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.     

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。     

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。      

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。     

酚醛树脂炭包覆石墨材料作为锂离子电池负极材料的研究

以液相浸溃法在天然鳞片石墨(NFG)表面包覆酚醛树脂后进行热处理,制备了酚醛树脂炭包覆石墨材料,将这种材料作为锂离子电池的负极材料,运用恒电流充、放电法、粉末微电极循环伏安法考察了其在1 mol/L LiPF_6/(EC+DEC)(1:1)电解液中的充、放电性能,并分析了工艺条件中最高热处理温度(T_max)对其充、放电性能的影响,实验结果表明,经T_max=900℃热处理的酚醛树脂炭包覆石墨材料的第3次稳定放电容量(D_3)为213.75 mA·h/g,第3次充、放电效率(η_3)为88.69％,循环寿命达800次以上,可作为高性能锂离子电池的负极材料。     

喷雾热蒸发炭膜用于二次锂离子电池负极的研究

以有机热解炭(石墨)为原料,用喷雾热蒸发法制备了用于二次锂离子电池负极的炭膜,用循环伏安法和恒电流充放电法测试了所获炭膜的电化学性能,测试结果表明,在第1循环周期中存在1个还原峰对应在电极表面形成固体电解质中间相膜;当充放电电流大小合适时,容量和每mol炭中嵌入其他物质的摩尔数(x)值都较大,基于这些实验结果,认为所获得的炭膜能用作电池负极以相对测试其他正极材料的电化学性能。     

锂离子电池负极材料用纳米铁酸锌的制备及研究进展

铁酸锌(ZnFe2O4)因其优良的性能被用作锂离子电池新型负极材料,但ZnFe2O4导电性差,充放电过程中的体积效应严重,导致其循环稳定性低、容量衰减快、倍率性能差,限制了其的应用.本文介绍了几种制备纳米铁酸锌及铁酸锌复合材料的方法,通过扫描电子显微镜对纳米级铁酸锌的形貌结构进行了研究,总结了水热法、溶剂热法、静电纺丝...     

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。      

静电纺丝法制备空心钛酸锂材料

为进一步提升钛酸锂材料的性能, 本文在传统静电纺丝技术的基础上, 将纺丝喷头改进成内外嵌套的同轴喷头, 以两种溶液的形式进行同轴共纺, 得到了具有空心结构的钛酸锂纤维丝.将其与传统静电纺丝法制备的实心结构钛酸锂纤维丝进行对比, 结果表明: 空心钛酸锂材料粒度均一、无团聚现象, 材料具有明显的空心结构, 结晶性能良好, 比表面积是实心结构的1.3倍.形貌结构的改善极大地提高了空心钛酸锂材料的电化学性能, 表现为小倍率下二者的放电比容量接近理论比容量, 但在20C倍率下空心结构的钛酸锂材料优于实心钛酸锂, 仍可达到130 mA·h·g-1, 循环200周后容量保持率仍达98%, 具有良好的稳定性; 循环伏安和交流阻抗曲线也表明: 空心结构使得钛酸锂材料的极化程度减少, 电化学反应阻抗降低, 更有利于电化学反应的进行.      

无烟煤制备高性能锂离子电池负极材料的研究

以我国资源丰富的低成本优质无烟煤为原料,经过2800 ℃高温纯化、石墨化处理,制备出锂电池用负极材料,用相同手段处理商业化石墨的前体石油焦与石墨化无烟煤作对比。通过X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,拉曼光谱（Roman）和氮吸附?解吸等手段对无烟煤基负极材料进行微观结构的表征。采用恒流充放电（GCD）,循环伏安（CV）表征其电化学性能。实验结果表明,无烟煤基石墨化负极材料的石墨化度可达95.44%,比表面积为1.1319 m2·g?1,石墨片层结构平整光滑。该石墨化无烟煤作为锂离子电池的负极材料首次库伦效率为87%,在0.1C的电流密度下具有345.3 mA·h·g?1的可逆容量,且在高倍率下该材料比石墨化石油焦材料显现出更好储锂性能,这归功于石墨化无烟煤较为规则高度有序的表面结构。在不同倍率循环后电流密度恢复到0.1C时容量基本无衰减,100圈循环后可逆容量保持率高达93.8%,基本与石墨化石油焦负极相当,拥有优异的循环稳定性。无烟煤基石墨在容量、倍率性能及循环稳定性上基本接近甚至超过石墨化石油焦。本研究表明,采用优质无烟煤作为原料生产锂离子电池负极材料具有潜在的研究价值和广阔的商业前景。      

