锂离子电池负极材料PSi@GO的制备及其电化学性能

具有高能量密度的硅材料是锂离子电池负极的优选材料之一。但是,低电导率和在充放电过程中伴随的巨大体积变化而导致循环过程中容量迅速衰减,阻碍了硅材料商业化。本文以商业化的铝硅合金为硅源,通过冷冻干燥方法将氧化石墨烯（GO）包覆在其表面,制备了微米级的多孔硅（PSi）与GO的复合材料PSi@GO。该复合材料核层多孔硅内部丰富的孔隙提供充足的空间以适应硅的体积变化,外层的氧化石墨烯可以加速离子和电子传输,并再次缓冲硅的体积变化,从而可以有效地改善硅负极的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明,电流密度为500mA/g时,PSi@GO-2（PSi与GO质量比为10∶5）复合电极材料循环100次后,比容量仍可达到1 275 mAh/g;在电流密度为4 A/g时,该复合材料也可达到980 mAh/g的高比容量。该PSi@GO-2复合材料显示了优异的倍率性能,具有良好的应用前景。      

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe_2O_3和Fe_3O_4,理论容量分别为1 007 mA·h·g~(-1)和924 mA·h·g~(-1).关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

具有微米纤维碳的硅/石墨/碳复合材料的制备及在锂离子电池中的应用

以沥青为软碳原料,商业石墨的载体材料,通过高温热解法成功合成了硅/石墨/碳复合材料,同时原位生成了微米尺度的碳纤维.该硅/石墨/碳复合材料具有诸多优点,石墨片层堆叠之间的空隙为硅的体积膨胀提供了有效的空间,沥青热解碳材料的包覆能一定程度抑制硅基材料的体积效应和提高其电子电导率,同时微米级的碳纤维能提高材料的长程导电性和结构稳定性,从而极大的改善负极材料循环性能.通过电化学测试表明,硅/石墨/碳复合材料中硅/石墨/碳复合负极材料在200 mA·g-1电流密度下具有650 mA·h·g-1的可逆容量,在200 mA·g-1电流密度下经过500圈循环后容量保持率为92.8%,每圈的容量衰减率仅为0.014%,展现了优异的循环性能.      

微纳结构硅在锂离子电池中的研究现状

近年来,随着人们对能量需求的日益增大,已商业化应用的石墨电极已经很难满足高性能电子产品对高能量密度的需求,因此发展高能量密度的锂离子电池显得尤为重要。在已研究的先进材料中,硅已被证明存在巨大的储能潜力,其理论比容量(约4 200 mA·h·g~(-1))远高于已商业化应用的石墨类电极材料。对锂离子电池中硅电极材料的微纳结构、制备方法、电化学性能及相关机理进行了总结,目的是研究不同结构的硅电极材料对电池性能的影响,以找到性能较为优异的硅电极结构。结果表明,在已被研究的硅基复合材料中,核壳结构和多壁纳米管结构硅电极材料在电化学性能方面均体现出了明显的优势。最后简要分析了硅基电极材料发展中存在的问题,并对其研究前景进行了展望。     

锂离子电池硅基负极用聚合物粘结剂的研究进展

<正>负极材料比容量的提升是锂离子电池能量密度提高的决定性因素,具有高比容量的硅基负极材料(理论比容量为4200 m Ah·g~(-1))是获得高能量密度锂离子电池的关键材料之一。然而,在嵌/脱锂过程中巨大的体积变化是限制硅材料应用的主要因素。作为维持电极结构的主要成分,聚合物粘结剂的选择也至关重要。开发具有新的结构和性能的聚合物粘结剂,来满足硅基负极材料的使用要求,可以有效提高硅基负极在循环过程中电极结构的稳定性,因此成为当前研究的热点。本文梳理了用于硅基负极聚合物粘结剂的发展脉络,分别总结了聚乙烯类聚合物、多糖类聚合物、聚酰亚胺类共聚物和导电聚合物4类聚合物粘结剂的结构和性能特点,以及4类聚合物粘结剂用于硅基负极时对材料性能的改善。在此基础上,提出了用于硅基负极的聚合物粘结剂应具备的结构和性能特点,为硅基负极聚合物粘结剂的设计和选择提供一种思路。     

