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.     

锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料的电化学性能

采用湿法混料及高温热解法制备了锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料,并研究了不同配方的复合材料结构及电化学性能。研究发现,硅含量为20%(质量分数)时,复合材料首次可逆容量为865mAh/g,循环30次后仍为757mAh/g,容量保持率可达88%,大大改善了硅基材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。     

三维网络结构氧化铜纳米线锂离子电池负极材料的制备和性能研究

通过阳极氧化法和后退火处理在铜箔上合成了三维网络结构氧化铜纳米线,将其作为负极材料制备了无需添加粘结剂的锂离子电池。研究了恒压氧化时间对材料形貌和电化学性能的影响。在1C的倍率下,氧化1000 s制备的CuO纳米线表现出最高的1172 mAh/g首圈放电比容量和594 mAh/g的可逆比容量,500圈循环可逆比容量为607.6 mAh/g,可逆容量保留率为102.3%。交联的三维网络结构CuO纳米线相互支撑,提供稳定的结构,有效缓解了CuO纳米线作为锂离子电池负极材料中的体积膨胀问题,表现出了优异的倍率性能和循环寿命。     

纳米锡铜复合氧化物的制备与电化学性能

采用沉淀法制备了作为锂离子电池负极材料的纳米锡铜复合氧化物粉末,并用X射线衍射对其结构进行了分析、透射电镜对其形貌进行了表征、充放电和循环伏安法等对其电化学性能进行了测试.结果表明:采用沉淀法可以制备出颗粒粒度较均匀、尺寸为90nm的锡铜复合氧化物;充放电30次到50次,锡铜复合氧化物放电容量由254.4mAh/g衰减到241.1mAh/g,放电容量保持率较高(95%),说明纳米锡铜复合氧化物具有较高的放电容量和良好的循环性能。     

VO_2/rGO复合材料的制备及作为高容量锂离子电池负极的研究

采用简易的一步水热法实现了VO_2和rGO的有效复合,通过XRD、SEM、Raman等手段对复合材料的结构和形貌进行了表征,评估了该材料作为锂离子电池负极的电化学性能。结果显示,VO_2为片状形貌,氧化石墨烯在水热反应中被还原,与VO_2片形成了良好的复合结构。电化学数据显示,在100 mA/g电流密度下,VO_2/rGO复合材料可逆容量高达621.8mAh/g,远高于石墨的理论容量(372mAh/g)。在300mA/g电流密度下,该材料在100次循环后容量保持在384mAh/g。更重要的是,在2 000mA/g电流密度下,300次循环后容量仍维持在256mAh/g,容量保持率接近100%。基于rGO良好的导电性能以及VO_2与rGO的协同作用,制备的VO_2/rGO复合材料体现了较高的可逆比容量和良好的倍率性能及循环稳定性能,是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

精品项目推介

高容量、大功率锂离子电池 用纳米负极材料的研制与开发 近年来,锂离子电池的销售额持续增长,现已成为应用最为广泛的二次电池,其性能向着高容量、大功率、长寿命、小型化的方向发展。电极材料是影响锂离子电池性能的关键因素。 本项目即开展高容量、大功率锂离子电池负极用纳米材料的制备、预处理、表面修饰和添加工艺研究,并实现其规模化生产。初步结果表明:以纳米碳管/纳米炭纤维改性锂离子电池负极.有效提高了电池的循环性能;硬炭/过渡金属氧化物复合负极材料的可逆容量达到600mAh/g。以上技术指标达到国际同类产品先进水平。 本项目研发的高性能负极材料有着良好的产业化前景和市场潜力。现希望以风险投资、合作开发等方式开展合作。     

V2C@MoS2复合材料的制备及其储锂性能研究

由于较高的理论容量,二硫化钼(MoS_2)是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料;然而其也存在导电性较差和结构不稳定等问题。本文采用一步水热法将MoS_2原位生长在V_2C-MXene的表面,制备出了V_2C@MoS_2复合材料。利用XRD、SEM、TEM对制备的复合材料进行了结构表征,并采用循环伏安(CV)法、恒电流充放电法和交流阻抗法分析了该复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,实验制得了结晶度良好的MoS_2纳米片,且均匀的负载在V_2C的表面;同时,掺杂的V_2C极大地提高了复合材料的导电性和结构稳定性,使V_2C@MoS_2作为锂离子电池负极材料表现出了优异的电化学性能,在50mA/g的电流密度下,循环50次后依然能保持524.4 mAh/g的可逆比容量,并且在1 A/g的大电流密度下,依然具有258.1 mAh/g的可逆比容量。     

