金属铋纳米颗粒原位修饰碳纳米管促进锂均匀沉积

锂金属具有高理论比容量和低电化学电位,是发展高能量密度电池最有吸引力的负极材料之一。然而,锂金属负极在反复的沉积/剥离过程中,不可避免地会出现不规则的锂枝晶生长,这将严重影响锂金属电池的循环寿命和使用安全性。本研究发展了一种简单温和的策略,在碳纳米管上原位修饰铋纳米颗粒,并涂覆在商业铜箔表面用作锂金属负极的集流体。研究表明,原位修饰的铋纳米颗粒可显著促进锂均匀沉积,抑制锂枝晶生长,从而提高锂金属电池的电化学性能。在电流密度为1 mA·cm^–2的条件下,基于Bi@CNT/Cu集流体的锂铜电池循环300圈后库仑效率可稳定在98%。基于Li@Bi@CNT/Cu负极的对称电池可稳定循环1000 h。基于Bi@CNT/Cu集流体的磷酸铁锂(LFP)全电池也获得了优异的电化学性能,在1C(170m A·g^–1)倍率下可稳定循环700圈。本研究为抑制锂金属负极枝晶生长提供了新的思路。     

锂离子电池负极材料钛系嵌入化合物的研究进展

二硫化钛、二氧化钛、钛酸锂等化合物嵌锂电位较高、比容量高、结构稳定,用作锂离子电池负极材料具有安全可靠、循环寿命长、成本低廉等优势。对该类高性能负极材料的晶体结构、嵌锂机理、电化学性能、制备方法和应用研究等进行了综述。     

电池集流体材料的研发与应用

电池集流体是承载电池正、负极的导体材料，目前锂离子电池的正负极集流体分别为铝箔和铜箔。在市场需求的推动下，新型集流体材料的研发与应用层出不穷。除传统金属箔外，多孔金属、金属纤维、层状复合金属、非金属导电材料等也被广泛研究。其中，以聚合物薄膜为基材，表面沉积铜、铝导电层的三明治结构复合箔，在提升电池安全性、减重、提升能量密度方面具有相对优势，受到关注；该材料在通讯领域、印刷电路板(PCB)以及柔性覆铜板(FCCL)市场，也有广泛的应用前景。     

锂离子电池SiO2负极材料的改性研究进展

SiO₂因理论比容量高(1 965 mAh·g^-1)、循环稳定性好、丰度高和低成本等特点,被认为是一种具有前景的绿色锂离子负极材料。实际上当SiO₂作为锂电池的负极材料时,由于其Si-O之间的键能大,对Li⁺表现出惰性而没有展现出良好的电化学性能。然而,通过对它进行表面修饰或构造3D纳米结构,则表现出对锂的活性。为了进一步了解这一负极材料,综述了SiO₂作为锂离子负极材料的锂化反应机理,并从尺寸大小、结构、与金属氧化物复合以及表面改性等方面讨论其电化学性能。最后,提出了SiO₂作为负极材料的挑战和工作展望。     

碳纳米管多微孔集流体对氧化锡锂离子电池性能的影响

以纸纤维为基体,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,采用真空抽滤法制得多微孔结构的导电纸。将MWCNTs导电纸作为负极集流体代替铜箔应用于氧化锡锂离子电池。采用场发射扫描电镜(SEM)进行表征。SEM显示,Sn O2均匀地分布在MWCNTs构建的三维导电网络的孔隙中。对循环后的MWCNTs导电纸负载Sn O2极片进行EDS元素分析,结果表明,三维多微孔集流体能充分均匀吸附Sn O2浆料,从而保证基体材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学测试表明,MWCNTs导电纸作为负极材料Sn O2的集流体能够有效改善电池性能。在100 m A/g电流密度放电时,60次循环后比容量为580 m Ah/g,逐渐增大电流密度时电池比容量下降较为平缓,库伦效率保持在97%以上。     

超声电沉积锡基碳纳米管复合材料制备工艺研究

采用了超声电沉积工艺制备了锡基碳纳米管复合材料,作为锂离子电池负极,研究其电化学性能.采用了正交实验研究了电沉积操作条件对材料电化学性能的影响,并依据实验结果给出了初步的解释,同时总结出最佳电沉积操作条件,在此基础上,制备出了性能最优的锂离子电池锡基碳纳米管复合材料负极.     

