锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展

负极材料是制约锂离子电池发展的重要因素之一.硅/碳复合材料储锂容量高、循环稳定性好,是目前制备新型锂离子电池负极材料的研究热点.介绍了硅/碳复合材料的不同制备方法和复合结构以及优良的电化学性能,综述了硅/碳复合材料的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望.     

金属富磷化物储能研究进展与展望

磷基负极材料具有较高的理论容量和中等的氧化还原电位，且原料在储量和成本方面有极大的优势，因此其在钠、锂离子电池负极材料方面具有重要的应用前景。但红磷由于极低的电子电导率和过大的体积膨胀导致电化学活性衰减速度快，循环性能差，而黑磷导电性可达105 S/m，结构致密导致其本征倍率性能较差，两者的缺点限制了单质磷作为负极材料的实际应用。通过向单质磷中引入少量金属元素可以形成性质独特的金属富磷化物MP_x (x≥2)，一方面可以通过金属元素电子注入实现金属富磷化物电子导电性的跨越式提升，另一方面还可以形成较为空旷的晶体结构提供更快的反应动力学并有效地抑制体积膨胀，因此兼具高容量和优异电子/离子输运特性的金属富磷化物MPx是极具潜力的钠、锂离子电池负极材料。主要综述了金属富磷化物材料的组成结构特点，重点阐述金属富磷化物在储能机理和改性策略方面的最新进展。     

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.     

锂离子电池负极用碳/硅复合材料的研究进展

硅(Si)因具有资源丰富、理论容量高、绿色环保等优点成为世界上最具有前景的锂离子电池负极材料之一。但硅的导电性能差,且在合金化/去合金化过程中会发生剧烈的体积膨胀导致电池循环稳定性严重下降。碳材料(C)导电性能优异且结构稳定。将C和Si进行复合,可得到容量高且循环性能好的锂离子电池负极材料。本综述从材料的制备方法着手,总结了锂离子电池C/Si复合负极材料的最新研究进展,探讨了制备方法、材料结构对C/Si复合负极材料储锂性能的影响。     

TiO_2基锂离子电池复合负极材料的研究进展

TiO_2锂离子电池负极材料以其安全性高而著称,其被设计为各种纳米结构并与其他导电性好的材料制备成复合材料,以弥补其导电、导锂能力的不足。本文针对近年来TiO_2基复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,介绍了碳类、硅类和金属类材料与TiO_2进行复合制备负极材料的可行方法,并分别分析了这3类材料的优缺点:碳类负极材料技术成熟,但有易燃的缺点;硅类负极材料理论容量高,但循环性能差且安全性不好;金属类负极材料普遍导电性好,且易与其他材料合金化,但循环性能差。最终提出,由于碳类负极材料技术成熟,且TiO_2可弥补其易燃的缺点;结合碳基材料优良导电性能与TiO_2优异安全性能的复合材料最有望实现工业化,将是锂离子电池领域重要的研究方向之一。     

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。     

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。     

钠离子电池负极材料的研究进展

综述了近年来,国内外关于钠离子电池负极材料方面的研究进展,分别对碳基材料、合金类材料、金属氧化物材料、金属硫化物材料、金属磷化物材料等现有热门的钠离子电池负极材料进行了重点介绍,探讨了各材料目前存在的问题,以及现有的改性技术方案;并对负极材料未来的发展方向进行了猜测,指出受限于成本等因素,钠离子电池负极材料目前仍然以碳材料为主。未来,碳材料仍是目前最有望促进钠离子电池实用化的关键负极材料。     

黑磷基储钠负极材料的研究进展

钠离子电池被认为是商业化锂离子电池最有前景的替代品而受到了极大关注。然而,嵌入型碳基负极材料的固有低比容量导致相对低的能量密度,极大地限制了其未来的应用。研究新型电极材料是研制新一代钠离子电池的基础。目前磷资源丰富,理论比容量高,可用于电池负极材料。综述单一黑磷及黑磷基复合材料作为钠离子电池负极材料的最新研究成果,阐述近几年黑磷基复合材料作为负极在储钠领域的研究进展,分析复合材料的制备及结构形貌对电化学性能的影响等,并展望黑磷基储钠负极材料的未来发展方向。     

锂离子电池锡基负极材料的研究进展

锡基负极材料与碳负极材料相比,具有容量密度高,安全性好等优点,成为动力锂离子电池用新型负极材料研究的热点之一。本文综述了近年来国内外针对锡基材料首次不可逆容量高、循环性能差等问题所进行的改性研究,分别从材料的制备方法、组成结构及电化学性能等方面进行比较分析,并对锡基负极材料的进一步研究、发展应用予以展望。     

磷化钴材料在电化学能源领域的研究进展

当今时代,人类社会的发展日益依赖巨量的能源,这与不可再生资源有限的储量相矛盾,发展绿色清洁、高效可持续的可再生能源和能源利用技术迫在眉睫。磷化钴材料作为过渡金属磷化物的重要一员,由于其对氢的优异吸/脱附性能和特殊的晶体结构,广泛应用于电解水、超级电容器和二次电池等电化学能量储存与转化领域。然而目前磷化钴材料的应用还存在很多缺陷,在电解水反应中活性组分易分解,结构稳定性差;在超级电容器使用中活性位点暴露不足、电导率偏低;作为锂/钠离子电池电极材料在充放电过程中存在巨大的体积变化而导致循环稳定性降低等。本文对磷化钴的晶体结构、制备方法及改良方法作了总结,对其应用于电解水、超级电容器和锂/钠离子电池的生效机理和发展近况进行概述。最后提出了存在的问题和未来的发展方向。     

