金属锂电极的原位物理表征CSCD

伴随着人们对储能设备需求的不断提高,开发高能量密度的二次电池引发了广泛的关注。金属锂以其低密度、高理论比容量、最低的还原电势等优势成为了高性能二次电池负极材料的首选。然而金属锂负极在应用于锂二次电池时最大挑战是安全性和循环稳定性问题。金属锂沉积过程中易形成枝晶,锂枝晶的形成和持续生长将导致电池内部短路,枝晶断裂形成死锂导致不可逆容量增大,循环稳定性降低。进入20世纪90年代以后,观测和测试技术的进步不仅将人们的视线扩展到了锂枝晶现场生长层面,而且为锂枝晶的调控提供了有效途径。通过物理表征金属锂电板,探究锂枝晶生长行为,从而研究其生长机理与影响因素,有助于提出新的方法来提高金属锂电极的安全性、利用率和循环寿命。本文综述了近年来金属锂电极物理观测方面的研究进展,总结了现有的物理表征手段,对锂金属枝晶物理表征下一步发展进行了展望。     

钠离子电池正极材料研究进展

钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,却有着更低的成本和更高的安全性。在钠离子电池中,正极材料的研究尤为重要。本文对现有的钠离子电池正极材料进行了系统性的归纳,首先介绍了各类正极材料的结构和电化学特性,基于此分析目前钠离子电池正极材料面临的两个主要制约因素：一是钠离子半径大,充放电过程中对材料结构的影响大,导致容量衰减迅速;二是动力学过程慢,导致其倍率性能差。在此基础上归纳了现有的各类钠离子电池正极材料的改性方法如掺杂、包覆等。总结了材料改性及改善材料电化学性能的方法以及应用在现有材料中时所获得的效果,基于此为未来的钠离子电池正极材料及其改性研究提供了基础。     

球磨法制备锂金属氮化物及电化学性能研究

采用高能球磨法制备了锂离子电池负极材料锂金属氮化物Li_3-xM_xN(M=Co,Cu等)。制备的锂金属氮化物具有较高的电化学活性和充放电可逆性,可以用作锂离子电池的高容量负极材料。所制备的Li_2.6Co_0.4N前10次循环的脱嵌锂容量高达880mAh·g^-1。Li_2.6Co_0.2Cu_0.2N最初几个循环的脱嵌锂容量为750mAh·g^-1,45次充放电循环后的容量保持率为80％。Li_2.6Co_0.2Fe_0.2N是含有Li_2.6Co_0.4N的两相或多相混合物,40次充放电循环后脱锂容量为560mAh·g^-1,相对第二次脱锂容量的保持率为82％。     

锂离子电池高容量硅负极嵌锂过程中的表面成膜研究

采用交流阻抗法、EDS与XPS成分分析对锂离子电池高容量硅负极在首次嵌锂过程中的表面成膜行为进行了研究, 并对膜组分进行了详细测试与分析. 交流阻抗分析发现硅负极的表面成膜现象出现在较低的嵌锂电位下, 膜厚随着嵌锂过程的进行而增加, 其组分以LiF和Li₂CO₃为主. 通过Ar离子流对硅负极表面的深度刻蚀的XPS分析发现, 其表面的膜层为非均质层, 暴露于电解液中一侧的膜层组分中碳酸盐含量较高, 而随着深度的增加, LiF的相对含量增加, 靠近电极一侧的膜层可能存在着少量硅的氧化物及其与电解液的反应产物. 少量Si由于不可逆反应形成的化合物也存在于SEI膜的膜层中.     

锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究

锂离子电池用高容量负极材料普遍存在首次不可逆容量高、循环性能差等问题. 本文采用高温固相法制备了硅铝/碳锂离子电池负极材料, 制备出的复合负极材料的比容量远高于目前锂离子电池普遍使用的中间相碳微球, 循环寿命则优于同粒度的硅单体为活性中心的硅碳复合材料. Al引入Si/C复合材料中, 有效抑制了材料的首次嵌锂深度,且减缓了电压滞后现象. 制备的复合负极材料首次可逆容量达到600mAh/g, 首次充放电效率在85\%以上, 25次循环后容量仍保持90%以上.