试析锂离子电池负极材料的发展前景

锂离子蓄电池负极材料是电动汽车芯的一个部分,具有较大的市场,从其发展来看,我国国内锂离子蓄电池采用的多是锰酸锂为正极材料,碳为负极材料。电池循环寿命在1000次左右,而美日等发展国家则多相反的利用负极材料,电池的利用率大大提高。目前我国中信国安盟固利等相关的公司也在积极地进行研发,推出以钛酸锂为负极离子蓄电池。     

锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展

介绍了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的优点、晶体结构、嵌锂机理和电化学特性。对Li4Ti5O12的固相法、sol-gel法以及其他各种制备方法进行了讨论。对其一元掺杂、二元掺杂、金属氧化物包覆及有机物碳化后包覆等掺杂改性的研究结果进行了总结和评述。对Li4Ti5O12的发展应用前景进行了展望。     

简单温和的置换途径制备锂离子电池纳米硅负极材料

硅被认为是一种很有前景的锂离子电池负极材料,因为它理论比容量高达3580 mAh/g(Li_(3.75)Si,室温下形成)。分别以四氯化硅和锌粉作为硅源与还原剂,通过简单有效的置换反应在500℃的条件下制备出了纳米级硅,该方法制备工艺简单,并且原料成本低廉。所得到的纳米级硅颗粒为150~200 nm的球状,并对其进行电化学性能测试,该材料在0.2 A/g的电流密度下首次脱锂比容量能够达到1 747.7 mAh/g。然后以蔗糖为碳源通过高温热解法合成了硅碳复合材料,其50次循环后的脱锂容量保持率为82%。     

锂离子电池和锂聚合物电池概述

高比能量、长循环寿命的二次电池是电化学专家致力研制对象。当前，安全可靠、有利于环保、高功率密度、体积小、重量轻的新型二次锂电池正被广泛应用。文中通过对新型的锂离子电池、锂聚合物电池与铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等比较，突出了其优点；介绍了新型的锂离子电池、锂聚合物电池的构成、工作原理、电极材料特性及发展前景。     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

目前,商业上普遍使用石墨作为锂离子电池负极材料,由于其理论比容量较低(372 m Ah·g~(–1)),已经不能够满足锂离子电池的发展需求。研究发现,SnO_2作为负极材料可以和锂离子发生良好的可逆反应,且其可逆容量远高于石墨负极。但SnO_2在充放电过程中会出现颗粒粉化导致电极体积膨胀、裂解,从而影响锂电池的循环性能。通过加入石墨烯对SnO_2进行改性,不仅可以缓解SnO_2在运行过程中的体积膨胀,此外,石墨烯本身大的比表面积及良好的导电性,使得石墨烯/SnO_2材料具有较高的可逆容量及较好的循环稳定性。本文综述了几种不同方法制备石墨烯/SnO_2复合材料,在应用到锂离子电池负极材料时,均表现出良好的电化学性能。     

中科院化学所成功研制出新型高性能锂离子电池负极材料

锂离子电池是目前能量密度最高的绿色二次电池,已广泛应用于笔记本电脑、手机、摄影机等消费电子产品。无线通信产品、数字娱乐产品、电动汽车、电动工具等领域的高速发展,对锂离子电池的能量密度、功率密度和寿命提出了更高的要求,迫切需要开发出更高性能的锂离子电池电极材料。近日,中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的研究人员成功研制出一种具有优异循环性能的高容量锂离子电池负极材料。     

硅藻土作锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学性能研究

硅藻土作为一种自然材料,拥有很多优异的理化特性。介绍了如何从硅藻土中提取出高纯度SiO_2,并用金属热还原法制备出多孔硅,将其与商业硅进行对比研究。同时采用溶剂热法制备了SiO_2/TiO_2复合材料和球磨法制备SiO/TiO_2复合材料,分别对这三种材料进行粉末衍射、扫描电镜等表征。然后将这三类材料作为锂离子电池的负极材料,以锂片作为正极制作锂离子半电池,并对锂离子半电池的循环稳定性,恒流充放电等电化学性能进行表征。结果表明,制备的单质硅具有孔道结构,电池的循环性能比商业硅好。将本实验所用的三类负极材料进行比较可以发现:在首次充放电容量方面,硅和SiO/TiO_2/Mg复合材料明显高于SiO_2/TiO_2复合材料;在循环稳定性方面,复合材料的循环性能明显高于多孔硅,SiO_2/TiO_2复合材料处于绝对领先地位。     

