低,拉曼R值由0.63增大至0.85;颗粒表面更光滑平整,BET比表面积降低0.9m2/g,振实密度从0.95g/cm3提高至1.08g/cm3;不可逆容量损失从121mAh/g减小到44mAh/g,可逆容量从300mAh/g提高到320mAh/g,首次库仑效率从71.2%提高到87.4%,而且循环性能得到明显改善。     

纳米碳颗粒作为锂离子电池负极材料的研究

石墨化碳具有充放电容量高、循环性能稳定等特点,是最有商业应用价值的锂离子电池负极材料之一,所以改性的碳负极材料一直是研究的重点.用TEM,HRTEM对用电弧放电法制备的纳米碳颗粒进行结构表征,并将其用作锂离子电池负极材料研究其电化学性能.研究结果表明,纳米碳颗粒负极具有较高的初次充电容量,达到了710mAh/g.但是初次放电效率低,不可逆容量损失大,在锂离子电池应用上还存在很多缺陷.必须对其加以改善使之成为一种较好的锂离子电池负极材料.     

苯甲酸钠改性石墨作为锂离子电池负极材料的性能

将不同浓度的苯甲酸钠改性的石墨电极作为锂离子电池的负极备用材料,并使用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学方法表征电池的性能.结果表明,与初始的石墨电极相比,被改性后的石墨电极表现出更好的循环效率和稳定性,且在0.5C条件下,首次的充放电比容量分别为293.9mAh/g和326.4 mAh/g.主要原因是改性后的石墨电极的表面形成的SEI膜能有效抑制石墨材料的膨胀,并且更有利于锂离子的迁移.同时,采用量子化学方法计算了溶剂分子和苯甲酸钠的最低空轨道和最高占据轨道能量值.结合电化学表征和量子计算结果,苯甲酸钠改性石墨电极的最佳浓度为1.0％.此外,还研究了最佳浓度改性石墨电极的高温性能.     

锂离子电池石墨负极微结构数值重建及特征化分析

实际锂离子电池石墨负极由鳞片状石墨层叠而成, 具有明显的各向异性。本文基于椭球颗粒的模拟退火法对其进行三维微结构数值重建。重建微结构乃三相(孔或电解液、石墨和固体添加物)复合结构, 很好地再现了实际电极各向异性特征。对重构电极进行特征化分析, 得到了电极内固/孔相的连通率、比表面积以及孔径分布等信息; 发现石墨颗粒尺寸对电极特性有重要的影响: 椭球形石墨颗粒尺寸越大, 则重建微结构的平均孔径越大, 比表面积越小; 相对于赤道半径, 椭球颗粒的极半径对重建电极特性的影响更为明显。     

锂离子二次电池负极材料的发展

综述了锂离子二次电池负极材料的研究和进展。介绍了石墨,改性石墨,焦炭,热解炭和纳米级碳材料的研究,比较了各类碳材料的性质。也对锡基材料做了介绍,包括锡的氧化物,锡的复合氧化物和锡盐。同时还概述了其它的一些可以作为锂离子二次电池的负极材料。     

Mesoporous Carbon-Tin Nanocomposites as Anode Materials for Li-ion Battery

A new mesoporous carbon-tin （MC-Sn） nanocomposite has been successfully prepared via a two-step method. From the transmission electron microscopy （TEM） observations, the tin nanoparticles were decorated on the as-prepared mesoporous carbons. The mesoprous structure of the carbon can effectively buffer the volume changes during the Li-Sn alloying and de-alloying cycles. The as-prepared MC/Sn nanocomposite electrodes exhibited extremely good cycling stability, with the specific capacity of Sn in the composite electrode calculated to be 959.7 mAh-g-1, which amounts to an impressive 90.9% of the theoretical value （990 mAh-g-1）. The reversible capacity after 200 cycles is 96.1% of the first cycle reversible capacity, i.e., the capacity fade rate is only 0.0195% per cycle, which is even better than that of commercial graphite-based anodes.     

Asymmetric Swelling Behaviors of High-Energy-Density Lithium-Ion Batteries with a SiOx/Graphite Composite Anode

The battery swelling originated from the electrode swelling is a big obstacle for the practical application of high-energy-density lithium-ion batteries (HED-LIBs). Herein, the HED-LIBs are constructed by SiO_x/graphite composite anode and LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811) cathode and their swelling behaviors are investigated at the cell, electrode, and particle scales. there are three expansion stages during the charging while one expansion followed by two contraction stages during the discharging process. The expansion ratio is in direct proportion to the ratio of SiO_x content and about 10 times larger than that of the cathode. A 100 nm thick double-layer solid electrolyte interface, comprises LiF, Li₂O, and Li₂CO₃, forms on the surface of the SiO_x particles, and evolves into a 300 nm thick triple-layer after cycling. The performance degradation of HED-LIBs is associated with the expansion of anodes, increase in resistance, and consumption of Li in the anodes during cycling. This study is expected to guide the future selection and design of HED-LIBs and battery packs.     

锂离子电磁纳米合金负极材料的研究进展

综述了锂离子电池纳米合金负极材料的研究进展。讨论了该类材料的电化学性能、制备工艺及发展前景。     

废人造石墨用作锂电池负极的表面氧化成膜改性

废人造石墨在室温下经30%的双氧水氧化, 真空干燥后进一步用LiOH浸渍处理或与Li₂CO₃共混后在N₂保护下升温处理, 在人造石墨表面形成类SEI膜用作锂离子电池的负极材料. X射线衍射和X射线光电子能谱测试分析表明, 表面氧化成膜处理使得人造石墨表面形成以Li₂CO₃为主要成分的膜层, 石墨颗粒表面的氧含量增加, 含氧官能团增多. 样品的充放电测试结果表明: 氧化成膜样品的放电容量均超过323mAh/g, 均大于处理前的255.5 mAh/g, 前50次循环的可逆放电容量基本没有衰减, 仍保持在317mAh/g以上, 说明氧化成膜处理有利于减少形成SEI膜时锂离子的消耗, 抑制溶剂和电解质的分解, 充放电效率提高.     

Potassium‐Based Dual Ion Battery with Dual‐Graphite Electrode

A potassium ion battery has potential applications for large scale electric energy storage systems due to the abundance and low cost of potassium resources. Dual graphite batteries, with graphite as both anode and cathode, eliminate the use of transition metal compounds and greatly lower the overall cost. Herein, combining the merits of the potassium ion battery and dual graphite battery, a potassium‐based dual ion battery with dual‐graphite electrode is developed. It delivers a reversible capacity of 62 mA h g^?1 and medium discharge voltage of ≈3.96 V. The intercalation/deintercalation mechanism of K⁺ and PF₆^? into/from graphite is proposed and discussed in detail, with various characterizations to support.