硅/碳复合负极材料在18650型锂离子电池中的应用

在研究硅/碳复合负极材料和人造石墨负极材料混合负极的比容量与电极膨胀率之间的变化关系的基础上,通过配方优化,成功制作了硅/碳复合负极材料与人造石墨负极材料混合负极的18650型锂离子电池。采用扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗频谱(EIS)等技术,分析了循环前后负极的变化,研究了氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂对电池性能的影响。结果表明:FEC加入量较高时,可与硅负极材料形成更加稳定的SEI膜,抑制负极材料的粉化,电池180次循环后,容量保持率达到71.3%,循环性能得到显著提高。     

成膜添加剂对硅碳负极体系循环寿命的改善

以比容量较高的氧化亚硅-石墨材料作为负极,考察不同成膜添加剂对电池寿命的改善作用,并研究其成膜机理。实验结果表明:硫酸亚乙酯(DTD)可以优先在硅碳负极表面成膜,成膜电位为2.3 V,按一定比例搭配碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)后,可将软包电池的循环寿命由700次提升至1 650次,获得较为理想的循环效果。     

电解液添加剂在硅碳负极体系中作用机理研究

选用比容量较高的氧化亚硅-石墨材料作为负极,考察不同电解液添加剂在其表面上的成膜作用及机理。实验结果表明:在石墨负极中加入质量分数5%的SiO,实际比容量可以达到395.73 mAh/g。LiPO_2F_2+FEC的添加剂组合可以将电池首次库仑效率提高至89.21%。其中LiPO_2F_2的成膜电位最小,可以在2.4 V即发生成膜反应。LiPO_2F_2+FEC的添加剂组合可以有效地改善硅碳负极的循环性能,在200次循环后容量保持率可以达到90.29%。     

粘结剂含量对硅基负极材料循环性能的影响

通过优化粘结剂在锂离子电池电极中的质量分数,使纳米硅作为锂离子电池负极材料的可逆比容量和循环寿命达到最优。电化学性能测试采用双电极扣式电池进行,实验结果表明:当粘结剂的质量分数为20%和导电剂的质量分数为10%时,以纳米硅为负极材料的锂离子电池可逆比容量达到1 440 m Ah/g,首次库仑效率为47.9%,5次循环后容量保持率为14%。     

新型硅碳复合材料的制备及其电化学性能

硅基负极材料由于具有高的比容量而获得较多关注。表面包覆碳层的氧化亚硅与人造石墨、胶黏剂在溶剂中高速分散后,用喷雾干燥的方式获得了复合材料颗粒。对比发现,喷雾复合制备的材料性能优于物理混合方式,并通过阻抗分析初步探明了喷雾复合方式具有优势的原因。在合成过程中加入质量分数1%的纳米碳纤维进一步优化了硅碳复合材料性能,用该材料制成试样电池,50周循环后容量保持率96%,具有较好的应用潜力。     

锂离子电池双壳硅基复合负极材料制备及性能

针对硅基负极材料在体积膨胀、HF腐蚀、SEI膜不稳定、电导率低等问题,降低了其材料的稳定性和实用性,基于此,提出了一种基于硅纳米核颗粒与碳化层构筑核壳型硅碳为内核即内壳,通过化学或机械方法,在其内壳表面包覆纳米级纤维状多孔氧化锡层、HF隔绝层和最外层人造SEI膜功能Li+导体层为外壳,制备得到一种多层包覆硅基核壳结构的双壳结构锂离子电池负极材料.实验结果表明,该双壳硅基负极材料首次效率高达98.8％,300次循环后容量保持率仍有96.4％.实验结果验证了该双壳结构不但可以弥补硅基内核与包覆材料各自的缺陷,而且通过协同作用大幅提升了硅基负极材料在首次效率、容量保持率、高能量密度、高稳定性和循环寿命等方面的性能.     

