锂离子电池硅基复合负极制备方法

硅（Si）被视为取代现有商业化石墨负极极具潜力的材料之一,然而硅基材料在充放电过程中巨大的体积变化严重影响电池的电化学性能和使用寿命,因此如何有效克服体积效应以提高其电化学性能成为亟待解决的问题。本文围绕硅基复合负极制备过程,从物理方法、化学方法、多种方法结合三个方面综述了目前在硅基负极改性方面的最新进展,重点对不同的制备方法及过程进行了简介、分类、比较和分析,总结了其优缺点,指出多种方法结合制备硅基复合负极最具优势。最后对未来高性能硅基复合负极的研究和开发进行了展望,以期为硅基负极性能优化及探索新型制备方法提供借鉴。     

锂离子电池多孔硅基复合负极材料的研究进展

概述了多孔硅基负极材料在锂离子电池中的应用,重点介绍了材料结构和复合方式对其电化学性能的影响;分析了导致其循环性能降低的主要原因,指出控制电池循环过程中硅基材料体积变化、抑制SEI膜的增加是改善硅基负极材料循环性能的重要途径. 对多孔硅基复合负极材料的研究进行了展望,提出在纳米化和复合化的基础上,设计特殊孔道结构、制备多孔的硅/碳复合材料是推进硅基负极材料应用的重要研究方向.     

锂离子电池多孔硅负极材料制备及工艺优化

为了有效改善硅基负极材料的性能及降低制备成本,以微米级单质硅为原料,通过金属辅助化学刻蚀法制备多孔硅负极材料,该方法步骤简单可控、成本低廉,易于大规模生产。采用场发射扫描电镜和电池测试系统,对比分析不同工艺参数下制得的硅负极材料的形貌和性能差异,从而进行工艺优化,并得出较优的工艺参数：Ag NO₃浓度约为0.015 mol/L、伽伐尼反应时间选择1～4 min、刻蚀剂中■为70%～90%。在合适的工艺参数下制备的多孔硅负极材料电化学性能明显优于硅负极材料,在0.5C倍率下循环50次后容量仍有1 130.7 m A·h/g,在2C、5C的倍率下仍有929、669 m A·h/g的较高比容量。该方法得到的多孔硅负极材料能够有效缓解单质硅负极材料体积膨胀严重和导电性差的问题,从而有效提高其电化学性能。     

锂离子电池硅碳负极材料研究进展

硅基材料作为锂离子电池负极具有容量高、来源广泛以及环境友好等优势,有望替代目前应用广泛的石墨负极成为下一代锂离子电池的主要负极材料。硅和碳复合构成的锂离子电池复合负极,不但解决了充放电过程中硅体积效应大和碳容量低的问题,而且综合了碳循环性好和硅容量高的特点。从材料选择、结构设计以及电极优化方面简要介绍了硅/碳复合材料的最新研究进展,并对硅碳复合负极未来发展方向进行了展望。     

锂离子电池材料的研究现状

对锂离子电池材料包括正极材料、电解质材料和负极材料作了简要概述,并综述了当前高容量硅基负极材料的研究概况,对今后发展高容量高循环稳定性的硅基负极材料提出了研发思路.     

锂离子电池硅负极粘结材料的研究进展

硅基负极材料因具有较高的理论比容量 4200 mAh/g，已成为国内外新能源锂离子电池负极材料领域研究热点课题。然而，由于硅基材料体积膨胀率高达400%，经多次充放电循环后，硅颗粒会发生破裂和粉化使其在电极基体上易脱落，从而导致电池容量衰减快、寿命短的技术缺陷。为缓解硅颗粒巨大体积变化产生的应力以及维持电极完整性，国内外科学研究者们从电池组成上出发，对活性材料、导电剂、粘结剂、电解液等进行系统研究，其中对聚合物粘结剂改性是一种实现其高寿命、抗衰减的有效手段之一。基于锂离子硅基负极材料优异特性及粘结材料的研究现状，综述了硅基负极组成、结构、性能、作用原理、分子间作用机制以及负极粘结剂的分子结构设计，探讨其对硅基锂离子电池电化学性能的影响规律，为锂离子电池硅基负极粘结材料的应用与开发提供理论和实践指导。     

