锂离子电池负极材料研究概述

锂离子电池已经在新能源动力电池、便携式电子设备及储能领域广泛使用。商业化锂电池大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系作为正负极,由于电池材料本身的理论储锂容量较低,限制了锂电池向高比能量、长使用寿命方向的发展。对于当前成熟的石墨类碳负极材料,其嵌锂能力基本已被充分发挥,难以实现这一目标。本文介绍了应用于锂离子电池负极的相关材料和研究进展,并就作为下一代锂离子电池理想负极材料—硅负极进行了展望。     

锂离子电池负极材料锡基氧化物的研究

采用锡基复合氧化物作为锂离子二次电池负极材料，并对其进行了合成及电化学测试，电化学测试结果表明，样品（包括SnO和SnO2以及在SnO中添加B，P，Al等元素之后的复合氧化物）的可逆容量可分别达到612mAh/g,598mAh/g和658mAh/g，这充分证明了锡基氧化物用于锂离子二次电池是非常合适的，另外，通过X射线衍射分析和SEM（电子描电镜）对锡基复合氧化物作了分析研究，XRD分析结果表明，在SnO中添加B，P，Al等元素之后所焙烧出的产物完全是玻璃体结构，在SEM表征结果中显示出SnO是粒子状结构，在SnO中添加B，P，Al等元素之后，样品的形貌是不规则的四角形态，粒径分布范围较广，结果表明锡基复合氧化物作为锂离子电池负极材料很有应用前景。     

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研究进展。重点介绍了锡基负极材料的合成方法、电极反应机理及其电化学性能。指出锡基负极材料由于其高的可逆容量，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。     

高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成

通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯（MnO/rGO）复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g^-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g^-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g^-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g^-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g^-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰（p-MnO）更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.     

还原-热扩散合金化法制备锂离子电池SnSbFe合金负极材料

文中通过化学还原-热扩散合金化方法,制备了类方形纳米结构SnSbFe合金复合材料。SnSbFe合金颗粒分布均匀,颗粒大小为250 nm左右。与同样方法制备的纳米级Sn2Fe合金复合材料相比,SnSbFe合金复合材料的电化学性能有显著提高。该方法制备的合金复合材料通过减缓材料充放电过程中的体积变化,抑制去合金化过程中纳米锡的团聚现象,从而显著提高材料的循环性能。Sn2Fe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为694、78.6 mAh/g。而SnSbFe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为1 138、406 mAh/g。     

碳包覆硒化锌用作高性能锂离子电池负极材料

石墨是当前锂离子电池的主流商用电极材料,然而受限于电化学储锂机理原因,其理论比容量偏低。因此,寻找高比容量负极材料的课题受到研究人员的广泛关注。本文以蔗糖为碳源,使用水热法制备了碳包覆 ZnSe,并探究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线衍射（XRD）等系统研究了材料的形貌、结构和组分等。结果表明,碳材料的引入,并未改变ZnSe的晶体结构。为了探究其电化学储锂特性,以金属Li作为对电极组装了锂离子电池半电池,并利用循环伏安法、恒流充放电等方法对其性能进行了评估。结果表明,相比目前常用的聚偏二氟乙烯（PVDF）黏结剂,使用羧甲基纤维素钠（CMC）作黏结剂,碳包覆ZnSe样品表现出更为优异的循环稳定性和更高的比容量。此外,相比纯ZnSe,碳包覆之后其锂离子电池储能特性得到了极大提升,在0.1 A/g电流密度下,经过 50次循环,在最优碳包覆含量下,其比容量由 228.8 mAh/g提升至 545.0 mAh/g;即使在 1 A/g电流密度下循环 500圈, 其比容量依旧保持在500 mAh/g以上。     

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。      

锂离子电池锡基负极材料的研究进展

综述了近年来金属锡、锡基合金及其氧化物负极材料的研究现状,对目前研究存在的问题进行了分析,认为多重缓冲结构的多组分复合锡基合金和合成纳米复合氧化物是锂离子电池锡基合金和氧化物负极材料的主要研究方向.     

废旧锂离子电池负极材料资源化回收再利用研究

废旧锂离子电池资源化回收利用研究主要集中在正极材料回收有价金属方面,而对负极材料的回收利用研究较少。废旧负极材料含有锂和石墨,其品位远高于矿石中含量,是极具回收价值的“城市矿山”。本文以硫酸为浸出剂,从废旧负极材料中回收锂资源和石墨。考察了硫酸浓度、固液比、时间、温度对锂浸出效果的影响。研究结果表明,H₂SO₄浓度1.5 mol·L^-1、固液比60 g·L^-1、反应时间40 min和反应温度45℃时,Li的浸出率达到98.5%。酸浸液浓缩除杂后,再制备Li₂CO₃含量为99.1%,达到国标Li₂CO₃-1产品要求。回收的石墨经X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)检测,酸浸后负极材料为纯相层状结构石墨,杂质含量少。将回收的石墨再利用为负极材料时,可逆比容量达到354 mAh·g^-1,30周循环后,可逆比容量仍有347 mAh·g^-1,容量保持率在98%以...     