锂离子电池负极材料SnO2的制备及其性能研究

以NaOH为沉淀剂,聚乙二醇400(PEG400)为分散剂,采用改进的化学沉淀法制备了前驱体粉末Sn(OH)2,在不同温度下煅烧得到了SnO2纳米颗粒.运用X射线衍射、扫描电镜、恒流充放电、循环伏安法等手段对所制材料的结构、表面形貌和电化学性能进行了研究.结果表明:采用改进的化学沉淀法可以得到平均粒度为80nm左右的SnO2纳米颗粒,其中700℃下煅烧合成的SnO2性能最佳,其首次放电比容量和充电比容量分别为1576.3mAh/g和836.7mAh/g,首次库仑效率为53.1％.经过20次循环充放电后,其比容量仍有411.4mAh/g.     

锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的改性研究进展

锂离子充电电池(LIBs)在汽车和移动通信设备领域有着广泛的应用前途,成为最近的研究热点。尖晶石Li4Ti5O12因其在充放电过程中优异的可逆性、结构稳定性、安全性和高锂离子迁移率,已经成为了一种很有前途的高容量锂离子电池负极材料。分别从掺杂改性、表面改性和纳米结构等几个方面综述了Li4Ti5O12的改性研究进展。     

碳改性锂离子电池正极材料LiMn2O4的电化学性能

采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiMn2O4微粉,并采用热裂解法在其表面进行了碳包覆。通过XRD、SEM、TGA分析和充放电测试研究了包覆后粉体的晶体结构、形貌、包覆量和电化学性能。测试结果表明:合成的碳包覆LiMn2O4材料为单一的尖晶石型结构,碳包覆有效降低了Jahn-Teller畸变和锰在电解液中的溶解,提高了材料的电化学性能。以0.1C倍率充放电时碳包覆LiMn2O4的初始充放电比容量为123.1 mAh/g,循环20次后容量保持率为96%。     

锂离子动力电池的性能选择及安全性保护

锂离子电池是一种应用广泛的可充电电池,相对性能比较好,特别是锂离子动力电池已成为工业化环境中的新能源。随着其使用面的扩大,对锂离子动力电池的性能选择、充放电的安全保护显得愈发重要。     

二次电池金属锂负极的研究进展

金属锂负极具有极高的比容量、极低的密度和最负的电势,被认为是最有希望的下一代高能量密度型电池的负极材料。然而,在反复充放电过程中,锂负极会出现严重的粉化和枝晶生长,造成安全隐患,极大地降低了电池的性能,缩短了使用寿命。综述了近年来国内外针对金属锂负极存在问题进行的改性研究进展,从锂负极存在问题的根源、锂枝晶的生长模式以及近年来改善锂负极的举措三个方面出发,重点针对锂枝晶问题开展分析,并予以展望,为高能量密度锂电池的商业化研究提供借鉴。     

高性能碳纳米管复合Fe3O4锂离子电池负极材料研究

通过添加碳纳米管共沉淀的方法制备了Fe3O4-CNTs复合材料。研究发现,CNTs不仅可以降低复合材料作为锂离子电池负极的阻抗,而且对活性物质Fe3O4起到很好的支撑作用,极大地提高了Fe3O4在充放电过程中的电化学稳定性。在0.5 A/g的电流密度下Fe3O4-CNTs循环200圈后的放电比容量保持在1406 mAh/g。在10 A/g的大电流密度下循环,第100圈时Fe3O4-CNTs的放电比容量稳定在230 mAh/g左右。循环至第9999圈时,Fe3O4-CNTs的比容量下降至179 mAh/g,只损失了50 mAh/g,充放电效率高达99.98%。Fe3O4-CNTs复合材料在大电流密度超长循环的背景下表现出优异的性能,对负极材料的开发有重要的意义。     