Li ion battery materials with core-shell nanostructures

Nanomaterials have some disadvantages in application as Li ion battery materials, such as low density, poor electronic conductivity and high risk of surface side reactions. In recent years, materials with core-shell nanostructures, which was initially a common concept in semiconductors, have been introduced to the field of Li ion batteries in order to overcome the disadvantages of nanomaterials, and increase their general performances in Li ion batteries. Many efforts have been made to exploit core-shell Li ion battery materials, including cathode materials, such as lithium transition metal oxides with varied core and shell compositions, and lithium transition metal phosphates with carbon shells; and anode materials, such as metals, alloys, Si and transition metal oxides with carbon shells. More recently, graphene has also been proposed as a shell material. All these core-shell nanostructured materials presented enhanced electrochemical capacity and cyclic stability. In this review, we summarize the preparation, electrochemical performances, and structural stability of core-shell nanostructured materials for lithium ion batteries, and we also discuss the problems and prospects of this kind of materials.     

中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展

中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素。为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点。笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响。从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响。发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减。从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响。表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量。从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响。碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性。非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能。MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料。最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点。     

有机金属骨架材料在电化学储能领域中的研究进展

金属有机骨架材料（MOFs）由于其高比表面积、可调孔结构以及多样的组成等引起了学者们的极大关注,尤其在电化学储能领域取得了较大的研究进展。本文综述了近几年MOFs基材料在锂硫电池、锂离子电池和超级电容器等电化学储能领域中的应用。详细介绍了MOFs及其复合材料作为锂硫电池正极载体时与活性物质的作用机理,探讨了MOFs对活性物质硫的物理封装和化学配位作用。此外,阐述了MOFs衍生碳材料因独特孔结构、较强导电性和丰富活性位点等作为电极材料时对电池性能的提升。最后对MOFs基材料在电化学储能中的研究前景作出了展望,指出MOFs基材料中杂原子比例的控制和孔道设计是未来研究的重点。     

磷酸锰锂锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池（LIB）由于具有工作电压和能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和自放电小等优点被认为是动力电池的最佳选择。磷酸锰锂（LiMnPO₄,LMP）锂离子电池正极材料具有良好的热稳定性和高的工作电压,具有广阔的应用前景,但是尚需攻克电导率不足和循环稳定性差等技术瓶颈。为提升LMP的电化学性能,利用液相法制备形貌可控、尺寸均一的LMP,可有效地缩短锂离子的传输距离,充分缓解充放电过程中相界面的应力过大问题,有利于LMP倍率性能和循环稳定性的提升。体相掺杂在提升材料本征电导率、锂离子扩散系数和稳定材料结构等方面具有独特的优势,其中铁掺杂具有重要的研究意义。另外,改进合成工艺,制备具有特定结构、特定元素分布的复合正极材料,对提升材料的综合性能具有显著优势。系统总结了近年来在材料纳米化、离子掺杂及材料复合等方面对LMP改性的研究进展,认为开发纳米LiFe_xMn_1-xPO₄（0<x<0.5）复合材料将成为新的发展趋势。     

可逆镁电池正极材料的研究进展

可逆镁电池是一种颇具潜力的"绿色动力"电池,寻找合适的正极材料一直是镁电池研究的难点。介绍了可逆镁电池正极材料的研究及发展情况,重点介绍了过渡金属硫化物、氧化物及有机物正极材料,以及新型正极材料Mg1.03Mn0.97SiO4等,探讨了当前存在的问题及研究的方向,并对其应用前景进行了展望。     

提高钛酸锂负极材料倍率性能的研究进展

锂离子动力电池目前存在的主要问题为快速充电和安全性能较差。与石墨负极相比,钛酸锂负极能够明显提高锂离子动力电池的快速充电和安全性能,具有较大的应用前景。介绍了钛酸锂的嵌脱锂机制,分析了提高钛酸锂倍率充放电性能的主要方法,发现钛酸锂与金属和碳基材料复合,能够显著提高材料的电化学性能;通过控制钛酸锂形貌,也可得到倍率性能良好的钛酸锂,但是材料的振实密度较低;制备由纳米级一次粒子组成的微米级二次粒子,材料兼具纳米级一次粒子优越的电化学性能和微米级粒子较高的振实密度。总体而言,高性能钛酸锂材料的设计和制备已经取得了重大进展,然而目前钛酸锂电池面临的主要问题是其胀气行为,所以未来的研究重点将是揭示和研究钛酸锂电池的胀气机理和解决机制。     

高镍三元正极材料镍钴铝的掺杂改性研究进展

高镍三元正极材料镍钴铝（NCA）因具有较高的能量密度及工作电压、成本低、环境友好等优点极有可能成为下一代广泛应用的锂离子电池正极材料之一。然而镍含量的提高导致材料结构不稳定、循环性能和倍率性能降低,限制了其进一步发展。主要从锂位、过渡金属位、氧位掺杂及复合共掺杂4个方面综述了不同位置离子掺杂的改性机理。大量研究结果表明,通过复合共掺杂方式进行改性,能够结合单离子掺杂的优点有效提升镍钴铝正极材料的电化学性能。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

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-yCo_xMn_yO₂复合材料的应用和展望。