高容量锂离子电池硅基负极材料的研究现状与发展北大核心

硅基材料因具有高比容量的特点成为新一代高容量锂离子电池的负极材料,但其在锂离子脱嵌锂过程中存在严重的体积效应,降低了电池的循环稳定性和初始库伦效率,从而限制了其商业化应用。本文综述了近几年来锂离子电池硅基负极材料的主要改性方法和研究进展,阐述了硅基材料作为锂离子电池负极材料存在的问题,并指出其未来的发展方向。     

锂离子电池用高容量复合负极材料的研究进展

硅基复合材料因具有较高储锂特性而成为锂离子电池用高容量负极材料的首选。本文介绍目前常见的3类硅基复合负极材料:包覆型硅基负极材料、硅/炭复合负极材料、氧化亚硅复合负极材料。简述这几类材料各自的优势和区别,最后对硅基材料所面临的现状进行分析,提出其未来的发展方向。     

锂离子电池多孔硅基复合负极材料的研究进展

概述了多孔硅基负极材料在锂离子电池中的应用,重点介绍了材料结构和复合方式对其电化学性能的影响;分析了导致其循环性能降低的主要原因,指出控制电池循环过程中硅基材料体积变化、抑制SEI膜的增加是改善硅基负极材料循环性能的重要途径. 对多孔硅基复合负极材料的研究进行了展望,提出在纳米化和复合化的基础上,设计特殊孔道结构、制备多孔的硅/碳复合材料是推进硅基负极材料应用的重要研究方向.     

高容量锂离子电池硅基负极材料的研究现状与发展

硅基材料因具有高比容量的特点成为新一代高容量锂离子电池的负极材料,但其在锂离子脱嵌锂过程中存在严重的体积效应,降低了电池的循环稳定性和初始库伦效率,从而限制了其商业化应用。本文综述了近几年来锂离子电池硅基负极材料的主要改性方法和研究进展,阐述了硅基材料作为锂离子电池负极材料存在的问题,并指出其未来的发展方向。     

锂离子电池用硅基负极材料研究进展

硅基负极材料由于出色的储锂容量被认为是最有潜力的锂离子负极材料,但其较差的电导率及脱嵌锂过程中巨大的体积变化导致其循环稳定性较差.本文概述了硅/炭复合负极材料和氧化亚硅复合负极材料的改性方法及研究进展,及其预锂化技术、黏结剂、电解液及添加剂研究等,并对硅基负极的研究现状进行总结及展望.     

锂离子电池硅基负极黏结剂的研究新进展

硅具有较高的理论比容量,被认为是极具应用前景的锂离子电池负极材料。然而,硅在充放电过程中会产生巨大的体积变化,导致电极粉化脱落和容量的迅速下降,限制了硅基负极材料的应用。黏结剂是锂离子电池中一个不可或缺的组成部分,对体积变化较大的硅基负极而言,除了满足作为锂离子电池黏结剂的基本要求外,对黏结剂的结构和性能又提出了新的要求,黏结剂的选择对于增强硅基电极结构的稳定性并实现长期循环具有更加重要的意义。总结了近年来硅基负极材料黏结剂的研究进展,重点介绍了用于硅基负极材料的交联类黏结剂、导电类黏结剂和自修复类黏结剂等几种黏结剂的性能特点和应用,为选择和设计更加适合的硅基负极黏结剂提供研究建议。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

在高能量密度锂离子电池开发中，应用最关键的是硅基负极材料。而硅基负极的实际应用受到首效低，导电率低，充放电时体积变化很大，造成循环寿命很短的限制。科研人员为此进行了大量的硅基负极材料的改性。本文从硅基负极材料的改性方法、补锂技术、导电剂、粘结剂和电解液添加剂这五个方面的研究进展进行了概述，为硅基负极的商业化应用开发提供了研究方向。     

二维硅烯纳米片作为锂离子电池负极材料研究进展

硅材料被公认为最具有商业化前景的高容量锂离子电池负极之一,但其锂化膨胀率过高的问题成为阻碍应用的瓶颈.基于层状结构和特殊价键形式的新型二维材料—硅烯成为负极材料理想的硅源,为从根本上破解锂离子电池能量密度偏低的难题提供新途径.本文综述了硅烯纳米片作为锂离子电池负极的研究进展,分别就硅烯纳米片的特性、硅烯纳米片的制备工艺...     

