锂离子电池微米级三维多孔硅负极材料合成及性能研究

三维硅已被证明为极具前景的锂离子电池负极材料,然而现有的三维硅负极在循环性能和初始库伦效率等方面存在挑战。采用盐酸刻蚀、镁热还原和表面组装的策略,从天然蒙脱矿土直接制备出微米级的三维多孔硅/二氧化钛(3D pSi@TiO₂)复合材料。结果表明:复合材料具有的三维多孔结构能够提供足够的空隙,缓解了脱-嵌锂过程中发生的体积膨胀,缩短了电子传输和锂离子扩散的路径,有利于锂离子的快速嵌入和脱出并减少极化;与二氧化钛的有效复合,进一步提高了复合材料的导电率及结构的稳定性;3D pSi@TiO₂负极在0.5A·g^-1电流密度下循环200次后,可逆容量高达1 261.19 mAh·g^-1及90.79%的优异容量保持率,同时初始库伦效率可达到80.6%。     

锂离子电池硅碳负极材料的结构设计研究进展

硅基材料具有理论比容量高、资源丰富等优点,然而硅基负极材料在锂化过程中面临体积膨胀、活性物质破碎粉化、电极材料与集流体分离以及导电性较差等问题。综述了硅碳负极材料的锂化机理及性能衰退原因,介绍了硅碳材料核壳结构、蛋黄壳结构、夹层结构及三维结构等结构设计研究进展及存在的问题,在此基础上对开发制备更简单、更可靠、成本更低的硅碳材料及其三维结构设计进行了展望。     

生物质桦木屑柱状多孔碳自组装纳米硅复合负极材料

本文采用KOH碱活化刻蚀方法构建三维柱状结构的桦木屑衍生多孔碳材料用于负载高容量纳米硅（SiNP）颗粒,以缓解半导体硅材料本身导电性差及体积膨胀大的问题。所制备的硅碳负极电池材料具有稳定循环性能和优异的倍率性能,通过电化学测量结果显示,在0.5A/g的恒电流密度下桦木屑衍生柱状多孔碳材料负载高容量（20%）纳米硅粒子的复合材料具有较高的贮锂性能:初始放电容量为1099.98mAh/g, 经过200次循环后比容量仍然稳定在1089.77mAh/g。这项工作为负载高容量电极的核孔结构提供了一条有前景的新思路。     

镁热还原SiO材料及其电化学性能

硅基负极材料以其高容量、来源丰富、绿色环保等优点,成为理想的下一代锂离子电池负极材料。但纯硅的体积膨胀过大,限制了硅负极的应用。氧化亚硅(SiO)作为一种含硅负极,具有比纯硅更小的体积效应和更好的循环性能。目前氧化亚硅主要的问题之一是其首次库仑效率低,对此利用镁热还原反应,使氧化亚硅部分还原,同时控制产物中硅晶粒大小,用金属Al代替部分Mg,得到了硅晶粒粒径约为25 nm的复合材料,再通过沥青包覆得到最终碳包覆材料MgAl-SiO/C。通过对比镁热反应前后材料电性能,发现镁热反应后材料首效提高,但容量降低,循环性能变差;最终复合材料首次效率可达83. 7%,可逆容量1 471. 3 mAh/g。     

切割废硅粉球磨制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用。采用低成本的切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用简单的高能球磨法一步制备废硅粉-石墨复合材料（WSi-G）。系统研究了废硅粉的属性特征和硅碳复合材料的微观结构,所制备硅碳复合微粉的电化学性能。结果表明,微米尺寸的废硅粉直接用于锂离子电池时的负极循环性能快速衰减,采用球磨法制备的硅碳复合材料用于锂离子电池负极时展现出优异的循环稳定性,在0.5 A g-1电流密度下循环160圈后其可逆比容量仍然可以稳定在428 mA·h/g以上。     

硅基负极的研究进展及其产业化

硅基负极材料因其高的比容量成为下一代锂离子电池负极研究的重点。通过概述硅基负极材料的研究进展,针对硅基材料在充放电过程中体积变化大、电池容量衰减快等缺点,从硅源的改性、硅碳复合材料的设计、氧化亚硅材料的改性等方面对其电化学性能进行提升;针对硅基材料的产业化现状及其制约因素,介绍了陕煤研究院在核壳结构硅碳负极材料,包埋结构硅碳负极材料,凹陷结构硅碳负极材料方面的研究进展及其产业化成果,并对硅基材料的研究方向和产业化进展进行了展望。     

微纳米多孔Si-Ag颗粒掺杂石墨负极材料及其电性能

为解决锂离子电池石墨负极材料充放电效率低的问题,采用成本低廉的人造石墨,并掺杂微纳米多孔Si-Ag颗粒来改善石墨的导电性及提高充放电效率,利用化学刻蚀法制备了微纳米多孔Si-Ag粉体,并将70％ 人造石墨与30％ 的多孔Si-Ag粉体球磨形成夹层式复合结构.采用SEM、TEM、XRD及电池测试系统对多孔Si-Ag粉体材...     

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池作为目前商业化应用最成熟的电化学储能载体之一,在消费电子、交通工具、储能电站领域得到广泛应用。组成锂离子电池的关键材料一般是正极、负极、电解液和隔膜,其中负极材料的选择决定电池能量密度、电化学性能、安全可靠性等各方面性能,因此近20年来,负极材料技术一直是新能源产业最热门的研发领域之一。根据负极材料产业化的时间顺序,基本上可以分为三代产品,分别为碳、钛酸锂和硅基材料。文中简要介绍了三代负极材料的结构特征、功能特点、改进方向等方面研发进展,对各类负极材料存在的不足和改性等方面的研究成果进行了评述。     

切割废硅粉球磨法制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料.然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高,造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用.以切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用高能球磨法一步制备硅碳复合材料.系统研究了废硅粉的属性特征、硅碳复合材料的成分...     

