核壳结构正极材料界面设计与性能研究

核壳结构电池材料能从核心和壳体两方面产生协同作用,具有比容量高、氧化还原可逆性好、离子扩散速率高、成本低、安全性强等优点,在电池材料研究中有广泛应用。三元电池材料的核壳结构设计主要分为非电活性材料核壳结构设计、普通核壳结构设计、浓度梯度核壳结构设计、全浓度梯度核壳结构设计等;核壳结构三元电池材料的合成方法主要分为：化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等,综述了核壳结构电池材料热力学、电化学、动力学性能,对核壳结构电池材料理论计算、数值模拟的研究现状和应用进行了阐述,最后简述了核壳结构正极材料的应用和展望。     

浓度梯度型锂离子电池富镍氧化物正极材料

富镍氧化物正极材料因其具有高比容量、低成本、环保和无需高电压电解质的优点而备受关注。虽然Ni含量的增加有助于提高放电比容量,但也产生了阳离子混排、表界面反应和导致结构不稳定的裂纹扩展等缺点,导致富镍正极材料的循环寿命较差、热稳定性有待提升和储存性能较差,妨碍了其商业化应用。为尽可能地发挥富镍锂离子电池高容量的优势,研究人员对材料进行了多种改性,历经了离子掺杂、表面包覆、单晶材料、核壳结构、浓度梯度结构等发展阶段。本文首先对掺杂、包覆、单晶、核壳结构等几种改性手段进行了简要概述,分析了这几种方法的优势及本身固有的缺点。然后重点对浓度梯度材料进行了分析,根据其发展阶段分为富镍核加浓度梯度壳、线性浓度梯度材料、渐进式浓度梯度材料三个部分,从合成方法、改性机理及电化学性能等方面做了详细介绍。综合来看,浓度梯度材料可以从根本上解决富镍正极材料的固有缺点,相信这一技术会在富镍正极材料的实用化进程中发挥重要作用。     

三元正极材料结构设计的研究进展

锂离子电池用三元正极材料LiNixCoyM1-x-yO_2(M为Mn或Al)具有比容量高、成本低等优点,已实现商业化应用。然而三元正极材料在安全性能、循环性能、储存性能、加工性能等方面仍存在不足,很多研究结果表明合理的结构设计是改善三元正极材料性能的有效手段。总结了三元正极材料结构设计的研究进展,并对其未来的应用前景进行了展望。     

核壳纳米材料的研究进展

综述了核壳纳米结构材料的制备方法,主要包括溶胶凝胶法、原位聚合包覆法、异相凝集法、声化学法、乳液聚合法和层层自组装法等,介绍了核壳纳米结构材料的性能特点,并展望了核壳纳米材料的应用前景。     

金属有机骨架(MOFs)为壳的核壳结构材料研究进展

MOFs核壳结构材料是近十几年来化工材料领域的研究热点, 其中MOFs可作核, 亦可作壳。本文从不同的核出发综述了以MOFs为壳的核壳结构材料的合成方法, 如外延生长法、后合成修饰法等;概述了其展现出优于核层与壳层的特性(如选择性分离、催化性、磁性等)及以 MOFs为壳的核壳结构材料在气体吸附、催化剂、磁性分离等应用上的研究, 这给MOFs复合材料的产业化带来很大的潜力;而内核主要包括单质金属及非金属类内核、氧化物类内核、MOFs类内核;最后对MOFs为壳的核壳结构复合材料合成方法的改进和拓展、结构均一稳定、多功能化的发展作了展望。     

核壳型纳米金属氧化物复合材料研究进展

综述了核壳型纳米金属氧化物复合材料方面的最新研究成果,详细介绍目前核壳型金属氧化物复合材料在太阳能电池用电极材料、光致发光材料、磁性材料、催化材料、传感器材料等方面的应用研究现状和存在问题,提出了核壳型纳米氧化物复合材料的应用发展趋势。     

高比能量富镍三元正极材料的研究进展

便携式电子设备在人类社会中发挥着越来越重要的作用,对高能量密度的电池的研发和性能研究更加迫切。层状富镍三元材料作为具有较高应用前景的高能量密度锂离子电池正极材料受到诸多关注。本文从富镍三元正极材料的结构和协同机理两方面介绍了电极材料的性质,从其失效机理着手介绍了其存在的相关问题,从材料的改性和结构调控等方面介绍富镍三元正极材料的研究进展。最后在此基础上对未来富镍三元正极材料的研究及其应用发展做出展望。     