硅基锂离子电池负极材料的容量衰减及改进研究

硅材料的比容量(Li15Si4,3590mAh/g)是已商用化的石墨负极(LiC6,372mAh/g)的10倍,硅负极的商业化可有效提高单体电芯的容量,已成为当前研究热点。然而,由于硅负极材料在充放电循环时存在400%的体积膨胀,容易导致电极材料粉化开裂而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固体电解质相界面膜(SEI膜),最终导致电化学性能的恶化。本研究从硅负极材料的储锂机理出发,提出硅负极材料锂化/脱锂化产生的体积膨胀效应导致的粉化开裂和SEI膜不稳定问题的最新调控方法和研究方向,为硅负极材料的研究应用提供支持。     

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。     

纳米管协同碳纳米管导电纸对石墨负极性能的影响

以碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes)为导电剂,协同以碳纳米管和纸纤维复合成的CNTs导电纸为集流体,对石墨负极进行电化学改性。石墨化处理碳纳米管作为负极的添加相,采用XRD、SEM和TGA对其分析。结果表明,对比单纯的石墨/铜箔负极,掺杂0.8%(质量分数)石墨化碳纳米管的石墨/铜箔负极,电池比容量由304mAh/g变为308mAh/g,相差不大,但循环效率由86%升至92%;使用CNTs导电纸做集流体时,掺杂0.8%(质量分数)石墨化碳纳米管的石墨/CNTs导电纸负极,比容量由308mAh/g升至401mAh/g,提高30%,循环效率由92%升至95%,提高3%。说明碳纳米管协同CNTs导电纸对石墨负极具有积极的改性意义。     

可充镁电池负极与电解液相容性的研究进展

金属镁具有较高的理论体积比容量(3 833 mAh·cm^-3)和较低的还原电位(-2.37 V vs.SHE),其作为镁电池负极具有能量密度高、安全性好且成本较低等优点。因此，可充镁电池是极具发展前景的新型二次电池体系。然而，可充镁电池的金属镁负极在充放电过程中易与电解液发生反应，形成阻碍Mg²⁺可逆沉积/溶解的致密钝化膜，导致较大的极化与较低的库伦效率；此外，镁负极与常规电解液的反应也会限制一些高性能正极材料的应用。本文围绕可充镁电池负极与电解液之间的相容性问题，总结了可充镁电池中负极材料及其界面调控方法等方面的研究进展，介绍了合金化负极材料与纳米/插层负极材料对改善可充镁电池循环性能的重要作用，并重点介绍了人工电解质界面膜和固态电解质对解决金属镁负极与电解液相容性问题的作用。此外，本文还从减少电解液副反应和调控钝化膜的角度，对提升可充镁电池负极与电解液相容性的研究重点与目标进行了总结和展望。     

锂离子电池用石墨类负极材料结构调控与表面改性的研究进展

锂离子电池作为新一代绿色能量储存和转换装置,具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。负极材料是锂离子电池的核心部件之一,其结构和性质对电池的性能起着关键性作用。在众多碳基负极材料中,石墨类材料是目前商业化锂离子电池中应用最广的负极材料。但石墨类负极材料存在可逆容量较低、离子扩散动力学和电解液兼容性较差、体积膨胀率较高等问题,导致锂离子电池的能量密度、大电流倍率性能及循环稳定性等受到严重限制。尤其是近年来新能源汽车对续航里程和快速充放电能力的需求不断提高,使得石墨类负极材料在能量密度与功率密度方面的缺陷日渐凸显。为改善现有石墨类负极材料某些方面的缺陷,提高其综合性能,研究者们主要从石墨类负极材料的表面包覆、化学修饰、元素掺杂和微晶结构优化等角度进行了广泛探究,并取得了丰硕的成果。主要体现在:(1)表面包覆,构筑核壳结构,改善负极材料与电解液的兼容性;(2)化学修饰,调控界面化学性质,增强负极材料表面SEI膜(电极/电解液界面膜)的稳定性;(3)元素掺杂,调节石墨微晶表面的电子状态和导电性,强化负极材料的嵌-脱锂行为;(4)微晶结构优化,修筑三维(3D)梯级纳米孔道,改善锂离子的传输路径,提高负极材料的储能容量和倍率性能。本文简要介绍了锂离子电池的工作原理和其对石墨类负极材料的要求,重点综述了石墨类负极材料在结构调控与表面改性等方面的最新研究进展,并对石墨类负极材料的未来发展趋势进行了展望,以期为高性能锂离子电池用新型碳基负极材料的研发与推广应用提供参考。     

Si-Al-Si复合薄膜的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射法,通过控制其中Si薄膜的溅射时间,在铜箔集流体上沉积了4种不同Si厚度的Si-Al-Si夹层结构复合薄膜。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)分析样品表面形貌和结构。采用恒电流充放电和慢循环伏安等方法研究了复合薄膜作为锂二次电池负极材料的电化学性能。结果表明,随着Si溅射时间的延长,复合薄膜首周放电容量增加,不可逆容量损失也增加;Si-Al-Si复合薄膜作为锂离子电池负极材料的循环性能随着Si溅射时间的延长而变差,但与纯Si薄膜相比,Al的加入明显降低了首周不可逆容量损失,改善了Si薄膜的循环性能。     

用于锂金属负极的轻质、高掺氮量碳纳米纤维基三维集流体

锂金属是未来二次电池实现高能量密度化的关键负极材料,然而,如何实现锂金属的均匀和无枝晶沉积是目前制约其实际应用的关键问题.本论文采用静电纺丝技术及高温碳化方法制备了一种轻质、高掺氮量(9.5at%)的三维碳纳米纤维集流体.该集流体较低的密度能提升基于整个电池的能量密度,而且高掺氮量使其具备亲锂的特性,从而有效降低锂离子...     

