第一性原理在锂离子电池电极材料中的应用研究

在锂离子电池电极材料研究中，第一性原理计算能在理论上协助解释实验结果，为材料的合成和性能改进提供理论依据。目前第一性原理计算在锂离子电池电极材料中的应用主要集中在正极材料磷酸铁锂和层状氧化物LiMO₂(M=Ni, Co, Mn, Al等)材料中，对热门三元材料，特别是三元材料改性前后界面结构变化的研究较少。围绕密度泛函理论，综述了其在电极材料工作电压、电子传导性和离子扩散性、结构稳定性、储锂容量的计算以及热力学性能预测及解释等方面的应用，对较为集中的研究方向的进展进行阐述和总结，为用第一性原理进一步研究LiNi _x Co _y Mn_{1- x - y} O₂复合材料提供借鉴。     

计算机模拟在不同类型离子电池电极材料中的研究进展

高能量密度储能装置的锂硫电池和钠离子电池等新型电池体系正在迅速发展。简要概述了锂离子电池、锂硫电池和钠离子电池的正负极材料,着重就第一性原理、分子动力学、蒙特卡罗及有限元方法在电极材料中的研究进展,以及在材料的晶体结构、电子结构、离子的输运过程、材料中的温度和应力分布以及掺杂改性等方面的应用进行了综述,对计算模拟技术在电极材料中的应用前景进行了展望。这些理论研究成果将有助于加深对材料和电池性能之间关系的理解,并对新电池体系材料的设计和研发具有理论指导意义。     

富镍锂离子电池三元材料NCM的研究进展

锂离子电池作为新能源电池符合时代要求，具有良好的应用前景。电池容量、倍率性能与循环性能是电池性能的重要评价指标，在选取高能量密度电极材料的同时要充分考虑电池结构稳定性及其安全性能，三元材料基于这种思路进行设计。目前，针对电池中锂离子导通率与结构不可逆坍塌问题，通过包覆涂层、离子掺杂等手段改善锂离子电池性能已经常态化，实际需求要求有更有效的改性方法。因此，本文综述了富镍锂离子电池三元材料LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂（NCM424）、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)的研究现状与发展导向，认为简单的单一材料改性已遇到瓶颈，改性方法复合、设计材料多元结构是提升电池性能的一大发展方向；从改性材料的合成和运行路径入手，研究分子水平上的作用机制，建立统一理论模型，通过计算模拟手段设计电极结构，实现锂离子电池突破性的发展。     

三元正极材料结构设计的研究进展

锂离子电池用三元正极材料LiNixCoyM1-x-yO_2(M为Mn或Al)具有比容量高、成本低等优点,已实现商业化应用。然而三元正极材料在安全性能、循环性能、储存性能、加工性能等方面仍存在不足,很多研究结果表明合理的结构设计是改善三元正极材料性能的有效手段。总结了三元正极材料结构设计的研究进展,并对其未来的应用前景进行了展望。     

高比能量富镍三元正极材料的研究进展

便携式电子设备在人类社会中发挥着越来越重要的作用,对高能量密度的电池的研发和性能研究更加迫切。层状富镍三元材料作为具有较高应用前景的高能量密度锂离子电池正极材料受到诸多关注。本文从富镍三元正极材料的结构和协同机理两方面介绍了电极材料的性质,从其失效机理着手介绍了其存在的相关问题,从材料的改性和结构调控等方面介绍富镍三元正极材料的研究进展。最后在此基础上对未来富镍三元正极材料的研究及其应用发展做出展望。     

石墨烯材料在锂离子电池中的应用与前景

石墨烯作为一种新型纳米材料,以其特殊的二维单层延伸碳结构、出色的导电性、导热性、韧性及强度等优异性能,在功能材料、能源等多个领域有着广泛的应用前景。其中石墨烯在锂离子电池电极材料的优化改进方面受到了人们的重视,将石墨烯材料用作电极材料或与其他材料的复合能够在一定程度上发挥优势,对电池性能的提升有一定的效果。本文主要介绍石墨烯材料在锂离子电池中的应用及优势发挥,通过对石墨烯结构、性能的分析,简要地分析总结了石墨烯在锂离子电池正极材料、负极材料等方面的应用,从而分析目前石墨烯材料的优势发挥和重点的研究方向,并对石墨烯在锂离子电池领域的应用前景进行一定的展望,为未来石墨烯电池的制备和发展提供参考。     