锂离子电池用硅基复合材料的研究进展

锂离子电池硅负极材料具有很高的理论比容量(4200 m Ah/g),但其在充放电过程中巨大的体积变化导致循环性能很差,同时较低的电导率也限制了硅在锂离子电池中的应用前景。将硅与其它材料进行复合是改善硅基负极材料循环稳定性、提高其倍率性能的主要途径。文章综述了近年来硅基复合材料的研究进展,以期为硅基复合材料的研究提供参考。     

锂离子电池硅负极粘结材料的研究进展

硅基负极材料因具有较高的理论比容量 4200 mAh/g，已成为国内外新能源锂离子电池负极材料领域研究热点课题。然而，由于硅基材料体积膨胀率高达400%，经多次充放电循环后，硅颗粒会发生破裂和粉化使其在电极基体上易脱落，从而导致电池容量衰减快、寿命短的技术缺陷。为缓解硅颗粒巨大体积变化产生的应力以及维持电极完整性，国内外科学研究者们从电池组成上出发，对活性材料、导电剂、粘结剂、电解液等进行系统研究，其中对聚合物粘结剂改性是一种实现其高寿命、抗衰减的有效手段之一。基于锂离子硅基负极材料优异特性及粘结材料的研究现状，综述了硅基负极组成、结构、性能、作用原理、分子间作用机制以及负极粘结剂的分子结构设计，探讨其对硅基锂离子电池电化学性能的影响规律，为锂离子电池硅基负极粘结材料的应用与开发提供理论和实践指导。     

锂离子电池新型负极材料的研究进展

锂离子电池作为一种电源应用很广泛,但是在应用中存在一些不足,选取电化学性能良好的正负极材料是提高和改善锂离子电池电化学性能最重要的因素。从新型碳材料、硅基负极材料、锡基负极材料三方面介绍了目前锂离子电池的研究状况,并展望了锂离子电池负极材料的发展趋势。     

锂离子电池硅基复合负极制备方法

硅（Si）被视为取代现有商业化石墨负极极具潜力的材料之一,然而硅基材料在充放电过程中巨大的体积变化严重影响电池的电化学性能和使用寿命,因此如何有效克服体积效应以提高其电化学性能成为亟待解决的问题。本文围绕硅基复合负极制备过程,从物理方法、化学方法、多种方法结合三个方面综述了目前在硅基负极改性方面的最新进展,重点对不同的制备方法及过程进行了简介、分类、比较和分析,总结了其优缺点,指出多种方法结合制备硅基复合负极最具优势。最后对未来高性能硅基复合负极的研究和开发进行了展望,以期为硅基负极性能优化及探索新型制备方法提供借鉴。     

One-dimensional core-shell composite of AgNWs@Si@GO for high-specific capacity and high-safety anode materials of lithium-ion batteries

Si/C composite materials used for Lithium-ion battery anode, have received widespread attention owing to theirs superior energy density, long cycle life, and low self-discharge efficiency. However, the unstable solid electrolyte interface (SEI) and severe volume expansion, occurring in lithiation-delithiation of silicon materials, are major obstacles to its commercial application. Here, we proposed a silver nanowire@silicon@graphene oxide (AgNWs@Si@GO) core-shell structure by introducing one-dimensional silver nanowire into reactive silicon material through an uncomplicated polyol method. The electrochemical properties of the prepared AgNWs@Si@GO composites were well characterized as the anode of Lithium-ion batteries (LIBs). The synthesized AgNWs@Si@GO composites exhibited exceptional electrochemical performance, high specific capacity (1384.8 mA h/g at 0.2 C) and improved cycle stability. The excellent electrical conductivity of AgNWs and the outstanding flexibility of GO makes AgNWs@Si@GO core-shell structure efficaciously alleviate the volume expansion of silicon-based materials in the process of lithiation, and further improve the cycle stability of electrode materials.     