双层碳包覆SiOx负极材料及其电化学性能研究

为了解决氧化亚硅负极材料导电率低及循环性能差的问题，以聚丙烯酰胺(PAM)为液相碳源进行一次碳包覆，再通过化学气相沉积以甲烷混乙炔为气相碳源进行二次包覆，制备了具有含氮碳层的双层包覆氧化亚硅负极材料(SiO_x@DC-N)。与纯气相包覆(SiO_x@GC)以及纯液相包覆(SiO_x@LC)的氧化亚硅负极材料相比，SiO_x@DC-N展现出优异的倍率性能与循环性能，在4C(1C=1 500 mA/g)的电流密度下比容量达850.1 mAh/g,以5∶95混合石墨后制成18650圆柱电池，其在电流密度1C充放电700圈循环后容量保持率仍有92.70%。     

湿法工艺在锂离子电池材料制备中的应用

介绍了湿法工艺在锂离子电池材料(包括正极材料、负极材料、膜电极、电解液、隔膜材料)制备的应用, 指出湿法工艺是锂离子电池材料制备的重要方法。     

ZnO修饰碳布用于锂离子电池复合负极研究

通过溶剂热法和高温煅烧法得到ZnO修饰的碳布,并以此作为负极支架,使用热熔融法合成了Li-ZnO/CC复合负极材料。结果表明,ZnO颗粒能够降低锂的成核过电位,选择性调控锂沉积位置,使锂的生长得到初步控制,从而达到改善电池循环性能的效果。在对称电池和NCM523全电池中,Li-ZnO/CC复合负极材料的循环性能都优于裸锂箔; 在电流密度1 mA/cm²条件下,Li-ZnO/CC对称电池能保持至少400 h以上的稳定循环,并且保持10 mV左右的过电位; NCM523|Li-ZnO/CC全电池在0.3C下经过305次循环后,容量保持率仍有80.41%。Li-ZnO/CC复合负极材料是一种很有前途的可充电锂电池负极材料。     

以盐湖氯化镁为原料制取粗镁的中试试验

以实验室研究成果为基础,以盐湖氯化镁和电石渣为原料,采用硅热还原法进行了粗镁制取中试条件试验,确定的煅白钙镁比为0.83,煅烧温度为900 ℃,煅烧时间为1.5 h,试验的粗镁还原回收率为80.93%。与以白云石为原料的皮江法制取粗镁工艺相比,以盐湖氯化镁和电石渣为原料的硅热还原制镁工艺充分地利用了二次资源,减少了一次资源开采对环境的破坏,消除了温室气体CO2的排放,减少了工艺过程中的能耗,提高了生产过程的灵活性。因此,解决了电石渣杂质问题后的该工艺将具有良好的工业化前景。     

MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯复合负极材料的制备及性能研究

采用原位生长法设计并合成了MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯的复合材料(Si/C@G),并应用于锂离子电池负极材料,该材料结构有效缓解硅基负极材料充放电过程的体积变化,促进了稳定的固态电解质中间相层的形成,提高了电极材料的电导率。Si/C@G负极材料在电流密度500 mA/g时经100次循环可逆比容量仍有1081.2 mAh/g;在电流密度5.0 A/g时其可逆容量达到949.6 mAh/g。Si/C@G负极在1.0 A/g的恒电流密度下循环500次后可逆比容量可保持在677.2 mAh/g左右,库仑效率可达99.84%,表现出良好的循环稳定性。     

多孔二氧化硅特性的研究

本文阐述了在以蛇纹石为原料生产轻质氧化镁的工艺中，对其残渣进行综合利用，制备多孔．二氧化硅的方法及萁特性的研究内容．结果表明，多孔二氧化硅作为工业吸附材料大有开发价值。     

真空热还原法制备金属锂的研究进展

熔盐电解法是生产金属锂的传统方法,但该法存在原料成本高、阳极会生成氯气、产品中钠含量高等问题。真空热还原法是将锂还原后,再利用饱和蒸汽压的差异来提取金属锂,产品分离简单,且产品中的钠含量较低,具有成本较低、工艺简单、产品纯度高、生产过程中基本无污染性气体产生等优点。文章综述了碳热还原、硅热还原和铝热还原等真空热还原法炼锂工艺的技术现状及存在的问题,介绍了一种以氢氧化锂为原料副产高白氢氧化铝的新型铝热还原炼锂新工艺,旨在为真空金属热还原法炼锂开拓新路径。      

两矿法浸出电解锰阳极渣中锰的研究

采用两矿法还原浸出电解锰阳极渣中的锰.以硫铁矿为还原剂、电解金属锰阳极渣作氧化剂,在硫酸溶液中实现电解锰阳极渣中锰的浸出.考察了硫铁矿与阳极渣质量比、硫酸与阳极渣中MnO2摩尔比、反应时间、反应温度对锰浸出效果的影响.结果表明,最佳实验条件为:硫铁矿与阳极渣质量比2:1、硫酸与阳极渣中MnO2摩尔比1.8:1、反应时间...     

在硫酸体系中高电流密度下活性涂层钛阳极的研究

研究了一种贵金属涂层钛阳极，它由钛基体，中间保护层和表面活性层组成，它适用于酸性溶液，特别是硫酸体系电解液中高电流密度下的放氧反应过程，本文报导了电要制备和涂层筛选，电极极化曲线和强化寿命试验表明，此电极涂层具有高放氧催化活性，强抗腐蚀性和长使用寿命，用于铜箔电解和表面处理过程中能改善操作和提高产品质量。