高纯石墨碳材制备锂离子电池负极材料工艺分析

介绍了锂离子电池负极材料的类型,提出了采用高纯石墨碳碳材制备负极材料的工艺流程。     

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。      

热电池阳极材料Li-B合金的密度分析

根据LiB化合物的六方结构模型,计算了热电池阳极材料Li-B合金随B含量变化理论密度曲线,采用阿基米德方法分别测量了24％B(摩尔分数)Li-B合金反应完全并经冷挤压样品和未经第二次放热反应中间样品的密度,综合分析了以往不同研究者测量的结果,研究表明,反应充分并消除合金中孔隙后其实验密度值与理论计算一致,以往造成实验偏差的主要原因是样品中存在孔隙,中间样品的密度与Li-B元素混合计算密度一致,它支持在第一次反应和第二次反应之间B溶化在Li中的观点。     

固相法合成锂离子电池正极材料LiFePO4

橄榄石型LiFePO4是近年发展起来的一种锂离子电池正极材料,它的理论容量为170 mA·h/g,具有价格便宜、环境友好、无毒、无吸湿性、热稳定性好等优点,越来越受到人们的重视.通过固相法制备LiFePO4,分别考察了锂铁摩尔比与烧结时间对于LiFePO4的电化学性能的影响.结果表明,最佳的锂铁摩尔比为1.05,最佳的烧结时间应为24h,在0.1C倍率下放电,初始放电容量为140.4mA·h/g.     

基于CEEMDAN–LSTM组合的锂离子电池寿命预测方法

针对目前锂离子电池寿命预测结果不准确的问题,提出了一种多模态分解的锂离子电池组合预测模型,从而学习锂离子电池退化过程的微小变化。该方法在单一长短期记忆（LSTM）预测模型的基础上,采用了自适应噪声完全集成的经验模态分解(CEEMDAN)算法将锂电池容量分为主退化趋势和若干局部退化趋势,然后使用长短期记忆神经网络（LSTMNN）算法分别对所分解的若干退化数据进行寿命预测,最后将若干预测结果进行有效集成。结果表明,所提出的CEEMDAN?LSTM锂离子电池组合预测模型最大平均绝对百分比误差不超过1.5%,平均相对误差在3%以内,且优于其他预测模型。      

Production technology of carbon powders for building anode materials for lithium-ion (polymer) batteries

Some polymorphs of carbon (anode matrices) made from renewable vegetable resources, namely bamboo sprouts and sugar cane, were investigated by pyrolysis in an experimental thermal apparatus at 1000°C, followed by mechanical synthesis.     

微波干燥在锂离子电池材料生产中的应用

介绍了微波干燥的原理、特点和设备组成,并与传统干燥技术相比较,研究和分析了微波干燥技术在锂离子电池材料生产中的优势。结果表明,经微波干燥处理后,锂离子电池材料的前驱体磁性异物引入量大大降低,分散性好且无团聚现象,与传统干燥前驱体的X射线衍射物相无明显差异,干燥效率提高,一次成品率显著提升。微波干燥技术成功解决了锂离子电池材料磁性异物引入量高、干燥不均匀、分散性差、易团聚等问题,有利于锂离子电池材料的工业化生产。     

微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验

锂离子电池在大功率应用下的热控制和热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈,为解决此问题,运用微热管阵列设计锂电池模块散热系统,在开放条件下对电池模块进行恒流18 A（1 C）和36 A（2 C）充放电测试,通过测量布置微热管阵列前后电池表面温度可知：在1 C和2 C充放电倍率下,散热系统能够有效的降低电池模块的温度及电池间温度差异,将温度和温度差值分别控制在40℃与5℃之内,可以解决温度对电池寿命和容量的影响问题.基于实验数据,对其中一2 C工况热量进行了计算,得到通过微热管阵列的对流散热量达到模块生热量的40%.     

电感耦合等离子体质谱法测定锂离子电池正极材料钴酸锂中20种杂质元素

探讨了电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定钴酸锂中Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Pd、Ag、Cd、Sn、Au、Pb、Bi等20种杂质元素的分析方法。样品用硝酸+盐酸经微波消解,试液用超纯水稀释后直接用ICP-MS法同时测定上述杂质元素。通过向八极杆碰撞/反应池(ORS)中引入氦气或氢气,消除高盐基体可能带来的多原子离子对待测元素的质谱干扰,选用⁴⁵Sc、⁸⁹Y、¹⁰³Rh、²⁰⁵Tl内标混合液校正基体干扰和漂移。20种待测元素的检出限在0.006～0.41 μg/L之间。对锂离子电池正极材料钴酸锂样品进行精密度和准确度考察,相对标准偏差为1.3%～5.7%,加标回收率为91%～107%。采用实验方法对不同批号的钴酸锂样品进行测定,结果同其他方法(AAS,AFS,ICP-AES)测定值一致。     

Carbon-silicon anode composites for lithium-ion (polymer) rechargeable batteries

Carbon-nanodispersed silicon anode composite matrices, which are promising for lithium-ion (polymer) rechargeable batteries, are produced by mechanical activation. A high dispersity and specific surface area of the composite powders are achieved.     

锂电池极片轧制技术研究进展

动力锂离子电池作为新能源汽车的"心脏",其核心部件——正负极片的轧制厚度一致性、压实密度及剥离强度等指标直接决定着锂电池关键性能及安全性.针对锂电池极片轧制工艺技术及装备,介绍了近年来国内外学者在极片新型轧制工艺、轧制后极片微结构及性能、轧制过程工艺模型及极片轧制设备等方面的研究现状及研究成果,并结合未来锂电池行业需求...