Si基锂离子电池负极材料研究进展

硅具有高的理论比容量、较低的嵌锂电位、来源广泛且环境友好等优点,被认为是下一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。然而,在锂离子脱嵌过程中巨大的体积膨胀引起了活性材料的粉化和破裂,这带来了电极循环性能差、容量衰减快甚至电极失效等一系列问题。迄今为止,有大量关于改性硅基材料的报道。本文将重点介绍硅基材料的纳米结构化设计和硅/碳材料的结合。首先,分析了硅的储锂及失效机制,从机理上理解硅的失效对其电化学性能的影响。其次,从理论上阐述了纳米级硅材料对缓解体积效应的机理,从结构设计、材料合成、形态特征和电化学性能等方面论证了纳米硅材料的优势。随后,从缓解体积膨胀、提高电导率和形成稳定的固体电解质（SEI）膜等方面总结了硅碳复合材料的研究进展。此外,还讨论了将导电聚合物和金属引入硅基材料的电化学性能增强机理。最后,从提高首次库仑效率、SEI膜稳定性和质量负载量等方面对硅基材料的产业化应用提出几点建议。     

Characterization of silicon- and carbon-based composite anodes for lithium-ion batteries

In recent years development of active materials for negative electrodes has been of great interest. Special attention has been focused on the active materials possessing higher reversible capacity than that of conventional graphite. In the present work the electrochemical performance of some carbon/silicon-based materials has been analyzed. For this purpose various silicon-based composites were prepared using such carbon materials as graphite, hard carbon and graphitized carbon black. An analysis of charging-discharging processes at electrodes based on different carbon materials has shown that graphite modified with silicon is the most promising anode material. It has also been revealed that the irreversible capacity mainly depends on the content of Si. An optimum content of Si has been determined with taking into account that high irreversible capacity is not suitable for practical application in lithium-ion batteries. This content falls within the range of 8-10 wt%.The reversible capacity of graphite modified with 8 wt% carbon-coated Si was as high as 604 mAh g⁻¹. The irreversible capacity loss with this material was as low as 8.1%. The small irreversible capacity of the material allowed developing full lithium-ion rechargeable cells in the 2016 coin cell configuration. Lithium-ion batteries based on graphite modified with silicon show gravimetric and volumetric specific energy densities which are higher by approximately 20% than those for a lithium-ion battery based on natural graphite.     

锂离子电池概述及负极材料研究进展

文章对锂离子电池的工作原理、应用领域及其负极材料作了箍要概述,并综述了碳材料、氧化物负极材料、金属及合金类负极材料和复合负极材料等多种负极材料的研究概况。     

木质素衍生炭在碱金属离子电池负极中的研究进展

碱金属离子在商品化石墨负极材料的嵌入/脱出过程中会发生较大的体积膨胀,导致容量衰减快、倍率性能差等问题。木质素衍生炭材料具有原料丰富、经济、制备工艺简单及结构可控等优点,作为碱金属离子电池负极表现出较高的容量、较好的倍率性能和循环稳定性。木质素衍生炭材料在过去十多年中取得了一些研究进展。基于此,简要介绍了碱金属离子电池碳材料负极的储能机理及特点,系统综述了木质素衍生炭材料在碱金属离子电池负极材料中的最新研究进展,重点总结了其合成策略、结构特征、储存机理以及其电化学性能等,指出了层间距调控、碳层排序和表面功能化与电化学性能之间的构效关系。此外,拓展概述了木质素衍生炭材料的发展前景和面临的挑战,为木质素衍生炭材料的下一步研究和开发提供参考。