锂离子电池正极材料钴酸锂的氧化铝包覆研究

在锂离子电池充放电过程中,锂离子在正负极材料中反复嵌入与脱嵌,使LiCoO2活性材料的结构在多次收缩和膨胀后发生改变,同时导致LiCoO2发生层间松动而脱落,使内阻增大,电化学比容量减小。本文主要针对这些问题,提出在LiCoO2表面包覆一层Al2O3。包覆Al2O3后可避免LiCoO2与电解液直接接触,减少电化学比容量损失,从而提高Li-CoO2的电化学比容量,改善其循环性能,延长使用寿命。本文通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射和电化学性能测试等分析研究,说明了这种表面修饰对改进材料的电化学性能是十分有意义的。     

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。     

高温固相还原法制备新型锂离子负极材料NbO及其电化学性能

以Nb和Nb2O5粉末为原料,采用高温固相还原法合成NbO电极材料。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光衍射粒度分析(LDSA)、充放电测试、循环伏安(CV)测试等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行表征,并通过原位XRD分析测试,探究NbO作为负极材料在锂离子电池中的反应机理。结果表明:NbO用作电极材料的平均嵌锂平台在1.6 V左右。NbO对锂的插嵌机理为锂离子的直接脱嵌,是1个单相转变过程。在0.05 C(C为充放电电流倍率)下,NbO和球磨处理后(Ball-milling)的NbO-BM的首次放电容量分别为220(mA·h)/g和280(mA·h)/g,经过50次循环后,剩余容量分别为170(mA·h)/g和220(mA·h)/g     

锂离子电池用氧化钨负极材料的改性

以碳纳米管薄膜(CMF)作为柔性基底,采用喷涂法将氧化钨(WO₃)和碳源(柠檬酸)固定在CMF上,形成碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜(WO₃@C/CMF)复合材料。采用冷冻干燥法和水热法对材料进行后续处理,分别得到了冷冻干燥型-碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜(F-WO₃@C/CMF)和水热型-碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜(H-WO₃@C/CMF)。结果发现H-WO₃@C/CMF中WO₃具有较好的分散度。通过对钨源和碳源质量配比的研究,发现钨源与柠檬酸质量比为1∶1时所得H-WO₃@C CMF(1∶1)的电化学性能更优,首圈放电比容量为1 180 mAh/g,50圈循环后放电比容量仍有589 mAh/g。结果表明H-WO₃@C/CMF作为锂离子电池负极,有望提升其储锂性能。     

锂离子电池正极材料表面包覆的研究进展

锂离子电池正极材料是锂离子电池发展的关键。对锂离子电池正极材料进行包覆是改善其性能的有效方法。锂钴氧和锂锰氧正极材料表面包覆后的循环性能,特别是高温下的循环性能可以得到有效的改善。对于LiFePO4来讲,表面包覆主要是解决这类正极材料导电性问题。文章综述了国内外锂离子电池材料表面包覆的研究现状,提出了作者对将来研究方向的一些看法和建议。     

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.     

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。     

锂离子电池正极材料LiMnPO4材料研究现状

4种橄榄石结构磷酸盐中,磷酸亚铁锂的研究比较多,目前其性能可以达到130mAh／g以上,工作电压是3．4V。虽然其容量比较高,但是和钴酸锂相比,优势不是很明显：苛刻的合成条件导致其成品价格很贵,能量密度也不具有优势。相比之下,磷酸锰锂不仅原材料成本低,合成条件也温和,电压平台是4．1V,和钴酸锂相同,使得其应用更具有潜力。