核壳结构α-Fe_2O_3锂离子电池阳极材料制备及应用

以甘氨酸作为结构导向剂,通过一步合成溶剂热法制备了新型的胶体核壳结构α-Fe_2O_3。胶体核壳α-Fe_2O_3的结构单元(壳和核)是纳米盘状的α-Fe_2O_3,而纳米盘由α-Fe_2O_3纳米粒子组成。以制备的核壳结构材料作为锂离子电池阳极材料的活性物质,组装成锂离子电池进行测试,电池在180圈循环时仍具有1437.2 m A·h·g~(-1)的放电比容量和1425.7 m A·h·g~(-1)的充电比容量,表明核壳α-Fe_2O_3胶体呈现出高的锂存储容量和倍率性能。独特的核壳状胶体结构,较大的活性物质与电解液接触面积和快速的锂离子扩散能力可能是该材料具有优异性能的关键因素。     

核-壳结构型复合材料的制备与应用

具有核-壳结构的复合材料在很多领域具有许多潜在的应用功能,也是近几年来的一个研究热点。分析和讨论了核-壳复合材料的制备方法,包括化学沉积法、溶胶-凝胶法、自组装技术、微乳液法、模板法和超声合成法等;然后总结了核-壳结构复合材料在生物医药、催化、传感器等领域的应用研究进展;最后对核-壳结构材料的制备方法和应用前景进行了展望。     

锂离子电池核壳结构硅基负极材料的研究进展

硅作为锂离子电池负极材料的理论比容量大约是商业化石墨负极的10倍,但是由于其巨大的体积效应以及由此引发了一系列问题,特别是活性材料硅从集流体脱落而失活与固相电解质层(SEI)膜的不断破坏与重建,导致硅电极材料在充放电循环中稳定性较差。为了减缓硅材料体积效应的不利影响,研究人员基于硅基材料的结构设计开展了大量工作。总结了核壳结构硅基负极材料的相关研究,对比了不同结构设计的优缺点并分析了构成材料对于硅在锂化过程中体积变化的影响,进而讨论了一些具有代表性的硅核壳结构的制备方法、电化学性能。最后,对硅负极材料的核壳结构设计存在的问题进行了分析并提出了硅基负极材料未来的发展方向。     

含导电聚苯胺类锂离子电池复合材料的现状及发展趋势

导电聚苯胺(PANI)是近十年来研究最多的导电聚合物,具有比容量高、氧化还原可逆性好、电导率高、合成方法简单、成本低等特点,在化学电源和超级电容器中的应用最为广泛。导电聚苯胺复合材料的合成方法主要分为:原位复合法、共混法、自组装和电化学复合法等。导电聚苯胺复合材料可作为高能物质用于研发电极材料,但目前利用导电聚苯胺对锂离子电池三元正极材料进行修饰改性的研究较少。综述了导电聚苯胺及其复合材料的热电化学性能,重点对导电聚苯胺/锂离子电池复合正极材料的性能进行了阐述。最后对导电聚苯胺复合材料的应用和研究方向进行了总结,并简述了导电聚苯胺包覆改性LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2复合材料的应用和展望。     

包覆结构硅碳复合锂离子电池负极材料研究进展

锂离子电池中新型的硅基负极因其具有高理论容量、无污染、储量丰富等特点，被认为是取代石墨的新一代负极材料。但是硅在循环过程中存在体积变化大、电导率低及固体电解质膜不稳定等问题。为提高材料循环稳定性及导电性，先通过对硅基材料的储锂机制了解，再详细地介绍了不同的结构设计，如核壳结构、夹层结构及嵌入结构，这些结构设计可有效地改善材料在充放电过程体积膨胀效应，显著提高硅基材料电化学稳定性，并对硅碳负极材料和结构的发展趋势进行了简单展望。     

锂离子电池正极材料合成及改性

电动汽车续航里程的提升主要依赖于锂离子电池的能量密度,其中发展高容量的正极材料成为关键。富锂锰基层状氧化物（LLOs）和高镍三元层状氧化物（NCM,Ni≥80%）等高容量正极材料成为了研究热点,其前体的开发对正极材料电化学性能的发挥有重要的影响。本文从工业化的角度对共沉淀法制备LLOs和NCM正极材料前体的反应过程和影响因素进行了介绍,分析了球形团聚体、单晶和浓度梯度等正极材料的结构和性能,并详细阐述了正极材料中晶面取向调控、掺杂及表界面处理等改性策略的原理及优缺点。文章指出,综合来看单晶材料表现出较好的循环稳定性和热稳定性,但倍率性能有待进一步提升。浓度梯度正极材料不仅保持了高容量特性,还兼顾良好的结构稳定性和热稳定性,有望突破高容量正极材料进一步发展的技术瓶颈。最后,基于本文作者课题组在高容量正极材料方面的研究,对正极材料的未来发展趋势给出了一些建议。     