锂离子电池核壳结构硅基负极材料的研究进展

硅作为锂离子电池负极材料的理论比容量大约是商业化石墨负极的10倍,但是由于其巨大的体积效应以及由此引发了一系列问题,特别是活性材料硅从集流体脱落而失活与固相电解质层(SEI)膜的不断破坏与重建,导致硅电极材料在充放电循环中稳定性较差。为了减缓硅材料体积效应的不利影响,研究人员基于硅基材料的结构设计开展了大量工作。总结了核壳结构硅基负极材料的相关研究,对比了不同结构设计的优缺点并分析了构成材料对于硅在锂化过程中体积变化的影响,进而讨论了一些具有代表性的硅核壳结构的制备方法、电化学性能。最后,对硅负极材料的核壳结构设计存在的问题进行了分析并提出了硅基负极材料未来的发展方向。     

锂离子电池用高容量复合负极材料的研究进展

硅基复合材料因具有较高储锂特性而成为锂离子电池用高容量负极材料的首选。本文介绍目前常见的3类硅基复合负极材料:包覆型硅基负极材料、硅/炭复合负极材料、氧化亚硅复合负极材料。简述这几类材料各自的优势和区别,最后对硅基材料所面临的现状进行分析,提出其未来的发展方向。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

在高能量密度锂离子电池开发中，应用最关键的是硅基负极材料。而硅基负极的实际应用受到首效低，导电率低，充放电时体积变化很大，造成循环寿命很短的限制。科研人员为此进行了大量的硅基负极材料的改性。本文从硅基负极材料的改性方法、补锂技术、导电剂、粘结剂和电解液添加剂这五个方面的研究进展进行了概述，为硅基负极的商业化应用开发提供了研究方向。     

锂离子电池硅基负极黏结剂的研究新进展

硅具有较高的理论比容量,被认为是极具应用前景的锂离子电池负极材料。然而,硅在充放电过程中会产生巨大的体积变化,导致电极粉化脱落和容量的迅速下降,限制了硅基负极材料的应用。黏结剂是锂离子电池中一个不可或缺的组成部分,对体积变化较大的硅基负极而言,除了满足作为锂离子电池黏结剂的基本要求外,对黏结剂的结构和性能又提出了新的要求,黏结剂的选择对于增强硅基电极结构的稳定性并实现长期循环具有更加重要的意义。总结了近年来硅基负极材料黏结剂的研究进展,重点介绍了用于硅基负极材料的交联类黏结剂、导电类黏结剂和自修复类黏结剂等几种黏结剂的性能特点和应用,为选择和设计更加适合的硅基负极黏结剂提供研究建议。     

硅基负极材料研究开发与产业化进展

硅基负极材料比容量是石墨和钛酸锂的理论比容量的10倍,电位比相应的石墨材料高0.15V,是可替代石墨的新型负极材料。硅基负极材料存在的应用问题是体积膨胀效应,解决办法是纳米化和做成复合材料。日立麦克赛尔和三井金属已经工业化生产这种负极材料。     

锂离子电池硅基负极黏结剂的研究新进展

硅具有较高的理论比容量,被认为是极具应用前景的锂离子电池负极材料。然而,硅在充放电过程中会产生巨大的体积变化,导致电极粉化脱落和容量的迅速下降,限制了硅基负极材料的应用。黏结剂是锂离子电池中一个不可或缺的组成部分,对体积变化较大的硅基负极而言,除了满足作为锂离子电池黏结剂的基本要求外,对黏结剂的结构和性能又提出了新的要求,黏结剂的选择对于增强硅基电极结构的稳定性并实现长期循环具有更加重要的意义。总结了近年来硅基负极材料黏结剂的研究进展,重点介绍了用于硅基负极材料的交联类黏结剂、导电类黏结剂和自修复类黏结剂等几种黏结剂的性能特点和应用,为选择和设计更加适合的硅基负极黏结剂提供研究建议。     

硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料研究进展

硅碳复合材料具有高理论比容量和稳定的循环性能等优势,成为有望替代传统石墨负极的新型负极材料。近年来,人们对于硅碳复合材料的研究已经取得巨大进展,不同的碳基质材料以及制备方法都会对其性能产生重要影响,因此本文主要从碳基质材料的种类及其制备方法来讨论硅碳复合材料的研究现状。     

