锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅基材料作为锂离子负极材料具有很高的比容量,成为锂离子电池负极材料的研究重点。然而硅在充放电过程中体积变化较大,引起电池容量的快速衰减,从而导致电池循环性能变差。不同方式复合的硅基复合材料被大量地开发出来,以提高纯硅的循环性能,从硅/金属复合材料、硅/碳复合材料、硅薄膜材料及纳米结构的硅材料四个方面对硅基负极材料的制备方法、电化学性能及其研究现状进行综述,分析硅材料作为锂离子电池负极材料存在的问题,讨论硅材料作为锂离子电池负极材料的研究前景。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

负极材料是近年来锂离子电池的研究重点之一 ,硅材料及含硅材料由于具有比容量大等优点 ,引起了关注。主要介绍了近来硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的研究现状 ,包括硅单质、硅的氧化物以及硅的金属和其他非金属化合物 ;分析了硅材料作为锂离子电池负极材料存在的问题 ;讨论了硅材料作为锂离子电池负极材料的研究前景     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

锂离子二次电池是迄今发展最为迅速的化学电源之一,并以其特有的优点如循环性能好、自放电小及库仑效率高等成为人们研究的热点,提高锂离子电池电化学性能的关键是选取性能良好的正负极材料。硅基材料作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,但硅负极在充放电过程时体积变化巨大和电导率低限制了其应用。目前,改善硅材料性能的方法主要有:材料纳米化、结构特殊化以及复合化。对锂离子电池硅基负极材料改性方法的最新研究进展进行了综述,并展望了硅基负极材料的应用前景。     

锂离子电池硅基负极材料改性研究进展

锂离子电池硅基负极材料由于理论容量较高(4200 mAh/g),成为最具吸引力的新一代负极材料.然而,硅在充放电过程中体积变化较大,引起电池容量的快速衰减,从而导致电池的循环性能变差.为解决此问题,表面处理、多相掺杂、形成硅化物等方法被用来改善硅基负极材料的电化学性能.综述了以上方法对硅基负极材料改性研究的最新进展,并对各种改性方法进行了简单的评述.     

硅/碳复合负极材料在18650型锂离子电池中的应用

在研究硅/碳复合负极材料和人造石墨负极材料混合负极的比容量与电极膨胀率之间的变化关系的基础上,通过配方优化,成功制作了硅/碳复合负极材料与人造石墨负极材料混合负极的18650型锂离子电池。采用扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗频谱(EIS)等技术,分析了循环前后负极的变化,研究了氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂对电池性能的影响。结果表明:FEC加入量较高时,可与硅负极材料形成更加稳定的SEI膜,抑制负极材料的粉化,电池180次循环后,容量保持率达到71.3%,循环性能得到显著提高。     

酸化的硅铁合金基锂离子电池负极材料的研究

为了改善锂离子在硅基负极材料中脱嵌过程中对硅材料造成的体积效应,提高其电化学性能,将硅铁合金作为负极材料时进行了酸化处理,并就粘结剂的用量对负极材料的影响进行研究。结果表明,酸化后的负极材料呈现孔洞结构,这就给锂离子脱嵌时发生的体积膨胀预留了空间,且当粘结剂含量为20%时,负极浆料呈现出均匀稳定的分散结构,首次放电比容量达到2 600 mAh/g,循环100圈后,库仑效率仍保持在97%左右。     

羧甲基纤维钠在硅基锂离子电池中的应用

硅基负极材料的理论比容量远高于目前其他所有的负极材料,但由于自身体积效应导致锂离子电池循环性能降低,从而限制了其实际应用。除了从改性负极材料入手外,粘结剂的选取和改性成了改善硅基负极锂离子电池电化学性能的有效途径之一。水基羧甲基纤维素钠(CMC)是目前在硅基负极锂离子电池中研究较多的一种粘结剂。对羧甲基纤维素钠(CMC)在硅基锂离子电池中的作用机理及主要工作进行了综述。     