具有不同组成的镍钴锰三元材料的最新研究进展

镍钴锰三元材料近年来在移动电话、笔记本、数码相机等电子设备电池的应用方面取得了巨大的成功,相关研究及开发也得到了学术界的空前关注。镍钴锰三元材料为三元材料中最为重要的一类材料,目前已有多种这类三元材料成功地应用于锂离子电池。本文将介绍近年来镍钴锰三元材料的一些最新研究进展,主要介绍几种典型的具有不同镍钴锰比例的几类三元材料(333,523,811,622,424)的制备技术、结构研究、性能研究、掺杂及包覆改性等方面的研究进展,并对这些材料的应用前景及存在的问题做了简介。并在此基础上,对镍钴锰三元材料的未来发展趋势作了展望。     

锂硫电池正极复合材料研究现状

锂硫电池由于其高理论能量密度(2600W·h/kg)而受到了广泛的关注,是极具应用前景的电池体系.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键.然而锂硫电池还存在一些问题,如硫的利用率低及正极结构的稳定性差等.本文综述了近几年锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,分别从硫/碳复合、硫/导电聚合物复合、硫/氧化物复合3个方面进行介绍,指出了未来锂硫电池正极材料要注意结合硫/导电聚合物及硫/氧化物的优势并注重材料结构的设计,向核壳或类核壳结构方向发展的趋势,同时还要提高载硫量,提高循环稳定性,以获得高性能的锂硫电池.     

核壳结构聚合物/金属复合微球的合成及应用研究进展

核壳结构复合微球的制备可实现粒子性能的设计和优化,尤其是以聚合物微球为核、金属层为壳的半有机半无机结构球形材料,成为近年来导电微球领域的研究热点。本文综述了磁控溅射法、溶胶凝胶法、原位还原法、层层自组装法和紫外辐照法等核壳结构聚合物/金属复合微球的主要制备方法及各自的优缺点。介绍了该类微球在诸如各向异性导电膜（ACF）、污水处理、吸波材料和表面增强拉曼散射（SERS）等具体领域的应用情况,并对其今后的发展进行了展望。     

核壳量子点研究进展

核壳量子点是半导体材料研究热点之一。介绍了核壳量子点各种结构及其应用,着重综述了近年来有机合成路线制备核壳量子点方法,包括高温入注法、交替离子层吸附生长法、单前体法、种子生长法、离子交换法、一锅法等,并简述了各自的实验原理。最后对核壳量子点的制备研究进行了展望。     

含导电聚苯胺类锂离子电池复合材料的现状及发展趋势

导电聚苯胺（PANI）是近十年来研究最多的导电聚合物,具有比容量高、氧化还原可逆性好、电导率高、合成方法简单、成本低等特点,在化学电源和超级电容器中的应用最为广泛。导电聚苯胺复合材料的合成方法主要分为：原位复合法、共混法、自组装和电化学复合法等。导电聚苯胺复合材料可作为高能物质用于研发电极材料,但目前利用导电聚苯胺对锂离子电池三元正极材料进行修饰改性的研究较少。综述了导电聚苯胺及其复合材料的热电化学性能,重点对导电聚苯胺/锂离子电池复合正极材料的性能进行了阐述。最后对导电聚苯胺复合材料的应用和研究方向进行了总结,并简述了导电聚苯胺包覆改性LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂复合材料的应用和展望。     

锂离子电池高镍三元材料的包覆改性研究进展

锂离子电池高镍三元材料具有循环寿命长、绿色环保、成本低等优点,已成为电动汽车、便携式电子设备等领域的首选正极材料。但是,镍含量的增加容易使材料表面结构不稳定、界面副反应增加,导致材料的循环性能降低。主要从单层包覆和双层包覆两个方面综述了高镍三元材料的改性研究,介绍了不同包覆材料对其电化学性能的影响。双层包覆能更好地改进高镍三元材料的电化学性能,但是在清除氟化氢方面仍需进行研究。     

废旧三元动力锂离子电池正极材料回收的研究进展

锂离子电池以具有比容量高、自放电小、寿命长等优点可广泛应用于移动电子产品、新能源汽车、储能、军事等领域,其中,三元动力锂离子电池需求量与产量逐年增加,这势必带来废旧三元动力锂电池的爆发式产生.废旧三元动力锂离子电池含有丰富有价金属资源,同时会污染环境,为此,废旧三元动力锂离子电池的回收具有资源、经济和社会等多重效益.本文概述了废旧三元动力锂离子电池正极材料的回收研究现状,主要包括预处理、浸出、深处理等过程,并对比介绍了各过程中主要方法及其优缺点,现阶段的研究重点在于有价金属离子的分离和正极材料的再合成,最后,展望了废旧三元动力锂离子电池正极材料的回收应朝着工艺简单、低成本、绿色环保的方向发展.