锂专刊高比能锂离子电池的预锂化技术研究进展

由于电动车和电子设备等技术的快速发展,高能量密度锂离子电池的需求不断增加。作为提高电池能量密度的重要措施之一,高比容量负极材料的应用也受到越来越多的关注。然而,高比容量负极材料与传统石墨基材料相比具有较大的初始不可逆容量和较低的循环稳定性,严重影响了电池的能量密度和使用寿命。因此,对于高容量负极的实际应用,迫切需要开发商业上可用的预锂化技术来补偿其初始及循环过程中的不可逆容量损失。本文从电池电极改进的角度系统地总结和分析了各种预锂化方法的优势和挑战,可为锂离子电池的预锂化技术开发和高比能量电池的性能优化提供重要的参考价值。     

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。     

氧化锌作为锂离子电池负极材料的研究进展

氧化锌作为锂离子电池负极材料具有理论比容量高(978 mAh/g),来源广,环境友好和价格便宜等优势,是新一代高效环保的锂离子电池负极材料之一。然而氧化锌电极材料固有的电导率较低,不利于电池大电流充放电。并且在循环充放电过程中,易产生枝晶及周期性应力,导致材料体积膨胀或结构损坏,致使电池的循环性能衰减过快,容量保持率低。本文综述了改善氧化锌电化学性能的两种常用的策略：制备不同维度具有纳米结构的氧化锌电极材料;与碳材料、金属单质和金属氧化物等复合制备氧化锌复合电极,并对该类负极材料进一步研究、应用前景予以展望。     

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。     

硅基负极的研究进展及其产业化

硅基负极材料因其高的比容量成为下一代锂离子电池负极研究的重点。通过概述硅基负极材料的研究进展,针对硅基材料在充放电过程中体积变化大、电池容量衰减快等缺点,从硅源的改性、硅碳复合材料的设计、氧化亚硅材料的改性等方面对其电化学性能进行提升;针对硅基材料的产业化现状及其制约因素,介绍了陕煤研究院在核壳结构硅碳负极材料,包埋结构硅碳负极材料,凹陷结构硅碳负极材料方面的研究进展及其产业化成果,并对硅基材料的研究方向和产业化进展进行了展望。     

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。     

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.     

锂离子电池锡基负极材料的研究进展

介绍锂离子电池锡基负极材料的发展过程,阐述锡基负极材料的储锂机理及影响其储锂性能的因素,综述近年来金属锡、锡的氧化物、锡合金及锡复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,对目前研究中存在的问题进行了分析,并总结了改善其性能的不同方法.最后提出了锂离子电池锡基负极材料的研发思路.     

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...     

一种简单溶剂热法合成海胆状硫化铋用于钾离子电池负极材料

采用简单的溶剂热法合成出一种海胆状的硫化铋材料,用于钾离子电池负极.实验结果表明:该种材料可有效的提高钾电负极材料的循环性能,在电流密度50 mA/g下,容量可以达到279 mA·h/g,经过500圈循环后比容量还能保持84.6%;海胆状的硫化铋由于球体本身都是刺状结构,很大的抑制了钾化/去钾化过程中体积膨胀,其较大的空隙空间和较短的扩散距离也能很好的提高电解液接触面积.海胆状的硫化铋材料为钾离子电池负极提供了一种潜在的负极材料,是一种很有前途的材料.     

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.     

从报废锂离子电池粉碎料中分离正极材料与石墨的工艺研究

本文提出一种从报废锂离子电池正负极混合料中通过优化有氧焙烧-浮选实验条件对正极材料回收的工艺。报废锂离子电池正负极混合料经过有氧焙烧后,通过采用ICP-OES、SEM分析其元素含量以及微观形貌的变化。研究结果表明：电极材料颗粒表面涂覆有机膜的分解和氧化利用有氧焙烧得到解决;我们利用正交试验对浮选分离进行分析,从而得到了其优化后的浮选分离条件为：料浆浓度8%,搅拌速度1600 r/min,药剂量50 g/t,pH值1,通气量0.1 m3/h,得到正极材料的回收率为92.50%。     

Influence of deposition temperature on ionic conductivity of perovskite (Li0.5 La0.5) TiO3 solid state electrolyte thin film

Thin film microbattery is a promising micropower source for its high energy density and good cell performances, and the application of fast lithium ion conducting solids as electrolytes is thus very important. (Li0.5 La0.5 )TiO3 (LLTO) thin film electrolytes for thin film microbattery were prepared onto Pt/Si substrates using magnetron sputtering. As-deposited LLTO thin films showed amorphous-like phases and when deposition temperature increases the ionic conductivity raises accordingly. The ionic conductivity of LLTO thin film reaches 8. 7 × 10-6 S/cm when the deposition temperature is 400℃, which shows that the LLTO thin films deposited by magnetron sputtering are suitable for application as an electrolyte for thin film microbattery.     

原位碳包覆二硫化钼用于锂离子电池负极材料

以木耳为碳源,以钼酸钠、L-半胱氨酸分别为钼源和硫源,采用水热法原位合成一种碳包覆二硫化钼（MoS2@C）复合材料,用于锂离子电池负极材料。通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对样品进行了系统的研究。以锂金属片为对电级,在两电极电池体系中进行电化学性能测试。结果表明:所制备的MoS2@C复合材料具有多孔碳包覆的结构和良好的电化学性能。MoS2@C展示出高的可逆容量（电流密度为0.1 A/g,容量为829.6 mAh/g）,卓越的倍率特性（电流密度为2.0 A/g,容量为538.3 mAh/g）和良好的循环稳定性（电流密度为0.5 A/g时经过200次循环后,放电比容量保持率达94%）。所提出的策略还可进一步推广到其他过渡金属硫化物,用于超级电容器、钠离子电池和钾离子电池等储能领域。     

碱性铝-空气电池铝阳极材料的研究进展

铝-空气电池由于比能量高、绿色环保、经济、充电速率快(机械充电)、阳极材料丰富等优点,已成为新世纪以来最理想的能源电池之一。其中碱性铝-空气电池的开路电压和阳极活性远高于中性盐体系的铝-空气电池,由于碱性铝-空气电池的析氢腐蚀及电池使用过程中铝阳极的极化非常严重,极大地限制了铝-空气电池的发展。从铝-空气电池中铝合金阳极材料中合金元素的影响及相关机理的研究、金属氧化物、杂质元素、后期合金的热处理和晶粒细化等方面对铝合金阳极的电化学性能的影响,综述了碱性铝-空气电池铝合金阳极关于阳极缓释和降低极化的研究和发展现状,并提出了铝-空气电池铝合金阳极的下一步研究方向。