锂离子电池用硅基材料的研究进展

锂离子电池硅基负极材料以其较高的理论比容量(4 200 mAh/g),成为最具吸引力的新一代负极材料。但硅基负极材料较差的循环性能和较大的首次不可逆容量损失导致其商业化应用受到限制。研究者采取了各种方法来克服硅基材料在嵌脱锂过程中较大的体积变化对电极结构的破坏,从而获得了较好的容量保持率和循环性能,其中包括纳米化、复合化和薄膜化等材料体系的改性,选择不同的粘接剂、导电剂等电极制备方法的改进,以及选择不同电解液和控制电压窗口等电池实际应用方面的措施。主要介绍了近年来硅基负极改性方法方面的研究进展,探讨了硅基材料应用中的问题及可能的解决方法。     

纳米硅材料在锂离子电池方面的应用研究

硅的理论比容量高达4 200 mAh/g,并且来源广泛、价格低廉,是高容量锂离子电池理想的负极材料之一。从硅材料形貌的角度对硅纳米颗粒、硅纳米管、硅纳米线等材料的研究进行了综述,重点对一维纳米硅材料进行了介绍,并展望了纳米硅材料在锂离子电池中的应用前景。     

锂离子电池硅基薄膜负极材料的研究进展

作为锂离子电池材料,硅基材料有优于碳材料、钛酸锂材料以及锡基材料的理论比容量,成为锂离子电池负极材料研究的一大热点。由于硅基材料存在较大的体积效应,阻碍了硅基材料的商业化。综述了近几年来锂离子电池硅基薄膜材料的研究进展,分析了此类材料的优缺点,展望了硅基薄膜材料的发展方向。     

锂离子蓄电池高容量硅基负极材料研究进展

硅基材料是新一代高容量锂离子蓄电池负极材料的典型代表,近年来已成为理论研究和应用研究的热点之一。综述了单质硅、硅-金属合金以及硅-碳复合材料作锂离子蓄电池负极材料最新研究成果,并对其今后研究和应用前景作了展望。纳米级硅薄膜具有大于3500mAh/g的超高可逆容量,有望用于微型锂离子蓄电池;硅-金属合金材料的研究正在由单相搀杂向多相搀杂的方向转移;而硅-碳复合材料能有效抑制硅的体积变化,在发挥高放电容量的同时能保持良好的循环特性,很有可能成为规模化生产的新一代负极材料。     

锂离子电池硅基负极材料的研发进展

聚焦几类锂离子电池硅基负极材料的研发进展,主要是硅/石墨、硅/碳纳米管、硅/碳纳米线、硅/石墨烯、三维多孔硅复合材料的储锂性能及机理;探讨锂离子电池硅基负极材料目前存在的首效低和安全性不足等问题及掺杂和材料复合等解决途径;展望发展高性能、低成本新型硅基负极材料的研发方向.     

锂离子电池硅基负极材料的研究进展

电动汽车和先进电子设备对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求.硅的理论比容量能够达到4 200 mAh/g,被认为是一种很有前景的锂离子电池负极材料.但是,硅在充放电过程中巨大的体积变化(＞300％)导致容量迅速衰减.近年来,研究者们采用不同方法改善了其循环性能,主要有:制备硅基复合材料;制备特殊形貌的硅基材料;选用更加合适的粘结剂、电解液、集流体和控制电压窗口.对这些方法进行了概述,并展望了硅作为高能量密度锂离子电池负极材料的应用前景.     

硅碳复合负极材料的制备及其性能

分别采用乳化沥青和固体粉末沥青为包覆剂制备了硅碳锂离子电池负极材料,对材料进行了XRD、SEM表征,以及进行了循环伏安法等测试。使用乳化沥青为包覆剂制备的硅碳复合负极材料为类球状,形貌规整,首次容量为522mAh/g,效率达88.8%,循环10次后平均每周容量衰减1.6mAh/g。使用固体粉末沥青为包覆剂制备的硅碳负极材料为无规则形状,首次容量为480mAh/g,首次库伦效率为87.9%,循环10次后平均每周容量衰减1.9mAh/g。使用乳化沥青为包覆剂整体性能要好于使用固体粉末沥青为包覆剂制备的硅碳复合负极材料。     