锂离子电池纳米负极材料的研究和开发

锂离子电池近几年发展非常迅速，纳米材料和纳米技术也应用于锂离子电池中。本文综述纳米材料(主要包括纳米金属及纳米合金、纳米氧化物、碳纳米管、具有纳米孔结构的无定形碳材料和天然石墨等)在负极材料方面的最新研发情况。纳米材料的特有性能使其可逆容量高于目前商品化的负极材料，但纳米合金负极材料的产业化还有待于进一步的研究。特别是循环稳定性；碳纳米管的制备和纯化成本过高，不宜产业化，同时理论方面有待于进一步研究，以提高其电化学性能；具有纳米孔的无定形碳材料制备温度低，容量也较高，但是对于产业化而言，循环性能和电压滞后现象有待于进一步的改进；具有纳米孔的天然石墨负极材料不仅容量高、制备比较简单、成本低，而且具有良好的循环性能，可望达到产业化要求。     

纳米碳颗粒作为锂离子电池负极材料的研究

石墨化碳具有充放电容量高、循环性能稳定等特点,是最有商业应用价值的锂离子电池负极材料之一,所以改性的碳负极材料一直是研究的重点.用TEM,HRTEM对用电弧放电法制备的纳米碳颗粒进行结构表征,并将其用作锂离子电池负极材料研究其电化学性能.研究结果表明,纳米碳颗粒负极具有较高的初次充电容量,达到了710mAh/g.但是初次放电效率低,不可逆容量损失大,在锂离子电池应用上还存在很多缺陷.必须对其加以改善使之成为一种较好的锂离子电池负极材料.     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

介绍了锂离子电池锡基负极材料的反应机理、制备方法、电化学性能及近期的研究现状.锡基负极材料具有高的可逆容量,制备工艺简单,若能克服目前存在的问题,将有望成为新一代锂离子电池负极材料.     

Hierarchical SnO2 hollow nanotubes as anodes for high performance lithium-ion battery

Nanostructured transition metal oxides are promising anode materials for lithium-ion batteries. Nevertheless, the problem of high volume expansion rate limits its further application. In this paper, we present a 3D hierarchical SnO₂ hollow nanotubes material by calcining C@SnS₂ materials in the air. This structure combines the advantages of both the hollow nanotubes and the outer staggered nanosheets structure, in which the hollow nanotube can provide more lithium ion transport channels, the space between the tubes can buffer the volume change, and the staggering nanosheets structure can effectively improve the relative specific surface area of the material and improve the storage capacity. As a result, the SnO₂ hollow nanotubes anode exhibits the highly reversible capacity of 1079 mAh g^?1 at a current density of 100 mA g^?1, while the reversible specific capacity of 770 mAh g^?1 was obtained after 100 cycles. The research results obtained in this work provide a feasible strategy for synthetic nanoscale transition metal oxide as high-performance lithium anode material.

     

热解碳包覆CoSb3作为锂离子电池负极材料的研究

CoSb3合金具有较高的电化学嵌放锂容量.为缓解充放电过程中体积变化引起的容量衰退,制备了热解碳包覆CoSb3合金粉末负极材料,并对其电化学充放电性能进行了研究.实验结果表明,热解碳包覆CoSb3负极材料的电化学性能虽然尚不能满足实际应用要求,但与纯CoSb3合金负极材料相比,首次可逆容量和循环稳定性都有明显的提高.进一步降低CoSb3合金的粉末粒度,优化热解碳对合金粉末的包覆完整性,可进一步改善热解碳包覆CoSb3负极材料的电化学性能.     

源于溪木贼的高性能锂离子电池三维多孔生物质硅/碳复合负极材料

锂离子电池硅基负极材料的理论比容量比传统石墨材料高10倍, 是最有前途的锂离子电池负极材料之一。然而硅基纳米材料的制备工艺复杂、成本高昂, 严重限制了锂离子电池硅负极的商业应用。本工作采用溪木贼为原料, 通过深度还原、浅度氧化和碳包覆工艺制备了三维多孔生物质硅/碳复合材料(多孔3D-bio-Si/C)。三维多孔结构不仅有利于Li⁺的快速传输, 而且提供足够的空隙缓解在脱-嵌锂过程中发生的体积变化。得益于三维结构中大量的孔隙和高强度的外部碳层, 多孔3D-bio-Si/C制备的电极表现出优异的电化学性能。当电流密度为1 A/g时, 多孔3D-bio-Si/C的可逆容量为1243.2 mAh/g, 循环400次后仍可保持933.4 mAh/g, 容量保持率高达89%。利用溪木贼作为生物质硅源制备高性能硅基负极材料, 实现了低成本、可规模化、绿色和可持续的合成路线, 有望为Si基锂离子电池负极材料的商业应用打下基础。     

硅材料在锂离子电池中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性.指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向.     