部分炭化策略制备Si@C材料及其储锂性能研究

硅因其具有较高的理论比容量（约为3 579 mAh/g,Li₁₅Si₄）而成为最具吸引力的负极材料。为了解决硅材料高达300%的体积膨胀和导电性差等问题,以聚丙烯酸（PAA）、蚕茧提取物丝素蛋白和纳米硅（Si NPs）为原料,通过简单的部分炭化,一步法制备了Si@C_AS电极材料,并系统研究了聚丙烯酸（A）/丝素蛋白（S）的比例和炭化温度对Si@C_AS复合材料电化学性能的影响。结果表明:当聚丙烯酸与丝素蛋白的质量比为1∶1,炭化温度为450 ℃时,所制备的Si@C_AS负极的电化学性能较优,远超Si@C_A和Si@C_S负极材料的电化学性能。Si@C_AS负极材料可在0.5 A/g电流密度下循环200圈后比容量可达1 404.2 mAh/g。同时,该材料展现出了优异的倍率性能,在4 A/g电流密度下比容量仍可达1 452.8 mAh/g。      

凹凸棒制备Si@C复合材料及其用于锂离子电池负极材料的电化学性能

硅因其超高的理论比容量而被视为最具潜力的下一代锂离子电池（LIBs）负极材料。目前，硅负极材料的高成本和极其苛刻的合成条件严重阻碍了其在LIBs中的使用。以天然凹凸棒为原料，通过水热法提纯和镁热还原反应制备了硅纳米颗粒（MRR Si），并进一步采用化学气相沉积法以乙炔为碳源制备了MRR Si@C复合材料，系统研究了其作为LIBs负极材料的储锂性能。研究结果表明:通过镁热还原制备的硅纳米在0.2 A/g的电流密度下可展现出2 362 mAh/g的比容量，首次库伦效率（CE）为71.87%，100次（0.5 A/g）循环充放电测试后比容量为909 mAh/g。相比之下，在MRR Si纳米颗粒表面沉积碳层后制备的MRR Si@C复合材料可展现出2 494 mAh/g的放电容量和78.92 %的高CE值。循环性能显示，该复合材料在0.5 A/g的电流密度下充/放电100次后的比容量值可达到1 324mAh/g。同时，该复合材料还可在5 A/g的大电流密度下依然可展现出高达844 mAh/g的高比容量。该MRR Si@C复合材料显示了优异的倍率性能和良好的应用前景。      

以MOFs为模板制备TMO/C复合材料 在锂离子电池中的应用

商用负极材料石墨理论比容量较低,无法满足市场的需求,发展具有更高比容量的负极材料来替代石墨至关重要.介绍了过渡金属氧化物(TMO)和金属-有机框架(MOFs)的特点及锂离子电池负极材料性能改进的方法,综述了以MOFs为前驱体制备TMO/C复合材料作为锂离子电池负极的优点及研究进展,并对此类负极材料的发展趋势进行了总结与展望.     

锂离子电池中高容量Si-Cu/C复合负极材料的制备与性能研究

采用高能球磨方法制备了用作锂离子电池负极材料的Si—Cu／C复合材料。X射线衍射和扫描电子显微镜结果表明，复合材料中Si和Cu5Si是共存的，活性硅颗粒均匀地分散在石墨和惰性的铜硅合金基体中。电化学测试在电流密度0．2mA·cm^-2，电压范围0—1．4V条件下进行，其结果表明高分散Si—Cu／C复合材料首次可逆容量为524mAh·g^-1，远高于目前普遍使用的中间相碳微球；循环寿命也远优于同粒度的硅单体，经过30次循环后容量仍保持531mAh·g^-1。其高比容量和良好的循环性能表明：高分散Si—Cu／C复合材料有望替代碳成为锂离子电池负极材料。     

硅-金属基复合储锂材料研究概述

用高容量硅材料替代传统石墨负极以提升锂离子电池能量密度是当下的研究热点.硅负极在实际应用过程中由于自身电导率低、嵌锂时存在严重的体积膨胀效应,使得材料的倍率性能差、循环性能不理想,难以实现商业化应用.将导电性能优异的金属与储锂容量高的硅进行复合被视为有效的改性策略之一.本文介绍了硅-金属基负极在材料的结构设计、合成方法...     