退役三元电池再利用时衰减机理分析

以某型号退役三元电池为研究对象,评测了电池的剩余寿命,研究了循环过程中电池交流阻抗的变化规律,分析了正负极的表面形貌、材料晶体结构以及石墨负极表面成分。结果表明：该型号退役三元电池的剩余寿命大约在1 870次,1 200次循环后,欧姆阻抗增大约16%,电荷转移阻抗增大了80%;正极材料出现裂纹且不断增大,最终出现严重的破裂,负极SEI膜逐渐变厚;正极材料的层状结构逐渐被破坏,晶格缺陷增加,负极材料的层间距持续增大;负极表面的LiF、Li₂O、C-Li和P-O/P=O化合物的相对含量逐渐增加,引起电荷转移阻抗的增加。该研究对退役三元电池再利用时性能评估、重组和管理有重要的指导意义。     

硅负极的应用技术研究进展

硅因具有最高的理论储锂容量而成为高能量密度锂离子电池的首选负极,然而其低的循环寿命严重阻碍了其商业化应用。硅负极低的循环寿命源于其在充放电过程中存在巨大体积膨胀。硅负极的体积膨胀使得硅颗粒和电极的机械稳定性、活性颗粒之间的电接触以及SEI膜的稳定性变差。为了提高其循环稳定性改变这种不利因素,研究者们在极片的制备工艺、电解液的选择以及电池的设计方面做了许多努力,并取得了一定的成效。对上述研究工作进行了综述,以期为硅负极的实用化进程提供可行的技术思路。     

磷酸铁锂锂离子电池容量衰减机理分析

分析容量衰减机理，对优化电池体系十分重要。研究23 Ah方形铝壳磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池高温(55℃)循环容量衰减的机理。通过SEM、X射线能量色散谱(EDS)、XRD、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)及傅立叶变换红外光谱(FTIR),分析材料的表面形貌、晶体结构及界面组分。利用电化学微分电压曲线(DVA)及扣式半电池测试，对高温循环后的电池容量衰减机理进行量化分析。失效电池的电极活性材料，整体结构没有被破坏，正极活性物质颗粒表面出现裂纹，负极固体电解质相界面(SEI)膜增厚，有机锂化合物占比增大。DVA结果表明，可循环锂损失(LLI)和活性物质结构损失(LAM)分别占全电池容量衰减的74.82%和25.18%。扣式半电池测试结果表明，负极SEI膜和死锂、正极电解质相界面(CEI)膜、正极结构损失分别占全电池容量衰减的77.13%、1.83%和21.04%。     

动力锂离子电池循环后的性能分析

对循环后的锂离子动力电池的电性能进行分析。以1.00 C在2.00~3.65 V循环6 000次,容量保持率为84.87%,交流内阻上升18.25%,直流内阻上升66%,放电比功率下降34.5%。将循环后的电池进行拆解,分别进行扣式电池性能测试、SEM分析。负极材料在循环后的性能衰减较快,负极体积的膨胀、SEI膜的增厚是主要影响因素。     

循环后负极材料对汽车动力电池性能的影响

主要对多次循环后汽车动力电池的性能进行研究分析。在1.00 C及2.00~3.80 V的条件下循环10 000次后,电池的容量保持率约为85.21%,直流内阻、交流内阻分别上升65%、18.69%,放电比功率下降约34.5%。对循环后的电池进行拆解后组装为扣式电池,分别对其进行扫描电子显微镜法(SEM)分析及电池性能测试,研究发现循环后电池负极材料的衰减速度较快,这主要是由于电池负极的膨胀和SEI膜增厚等原因。     

锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅基材料作为锂离子负极材料具有很高的比容量,成为锂离子电池负极材料的研究重点。然而硅在充放电过程中体积变化较大,引起电池容量的快速衰减,从而导致电池循环性能变差。不同方式复合的硅基复合材料被大量地开发出来,以提高纯硅的循环性能,从硅/金属复合材料、硅/碳复合材料、硅薄膜材料及纳米结构的硅材料四个方面对硅基负极材料的制备方法、电化学性能及其研究现状进行综述,分析硅材料作为锂离子电池负极材料存在的问题,讨论硅材料作为锂离子电池负极材料的研究前景。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

锂离子二次电池是迄今发展最为迅速的化学电源之一,并以其特有的优点如循环性能好、自放电小及库仑效率高等成为人们研究的热点,提高锂离子电池电化学性能的关键是选取性能良好的正负极材料。硅基材料作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,但硅负极在充放电过程时体积变化巨大和电导率低限制了其应用。目前,改善硅材料性能的方法主要有:材料纳米化、结构特殊化以及复合化。对锂离子电池硅基负极材料改性方法的最新研究进展进行了综述,并展望了硅基负极材料的应用前景。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅基负极材料由于具有理论比容量高等优点,有望成为替代商业化石墨或碳负极的材料.然而,在充放电循环过程中,容量迅速衰减阻碍了硅负极在商业上的使用.主要介绍了近年来硅基负极材料(硅单质、硅氧化物、硅复合物以及采用不同的粘结剂)的研究进展,阐述了硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究前景.     

锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅材料因其具有较高的理论容量、脱/嵌锂电位较低等优势受到人们的广泛关注。但是硅材料在嵌/脱锂过程中剧烈的体积效应限制了其实际应用。剧烈的体积变化将导致电极材料快速机械粉化,并从集流体上逐渐脱离,造成容量的快速下降。同时,还会导致材料表面的固体电解质界面膜(solid electrolyte interface,SEI)不断破坏-重构,造成持续的锂离子损耗。因此这些缺点是硅材料运用于电池负极材料亟需解决的问题。针对上述问题一个很好的解决办法是同具有弹性的导电材料进行复合,由此硅与碳材料的复合成为锂离子电池阳极的理想选择。本文列举了一些改进硅基负极材料的方法,并对一些硅/碳复合负极材料进行了综述,以及提出未来硅碳负极材料发展趋势。     

锂离子电池硅基负极材料改性研究进展

锂离子电池硅基负极材料由于理论容量较高(4200 mAh/g),成为最具吸引力的新一代负极材料.然而,硅在充放电过程中体积变化较大,引起电池容量的快速衰减,从而导致电池的循环性能变差.为解决此问题,表面处理、多相掺杂、形成硅化物等方法被用来改善硅基负极材料的电化学性能.综述了以上方法对硅基负极材料改性研究的最新进展,并对各种改性方法进行了简单的评述.     

羧甲基纤维钠在硅基锂离子电池中的应用

硅基负极材料的理论比容量远高于目前其他所有的负极材料,但由于自身体积效应导致锂离子电池循环性能降低,从而限制了其实际应用。除了从改性负极材料入手外,粘结剂的选取和改性成了改善硅基负极锂离子电池电化学性能的有效途径之一。水基羧甲基纤维素钠(CMC)是目前在硅基负极锂离子电池中研究较多的一种粘结剂。对羧甲基纤维素钠(CMC)在硅基锂离子电池中的作用机理及主要工作进行了综述。     

EC基电解液添加剂对锂离子电池性能的影响

以碳包覆Si合金粉末与人造石墨混合作为负极材料,制备CR2032型扣式电池,探讨氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)和氯代碳酸乙烯酯(CEC)等3种电解液添加剂对Si-C负极材料半电池性能的影响。适当的添加剂会先于碳酸酯类溶剂在负极材料表面形成薄而稳定的固体电解质相界面(SEI)膜,抑制碳酸酯类溶剂在充放电过程中的分解,使Si合金粉末的碳包覆壳保持稳定,同时解决Si-C负极材料的体积膨胀问题。当FEC、VC和CEC的添加量(体积分数)分别为3%、1%和3%时,电池的放电比容量、首次库仑效率和循环稳定性均得到改善。以100 mA/g电流在0.01～3.00 V充放电,Si-C负极材料的首次放电比容量达452.60 mAh/g,首次库仑效率达91.90%;第循环150次的容量保持率为86.50%。     

锂离子电池用硅基材料的研究进展

锂离子电池硅基负极材料以其较高的理论比容量(4 200 mAh/g),成为最具吸引力的新一代负极材料。但硅基负极材料较差的循环性能和较大的首次不可逆容量损失导致其商业化应用受到限制。研究者采取了各种方法来克服硅基材料在嵌脱锂过程中较大的体积变化对电极结构的破坏,从而获得了较好的容量保持率和循环性能,其中包括纳米化、复合化和薄膜化等材料体系的改性,选择不同的粘接剂、导电剂等电极制备方法的改进,以及选择不同电解液和控制电压窗口等电池实际应用方面的措施。主要介绍了近年来硅基负极改性方法方面的研究进展,探讨了硅基材料应用中的问题及可能的解决方法。     

高能球磨制备硅/人造石墨复合材料

以硅粉(Si)和人造石墨(AG)为原料,通过高能球磨制备了锂离子电池用Si/AG复合材料。SEM、XRD和充放电测试结果表明:复合材料呈嵌入型,硅含量越多,粘连在石墨表面的硅颗粒相应增多,复合效果越差;球磨基本上未破坏硅和石墨的结构。硅含量在5%~40%时,复合材料的脱锂比容量随着硅含量的增加先增大、后降低;电流为0.2 C5、电压为0.001~2.000 V时,复合材料的首次脱锂比容量为528~1 700 mAh/g,库仑效率为70%~80%;循环10次后,复合材料循环性能基本稳定,第40次循环的可逆比容量为309~567 mAh/g。