掺杂和碳包覆对锂离子电池负极材料Li4Ti5O12性能的影响

采用固相法首次合成了碳包覆的掺杂不同金属离子的锂离子电池负极材料Li3.9M0.1Ti5O12/C(M=Mn、Cu、Mg),对材料进行了循环伏安测试及恒电流充放电测试。结果表明:金属掺杂未改变材料的晶体尖晶石结构,由于金属离子对Li4Ti5O12的晶胞内部的掺杂和C对其外部的包覆,使复合材料的锂离子扩散速率、大电流循环稳定性和可逆容量都明显提高。在1C充放电循环时,Li3.9Mn0.1Ti5O12/C、Li3.9Cu0.1Ti5O12/C、Li3.9Mg0.1Ti5O12/C首次放电容量分别达到156.6,162.4和169.8 mAh/g;50次循环后,容量分别保持在155.4,159.6和169.7 mAh/g,展示了优良的电化学特性。     

锂离子电池用蛋黄-壳结构硅碳负极材料进展

硅材料具有高理论容量、低工作电压、储量丰富和环境友好等优点,是最有潜力的锂离子电池负极材料之一。然而,硅在锂化/去锂化过程中会产生超过300%的体积膨胀,从而导致硅颗粒粉化和容量快速衰减。近年来,一类新型的蛋黄-壳结构硅碳复合材料引起了广泛的研究关注,这种结构可缓解嵌锂过程中的体积膨胀,提高材料的循环稳定性。本文对蛋黄-壳结构的硅碳负极材料进行了分类和介绍,分析了蛋黄-壳结构硅碳材料的制备方法。阐述了蛋黄-壳结构参数对材料储锂性能的影响。指出通过开发低成本和环境友好的制备工艺、纳-微结构设计和结构参数优化,有望获得性能更优的新型蛋黄-壳结构硅碳负极材料,进一步推动硅碳负极材料的产业应用。     

聚对苯二甲酰对苯二胺锂离子电池隔膜材料研究进展

锂离子电池已经得到广泛应用,但是其隔膜安全性一直没有得到彻底解决。液晶高分子聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)具有优异的耐热、耐腐蚀、制品尺寸稳定性好等特点,其纤维材料对位芳纶具有优异的力学性能,因此PPTA作为锂离子电池隔膜材料具有很好的应用前景。但是将PPTA制备成多孔膜是一个巨大的技术挑战。本文从技术进展的角度,详细综述了锂离子电池隔膜制备技术的进展情况,对PPTA电池隔膜的各个技术路线进行比较分析。最后对本研究团队在PPTA锂离子电池隔膜领域所做工作进行简要介绍。结果表明,利用PPTA纳米纤维制备技术可以制备出厚度、孔隙率及电池性能优异的锂离子电池隔膜,PPTA隔膜具有很好的应用前景。     

V2O5(TiO2)/S复合材料作锂电池正极的性能研究

为了改善锂硫电池的循环性能,将单质硫分别与纳米金属氧化物(V2O5,TiO2)机械混合。用XRD对材料的晶体结构进行了表征。通过循环伏安、交流阻抗和电池性能的对比,对材料的电化学性能进行了分析。结果表明:采用V2O5改性的硫材料,首次放电比容量达844.68 mAh.g–1,样品循环容量衰减明显改善,30次后比容量保持在696.71 mAh.g–1。而TiO2/S复合材料,初始放电比容量为578.21 mAh.g–1,30次循环后比容量为347.71 mAh.g–1。     

锂离子电池正极材料研究进展

主要介绍了传统锂离子电池正极材料的改性研究和新型锂离子电池正极材料的研究现状和发展方向。重点综述了正硅酸盐Li2MSiO4(M=Fe,Mn)类正极材料,含V的正极材料,有机物正极材料以及其他新型锂离子电池正极材料的研究现状和性能改进方法。