锂离子电池多孔硅碳负极材料制备及其性质研究

以氧化亚硅为原料,利用氧化亚硅的歧化反应制备纳米硅颗粒、二氧化硅均匀分散的前驱体,然后利用低残余碳的原位高温固相分解制备得到了多孔结构的硅碳材料,并对材料的表面及微观结构和电化学性能进行了表征。SEM显示材料呈微米级多孔球形分布,该结构可以有效吸收充放电过程中硅的晶格膨胀。XRD和TEM结果表明,氧化亚硅材料在950℃开始发生歧化反应。首次比容量达到了1300.2mAh/g,库伦效率达到了84.5%。硅碳石墨复合材料首次比容量为462.6mAh/g,库伦效率为90.5%,循环50圈后比容量为441.7mAh/g,仍远高于常见石墨负极。     

Mn掺杂Co0.9Mn0.1P/RGO复合电极材料的合成及其电化学性能

锂离子电池的性能亟待突破瓶颈,当前商用锂离子电池负极材料选用的碳材料容量较低,本文合成制备了一种Mn掺杂石墨烯负载的Co_(0.9)Mn_(0.1)P/RGO复合材料,该材料用于锂离子电池表现出优异的电化学性能。在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到1 250 mAh/g,首次充电比容量为795 mAh/g,充放电效率63.6%。在800 mA/g电流密度下,循环500次,放电比容量仍然达到367 mAh/g。     

氮掺杂碳包覆多孔硅微球的制备及电化学性能

以铝硅合金(AlSi)粉末为原料,采用脱合金法获得多孔硅(porous silicon, P-Si)微球。再采用原位化学聚合法在P-Si微球表面包覆聚吡咯(PPy),得到PPy包覆的P-Si微球(P-Si@PPy),最后将P-Si@PPy置于Ar气氛中在800℃下煅烧3 h得到氮掺杂碳包覆多孔硅(nitrogen-doped carbon-coated porous silicon, P-Si@NC)微球。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等手段对材料的形貌、结构及电化学性能进行表征。结果表明,多孔硅微球直径在1μm左右,氮掺杂碳层的厚度约为18 nm。将P-Si@NC复合材料应用于锂离子电池负极,在0.1 A/g电流密度下首次放电比容量高达2 609.2 m Ah/g,首次库伦效率达87.52%,充放电循环50次后放电比容量仍能达到1 574.8 m Ah/g,展示出优异的电化学性能。P-Si@NC微球的多孔结构为嵌/脱锂过程中硅的膨胀/收缩提供了缓冲空间,氮掺杂碳层既作为保护层维持颗粒的完整性,又加速了锂离子和电子转移。     

稻壳基多孔硬碳的制备及其储钠性能

用稻壳做原料,不同浓度的氢氧化钾溶液做活化剂,采用水热法制备钠离子电池硬碳负极材料.利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面积测试系统（BET）和电池性能测试系统,对其结构、形貌和电化学性能进行表征.研究结果表明,用2 mol/L浓度的氢氧化钾做活化剂制备的多孔碳材料（RHPC-1-2）具有37.633 6 m2/g的高比面积且存在大量的微孔和中孔. RHPC-1-2材料具有高的可逆比容量为285 mAh/g和初始库仑效率为72%. RHPC-1-2材料表现出优异的循环性能,在100 mA/g电流密度下,首次循环放电比容量为204 mAh/g,循环100次后容量仍有200 mAh/g,容量几乎没有衰减. RHPC-1-2材料也表现出优异的倍率性能,在25 mA/g、50 mA/g、100 mA/g、200 mA/g和500 mA/g电流密度下放电比容量分别是265 mAh/g、247 mAh/g、213 mAh/g、170 mAh/g和112 mAh/g,当电流密度又是25 mA/g时,RHPC-1-2材料的放电比容量几乎没有下降.      

金属有机框架(MOFs)衍生物的制备及其在电催化方面的应用

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和有机配体组成的、由中等强度的配位键连接起来的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs具有比表面积大、孔隙度高、结构多样性及孔道表面可修饰等特点,因此, MOFs衍生材料在催化领域得到了广泛的研究和应用。近年来,在电化学催化领域,大量的由MOFs衍生得到的碳纳米材料或纳米颗粒与碳的复合物被运用于电催化时表现出优异的催化性能。为了制备出具有不同催化功能且高效的MOFs衍生物催化剂,需要重点关注MOFs材料本身的特性(结构、杂原子掺杂等)与热处理条件(活化气氛、温度、时间和加热梯度)等条件对催化剂电催化性能的影响。因此,主要从不同金属中心离子的角度介绍了以MOFs为前驱体制备多孔碳纳米材料、纳米颗粒/碳复合物的方法及其在还原反应(ORR),析氢反应(HER)两大电化学催化方面的应用,并对MOFs衍生物催化剂未来的发展趋势进行了展望。     