硅碳纳米包覆革新锂离子电池石墨负极

正锂离子电池正随着时代的需求飞速发展,其能量密度也以每年7%~10%的速率提升。然而,现有的锂电池负极技术已经接近极限,为了满足新一代的能源需求,开发新型的锂电负极技术迫在眉睫。硅负极由于丰富的储量和超高的理论比容量(3572m Ah/g),一直备受科研人员的关注,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而其在充放电过程中超过300%的膨胀率,巨大的体积效应及较低的电导率限制了硅负极技术的商业化应用。有鉴于此,日前,韩国蔚山国立技术研究所(UNIST)的     

锂离子电池碳负极材料结构与性能的关系

论述了目前锂离子电池碳负极材料的研究概况,并且对碳材料的结构特点进行分类;阐述了影响锂离子碳负极 材料结构因素。同时简述了碳材料表面修饰２对碳负极嵌锂性能的影响,评价了各种表面修饰方法的优缺点。     

PS-PVD热障涂层柱状结构沉积调控及表面改性EI北大核心

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发动机热障涂层领域有着广阔的应用前景。但PS-PVD柱状结构涂层工艺调控是在大量的实验基础上实现的,缺少相关的理论研究,而且高孔隙率的柱状结构涂层面临的CaO-MgO-Al 2O 3-SiO 2(CMAS)腐蚀失效问题仍然限制着涂层的使用。本文从涂层结构特征入手,阐述了沉积单元相态对涂层结构的影响规律,揭示了柱状结构涂层的气相沉积机理。在此基础上分析了涂层结构的工艺影响,并基于涂层材料在射流内的相态转变,从理论层面阐明了工艺参数调控的本质。此外,分析了PS-PVD柱状结构涂层CMAS腐蚀失效机理,阐述了表面镀铝改性对涂层抗CMAS腐蚀性能的影响机制,并对PS-PVD涂层结构调控和性能提升以及PS-PVD技术在环境障涂层和功能薄膜等领域的应用进行了展望。     

石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极的研究进展

自2004年被发现以来,石墨烯及其纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能而受到广泛关注,并在锂离子电池负极方面展现出巨大的应用价值.首先简单介绍了石墨烯及其常用制备方法,然后详细介绍了石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,并阐述了各自的优势与不足,提出了一些改进方案,最后展望了其在锂电负极的应用前景和未来面临的挑战.     

石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极的研究进展

自2004年被发现以来,石墨烯及其纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能而受到广泛关注,并在锂离子电池负极方面展现出巨大的应用价值。首先简单介绍了石墨烯及其常用制备方法,然后详细介绍了石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,并阐述了各自的优势与不足,提出了一些改进方案,最后展望了其在锂电负极的应用前景和未来面临的挑战。     

Sn-Cu合金电沉积制备工艺及结构研究

利用电沉积法在铜箔上制备了锂电池负极材料Sn-Cu合金,研究了镀液组成对镀层铜含量的影响规律;采用X射线衍射分析,研究了不同组成Sn-Cu合金镀层热处理前后的结构.结果表明:镀液中焦磷酸铜与焦磷酸钾浓度对镀层中铜含量影响显著,改变二者组成,铜含量可由20.18%(质量分数,下同)提高到58.05%;铜含量为20.18%,31.01%和58.05%的Sn-Cu合金镀层,镀态结构相同,均为Cu,Sn和η-Cu6Sn5;经过300℃以上热处理1h,Sn-Cu合金镀层发生相变,相对于镀态,析出电子化合物中铜含量增加;温度升高对铜含量为20.18%和58.05%的镀层结构影响较小,而对铜含量为31.01%的合金镀层,其组织结构向着铜含量降低的物相结构转变.     

锂离子电池负极材料的分子设计与新材料研究进展

对锂电池复杂材料体系进行量子力学的从头计算一直是材料和物理科学研究的重要方向。主要总结了近年来采用密度泛函理论和第一性原理平面波赝势法对锂电负极材料进行分子设计方面的研究,同时也介绍了本课题组在金属合金类负极材料方面的理论计算研究。最后从应用的角度全面综述了常规锂离子电池负极材料的研究现状和发展,包括碳类材料(天然石墨、人造石墨、中间相炭微球)、金属基合金材料(硅基、锡基等)和钛酸锂负极材料等。