第一性原理计算在固态电解质研究中的应用

锂离子电池具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、工作温度范围宽等优点,是目前使用最广泛的移动能源存储装置。使用固态陶瓷材料替换传统的液态有机电解质可以提高锂电池的安全性能。对固态电解质材料进行设计与研究,有助于推动全固态锂电池技术的发展。应用第一性原理计算可以方便地获知材料的微观晶体结构、基态能量、物理化学性质等信息,在固态电解质材料研究领域获得了广泛的应用。对第一性原理计算模拟在锂离子电导率、材料热力学稳定性、动力学稳定性、电化学稳定性方面的应用进行了介绍,对计算模拟今后的重点突破方向做了展望。     

锂离子电池正极材料研究的进展

锂离子电池由于有高能量密度、高输出电压、无记忆效应和无环境污染等优点,得到越来越多的应用。作者简述了锂离子电池的结构和充放电原理,详细介绍了近年来应用于锂离子电池的一些正极材料。并讨论了它们的优缺点及在锂离子电池中的应用前景。指出今后电极材料的研究与开发重点将朝着高比容量、高充放电效率、高循环性能以及低成本方向发展。     

五氧化二钒电极材料的研究新进展

五氧化二钒作为传统锂离子电池电极材料已被广泛研究。近年来对五氧化二钒电极材料性能的改进一直是锂离子电池研究领域的热点与前沿之一。综述了五氧化二钒材料作为锂离子电池电极材料的研究最新进展,从结构与充放电机理、合成方法及复合改性等方面进行了讨论,总结了五氧化二钒电极材料的各种制备、掺杂和复合方式及其对电化学性能的影响,并指出了其作为锂离子电池电极材料的发展趋势。     

湿法回收退役三元锂离子电池有价金属的研究进展

近年来，随着三元体系锂离子电池市场份额的快速增加，退役三元锂离子电池将在未来出现爆发式增长，因此，回收三元锂离子电池电极材料中高价值的钴、镍、锂等有价金属成为电池行业的又一研究热点。本文详述了湿法回收三元电池电极材料有价金属的工艺流程和主要方法，重点介绍了有价金属的浸取方法、金属的分离提取、再合成利用和浸取动力学机理的研究进展，比较了工艺流程中不同处理方法的优缺点。并对回收退役三元电池材料的有价金属作了经济性分析，结果表明，三元电池材料有价金属回收具有可观的经济效益。最后对湿法回收三元电池材料中的有价金属方法进行总结，并简述了未来湿法回收处理方法的重要技术，包括化学纯化、自动化拆解以及完善的分类回收技术等，为未来三元电池材料回收技术发展提供参考。     

锂离子电池三元电极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备方法及其改性研究进展

三元正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)具有较好的安全性能和循环性能,兼顾了其它二元电极材料的诸多优点,成为目前高性能锂离子电池正极材料的研究重点之一,其市场占有率已经超过40%。详细的叙述了近年来国内外对三元正极材料的制备和改性所做的研究,着重介绍了其高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等制备方法及掺杂、包覆改性方法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能影响,以及这些改性方法存在的问题。     

锂离子电池三元正极材料的研究进展

锂离子电池由于其优良的性能而应用范围广泛,因此追求性能更优异的锂离子电池一直是近年来的研究热点。而锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分,所以研发具有高性能的锂离子电池正极材料是当务之急。锂离子电池三元正极材料综合了单一组分的优点,比一元正极材料性能更加优异,是一种具有发展前景的正极材料。对锂离子电池三元正极材料的种类、制备方法及研究方向进行了综述,并对其发展趋势进行了分析和展望。     

锂离子电池钒系正极材料的研究进展

锂离子电池具有很多的优良特性,发展很快并得到了广泛的应用。其中锂离子电池正极材料的研究主要集中在第四周期过渡金属的嵌锂氧化物LiCoO2、Li Ni O2、LiCoxNi1-xO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、Li MnO2、Li Mn2O4、Li Mn2O4、LiFePO4上,近年来,钒系正极材料的研究引起了人们的广泛关注。本文对钒系化合物Li V3O8、V2O5、V6O13、Li V2O4和Li Ni VO4等正极材料的制备方法、结构及电化学性能的研究现状进行了综述。     