锂离子电池硅/碳负极材料的制备与应用

对锂离子电池中硅/碳负极材料的纳米结构、掺杂改性以及三元复合等制备工艺及其电化学性能、相关机理进行了总结。通过研究不同改性方法对硅/碳负极材料电化学性能的影响,以找到较为优异的改性路径。经过对比发现,通过采用纳米结构、原子掺杂以及三元复合的方法均可显著提升硅/碳负极材料的电化学性能。最后对硅/碳负极材料发展现状进行了简要分析,并对其研究前景进行了展望。     

MXenes在锂离子电池负极材料中的应用

MXenes(M_n+1X_nT_x)是一类二维无机化合物材料,它由几个原子层厚度的过渡金属氮化物、碳化物或碳氮化物构成。由于具有大的比表面积、快速充放电性能和小的体积变化等优点,MXenes受到越来越多研究人员的关注。研究者希望能够利用MXenes材料研发出具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料,从而提高电池的能量密度和寿命。然而MXenes材料制备过程中产生的层间堆积和坍塌限制了其进一步的发展。目前,研究人员通过将MXenes与其他材料复合制备出具有新结构的材料,不仅可以扩大层间距,改善材料结构,还有助于改进材料的电化学性能。本文介绍了MXenes与碳纳米材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和硅等材料复合改性来提高材料电化学性能的研究策略,并探讨了MXenes和碱金属等材料复合实现稳定无枝晶的锂离子电池金属负极的方案。最后,阐述了MXenes应用在锂离子电池负极材料中面临的挑战,并作出了展望。      

氮化碳自组装包裹对SnO_2-TiO_2复合锂离子电池负极材料电化学性能的影响

通过简单的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)纳米片自组装沉积法,制备了g-C_3N_4包裹的SnO_2-TiO_2纳米复合材料.扫描电子显微镜观察显示,g-C_3N_4均匀地包裹在SnO_2-TiO_2纳米颗粒上.SnO_2-TiO_2-C_3N_4纳米复合材料被用作锂离子电池的负极材料,在0.2C的倍率下循环20次后,比容量达到380.2mA·h·g~(-1),明显高于未经g-C_3N_4包裹的纯的SnO_2(51.6mA·h·g~(-1))和SnO_2-TiO_2纳米复合材料.在0.1~0.5C的倍率充放电测试中,SnO_2-TiO_2-C_3N_4纳米复合材料的比容量仅从490mA·h·g~(-1)衰减到330mA·h·g~(-1),高倍率下抗衰减性能优于同类材料.材料优异的电化学性能归功于g-C_3N_4的包裹处理,这不仅增强了固体电解质界面(SEI)的稳定性,也抑制了锂离子嵌入-脱出时SnO_2和TiO_2纳米颗粒的体积变化.     

锂离子电池负极材料ZnSnO3/C复合物的制备与性能

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点，已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO₃复合材料(ZnSnO₃/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明：当作为锂离子电池负极材料时，ZnSnO₃/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO₃电极.在200 mA·g^–1电流密度下，ZnSnO₃/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^–1，即使在大电流5000 mA·g^–1下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^–1的放电比容量，同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO₃/C复...     

基于金属有机框架材料设计合成锂离子电池电极材料的研究进展

金属有机框架材料 (Metal-organic frameworks,MOFs）是一种新颖的多孔晶体材料,具有比表面积大、孔隙率高、结构可设计性强等优点,但是,MOFs的低电导率以及在电解液中的稳定性等问题限制了其作为电极材料的应用。近年来,如何结合MOFs的优势进行锂离子电池电极材料的设计与合成受到了越来越多的关注。目前,通过自牺牲得到的多孔碳骨架和金属化合物等MOFs衍生复合电极材料,不仅解决了电导率低的问题,而且保留了MOFs的高比表面积和复杂多孔结构,为锂离子的插入/脱出、吸附/解吸等过程提供了丰富的活性位点;与此同时,从结构单元和化学组成方面增加了材料结构的复杂性,开放性的孔隙结构可以缓冲体积膨胀带来的机械应力,对外来离子存储和多离子传输具有重要的意义。本文综述了MOFs及其衍生物在锂离子电池电极材料的设计和研究中取得的最新进展,重点阐述了针对锂离子电池电极材料的要求进行MOFs形貌控制和修饰的方法,以及具有多孔、中空或特殊结构的MOFs衍生电极材料的制备关键影响因素及其结构特性对电化学性能的影响。最后,分析了MOFs衍生电极材料的研究挑战和发展方向。