TiO_2基锂离子电池复合负极材料的研究进展

TiO_2锂离子电池负极材料以其安全性高而著称,其被设计为各种纳米结构并与其他导电性好的材料制备成复合材料,以弥补其导电、导锂能力的不足。本文针对近年来TiO_2基复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,介绍了碳类、硅类和金属类材料与TiO_2进行复合制备负极材料的可行方法,并分别分析了这3类材料的优缺点:碳类负极材料技术成熟,但有易燃的缺点;硅类负极材料理论容量高,但循环性能差且安全性不好;金属类负极材料普遍导电性好,且易与其他材料合金化,但循环性能差。最终提出,由于碳类负极材料技术成熟,且TiO_2可弥补其易燃的缺点;结合碳基材料优良导电性能与TiO_2优异安全性能的复合材料最有望实现工业化,将是锂离子电池领域重要的研究方向之一。     

锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展

负极材料是制约锂离子电池发展的重要因素之一.硅/碳复合材料储锂容量高、循环稳定性好,是目前制备新型锂离子电池负极材料的研究热点.介绍了硅/碳复合材料的不同制备方法和复合结构以及优良的电化学性能,综述了硅/碳复合材料的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望.     

石墨烯复合硅碳负极材料及其高能量密度锂离子电池研究获进展

正动力电池、消费类电池等终端产品对高能量密度锂离子电池的需求日益增强。目前,产业界主要采取硅碳复合路线来提升硅基负极应用水平,450 m Ah/g以下的硅碳复合负极材料在循环性、倍率性等方面基本能够满足应用要求;450 mAh/g以上的硅基负极应用还存在技术难点。高比容量、长循环稳定的硅碳复合负极材料开发充满挑战。     

锂离子电池负极用微米化硅基材料研究进展北大核心

相比于石墨负极,纳米硅负极材料虽然具备很高的理论比容量,但低的振实密度和面积载量严重削弱了体积比容量和质量比容量。因此,设计高振实密度微米硅基负极可以赋予更好的综合性能。本文综述了近些年锂离子电池负极用硅基材料微米化的研究方向和进展,阐述了不同工艺存在的问题,为其未来的发展方向提出策略。     

高能锂离子电池SiO基负极材料的改性方法研究进展

SiO基材料因其高比容量(2600 mAh g~(-1))、相对低的工作电压(0.5 V)以及自然储量丰富等优点作为锂离子电池负极被广泛研究。然而其本身也存在一些固有的缺陷,例如循环过程中体积效应明显,导电率低等,导致硅基负极材料的电化学性能不够理想。为了克服上述困难,很多改性策略被人们提出,例如减小材料颗粒尺寸,制备复合材料等。本文简要总结了最新的相关改性研究,以便对SiO基材料未来的改性研究提供一定的指导。     

二维硅烯纳米片作为锂离子电池负极材料研究进展

硅材料被公认为最具有商业化前景的高容量锂离子电池负极之一,但其锂化膨胀率过高的问题成为阻碍应用的瓶颈.基于层状结构和特殊价键形式的新型二维材料—硅烯成为负极材料理想的硅源,为从根本上破解锂离子电池能量密度偏低的难题提供新途径.本文综述了硅烯纳米片作为锂离子电池负极的研究进展,分别就硅烯纳米片的特性、硅烯纳米片的制备工艺...     

包覆结构硅碳复合锂离子电池负极材料研究进展

锂离子电池中新型的硅基负极因其具有高理论容量、无污染、储量丰富等特点，被认为是取代石墨的新一代负极材料。但是硅在循环过程中存在体积变化大、电导率低及固体电解质膜不稳定等问题。为提高材料循环稳定性及导电性，先通过对硅基材料的储锂机制了解，再详细地介绍了不同的结构设计，如核壳结构、夹层结构及嵌入结构，这些结构设计可有效地改善材料在充放电过程体积膨胀效应，显著提高硅基材料电化学稳定性，并对硅碳负极材料和结构的发展趋势进行了简单展望。