Superior performance for lithium storage from an integrated composite anode consisting of SiO-based active material and current collector

Silicon-based material is considered to be one of the most promising anodes for the next-generation lithium-ion batteries (LIBs) due to its rich sources, non-toxicity, low cost and high theoretical specific capacity. However, it cannot maintain a stable electrode structure during repeated charge/discharge cycles, and therefore long cycling life is difficult to be achieved. To address this problem, herein a simple and efficient method is developed for the fabrication of an integrated composite anode consisting of SiO-based active material and current collector, which exhibits a core–shell structure with nitrogen-doped carbon coating on SiO/P micro-particles. Without binder and conductive agent, the volume expansion of SiO active material in the integrated composite anode is suppressed to prevent its pulverization. At a current density of 500 mA·g⁻¹, this integrated composite anode exhibits a reversible specific capacity of 458 mA·h·g⁻¹ after 200 cycles. Furthermore, superior rate performance and cycling stability are also achieved. This work illustrates a potential method for the fabrication of integrated composite anodes with superior electrochemical properties for high-performance LIBs.     

球磨法制备锂离子液流电池石墨负极浆料的性能研究

采用球磨法制备锂离子液流电池所用的石墨负极浆料,并对石墨负极浆料的颗粒形貌、电导率、比容量性能及循环性能进行研究。结果表明:导电添加剂的加入有助于提高电极浆料的悬浮稳定性;球磨过程可以降低石墨和导电添加剂混合粉体的电阻率,球料比达到5∶1时即可实现较好的球磨效果,但球料比不宜过高,否则会造成石墨材料层状结构的破坏,影响电极浆料性能的稳定性。提高石墨和导电添加剂的含量可以在电极浆料中形成稳定的导电网络结构,使可逆比容量提高;在保证电极浆料可流动的情况下,可逆比容量可大于40mAh/g。石墨负极浆料的容量损失主要发生在首次充放电过程中,随着循环次数的增加,容量损耗的速率降低,第5次循环以后容量趋于稳定。     

SnO2@C core-shell spheres: synthesis, characterization, and performance in reversible Li-ion storage

The nanostructured SnO₂@C spheres with tin oxide cores and carbon shells were prepared by a facile one-pot solvothermal method followed by a subsequent calcination at 600 °C in a high-purity nitrogen atmosphere. The resulting samples were characterized with thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive spectroscopy (EDS), infrared spectroscopy (IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), and charge-discharge test. Electrochemical performance test showed that these SnO₂@C core-shell spheres exhibited an initial discharge specific capacity of 667.4 mAh/g in the potential range of 1.2–0.01 V. After 18 cycles, the capacity of the SnO₂@C core-shell spheres anode stabilized reversibly at about 370 mAh/g. This improved cycling performance could be attributed to the carbon shells, which can enhance the conductivity of SnO₂ and suppress the aggregation of active particles to increase their structure stability during cycling. These SnO₂@C core-shell spheres are promising anodes for lithium ion batteries. This study provides a facile way to improve the cycle ability of transition oxides for reversible lithium-ion storage.     

ZnFe2O4锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究

以ZnCl₂和FeCl₃.6H₂O为原料, 通过溶剂热法制备了尖晶石型ZnFe₂O₄材料, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和恒流充放电测试技术对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。结果表明, 合成的材料为纳微多孔结构, 其颗粒粒径约为250 nm, 以50 mA/g的电流密度充放电时, 可逆比容量为933.1 mAh/g, 经过100次循环后, 比容量为813.5 mAh/g, 比容量保持率高达87.2%, 表现出优异的循环稳定性能。当电流密度增大到400 mA/g时, 其比容量约为355 mAh/g, 表现出较高的倍率性能。采用该法制备得到的纳米ZnFe₂O₄具有比容量高、循环稳定好等优点, 是一种具有较强应用前景的锂离子电池负极材料。     

纳米金属氧化物基锂离子电池负极材料研究进展

负极材料是锂离子电池的重要组成部分, 目前商用锂离子电池的负极材料石墨的理论比容量仅为372 mAh/g, 严重制约了锂离子电池的进一步发展。在众多的锂离子电池负极材料新体系中, 金属氧化物具有理论比容量高、价格低廉、环境相容性好等优点, 受到广泛关注, 但是其存在导电性差、充放电体积变化大等缺点。研究发现, 纳米化可以在保持金属氧化物优点的同时克服其缺点, 因此成为金属氧化物基负极材料的研究热点。本文对近期纳米金属氧化物基锂离子电池负极材料研究的主要成果进行综述, 着重关注几种具有代表性的金属氧化物及其复合物的纳米结构设计与性能优化, 并为后续相关研究提出建议。