碳纳米管在锂离子电池中的应用

如今随着新型电极材料研究的不断加深,该材料在高性能的锂离子电池应用中发挥着巨大作用。因此硅材料由于其独特的性能成为了电极材料的首选,其具备了较高的储锂容量以及较低的储锂地位。但是由于硅在充放电时体积会发生变化,给锂电池的稳定性会造成一定的影响。基于此本文研究分析了具有可控性结构的碳纳米管硅分子复合型材料,因其具有比较优异的综合性能,在新型的锂离子电池中获得较好的应用,解决了锂离子电池的稳定性,为我国锂离子电池的发展起到了很好地促进作用。     

碳包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响

概述了碳材料包覆对动力锂离子电池正极材料LiFePO4、LiNi0．5Mn1．5O4和Li[Nil／3Co1／3Mn1／3】O2电化学性能的影响,综述了不同碳源炭化后形成的碳的特性及对各种电极材料性能的影响,总结了碳包覆动力锂离子电池正极材料的发展方向。     

锂离子电池大电流放电性能研究进展

研究了锂离子电池大电流放电性能。讨论了最新的材料研究进展，分析了锂离子在活性材料中的扩散性能、电极材料粒度分布及粒径大小、比表面积等因素对锂离子电池大电流放电性能的影响。研究了SEI膜及电解液电导率等对锂离子电池大电流放电性能的控制作用。并针对大电流放电锂离子电池提出了电极及电池设计研究方向。     

表面化学反应控制制备多级结构电极材料及性能

超级电容器和锂离子电池等储能设备的研究和开发日益受到人们的关注。对于超级电容器和锂离子电池等储能设备,其电化学性能主要取决于电极材料,因此高效储能材料的制备成为开发高效储能设备的关键。本文主要介绍了多级结构过渡金属氧化物基电极材料的制备及性能,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器和锂离子电池方面的相关工作:基于表面化学反应控制制备多级结构金属氧化物、金属氢氧化物/碳嵌入式纳米杂化物以及多种三维结构的多元复合电极材料,表现出优异的电化学性能。     

锂离子电池三元正极材料(NCM)的材料改性研究

随着当今社会清洁能源以及电子设备领域的发展,人们对电池的性能提出了更高的要求。本文以锂离子三元正极材料为研究对象,从合成方法改进、碳材料包覆、离子掺杂等方面综述了提升电极材料性能的方法。     

锂离子电池纳米正极材料合成方法研究进展

纳米材料具有独特的物理和化学性质。纳米技术的应用为开发高能量和高功率的锂离子电池多元化发展提供了方向,成为锂离子电池电极材料发展的重要途径。本文介绍了纳米级锂离子电池正极材料的各种合成方法及电化学性能,如：固相法喷雾干燥法、微波合成法、溶胶凝胶法、冷冻干燥法等,指出电极材料纳米化应用中的问题并给出建议,展望了纳米正极材料实用化的美好前景。     

锂离子电池正极涂层孔隙结构优化的数值模拟

以磷酸铁锂(LFP)为正极材料的锂离子电池在电子产品、电动汽车等领域应用广泛,但其能量密度仍有待提升以进一步满足不同场景应用需求。锂离子在正极孔隙电解液中的扩散过程是LFP锂离子电池性能的控制因素之一,通过优化电极孔隙结构可以在一定程度上减小锂离子在电解质中的扩散阻力进而提升能量密度。采用准二维模型描述电池内部的传质电化学过程,考察了当锂离子电池正极孔隙存在梯度分布后对锂离子电池能量密度的影响及作用机理。通过对比孔隙率均匀分布和梯度分布的电池模拟结果,发现孔隙率的梯度分布能提高单位活性材料的利用率,提升电解质通量和电极活性材料的嵌锂量,从而增加电池能量密度。随着电极厚度的增加,孔隙率分布的梯度越大,对能量密度的提升效果越显著,研究结果对于厚电极涂层的制备工艺具有重要意义。