LiCoO2-SiO/石墨锂离子电池循环衰减机理研究

研究了LiCoO₂正极和氧化亚硅/石墨复合负极（LiCoO₂-SiO/石墨）软包锂离子电池体系（LIBs）循环衰减机理,通过循环过程中电化学阻抗（EIS）、增量容量分析（ICA）、正负极形貌等分析了循环的影响因素。结果表明,硅基负极材料在完全嵌锂状态下的体积膨胀不仅会导致SiO负极的颗粒破碎,与电解液的副反应加剧,其膨胀应力还会造成电极的导电网络和粘结剂网络的破损,从而导致正负极活性物质利用率降低,降低SiO负极材料的循环性能。此外,SiO负极的充放电电压平台较高,与石墨材料复合使用时,容易造成电池正极的过充和放电容量损失,正极过充会加剧正极材料结构破裂。而随着循环的进行,过充程度和放电容量损失会愈发严重,加速电池循环性能衰减。     

锂离子电池硅基负极粘结剂研究进展

由于硅在地壳中含量丰富且具有较高的理论比容量,成为近年来新一代高能量密度锂离子电池负极材料的研究热点。然而,硅在循环过程中会产生巨大的体积变化,会导致电极粉化脱落,容量快速衰减,限制了硅在锂离子电池中良好性能的发挥。虽然改性的硅基材料可以有效地缓解体积变化所产生的机械应变,但硅固有的体积变化效应是始终存在的,一种合适的粘结剂对于保持电极结构的完整性起到至关重要的作用。本文主要综述了近年来硅基负极粘结剂的研究进展,总结了合成类聚合物粘结剂、生物质聚合物粘结剂和导电聚合物粘结剂在硅基负极中的应用和性能特点,为今后在粘结剂的选择和设计上提供了重要的研究思路。     

锂离子电池磷负极材料的研究进展

磷因兼具高储锂容量和高倍率性能的优点而被认为是一种具有巨大发展潜力的锂离子电池负极材料。综述了锂离子电池磷和磷/碳复合负极材料的研究进展。主要介绍了黑磷的基本结构性质,制备方法及其作为锂离子电极材料的综合电化学性能,并对目前存在的一些问题和亟待进行的研究工作进行了分析。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅基负极材料由于具有理论比容量高等优点,有望成为替代商业化石墨或碳负极的材料.然而,在充放电循环过程中,容量迅速衰减阻碍了硅负极在商业上的使用.主要介绍了近年来硅基负极材料(硅单质、硅氧化物、硅复合物以及采用不同的粘结剂)的研究进展,阐述了硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究前景.     

碳化钼/纳米硅/碳复合微球的制备及其储锂性能

石墨负极材料是现在商业化应用最广泛的负极材料。但是商业化石墨负极比容量较低,难以满足现在所需求的高能量密度电池。因此,需要开发新一代高能量密度负极材料。以盐酸多巴胺、钼酸铵、纳米二氧化硅为原料,通过溶液自组装法制备微米球前驱体,后经碳化、镁热还原获得碳化钼复合碳包覆纳米硅(Si@α-MoC_1-x/C)微米球结构,其中α-MoC_1-x原位生成于碳壳层中,二氧化硅还原的硅颗粒稳固结合在壳层之内。纳米硅的引入大大提高了α-MoC_1-x/C复合负极的比容量,同时α-MoC_1-x碳壳层作为保护层,避免电解液与纳米硅直接接触、缓解纳米硅嵌锂后的体积膨胀。产物Si@α-MoC_1-x/C表现良好的循环性能和倍率性能,在200 mA/g电流密度下循环150圈后容量保持率为63.1%(498 mAh/g)。     

锂离子电池负极材料——树脂包覆石墨的性能

石墨作为锂离子电池的负极材料具有高的脱嵌锂容量及平坦且低的（相对于锂金属）电压特性,但也存在一些问题,如在高倍率充放电性能及与电解质的相容性方面。本工作制备并研究了环氧树脂包覆石墨制备的复合碳材料。当用这种复合碳材料作为锂离子电池的负极时,它的无序结构的焦炭壳层防止了石墨核心材料在插锂过程中的剥落现象,改进了锂离子在阳极材料中的扩散性能。这种材料与石墨相比,不仅保留了石墨具有较高的插锂容量的特性,并且大大改进了其与电解质溶液的相容性和动力学性能,当这种复合碳材料用１Ｃ充放电时,仍保持有２００ｍＡｈ／ｇ的容量。