锂离子电池用纳米碳材料研究进展

锂离子电池作为最有前景的储能器件之一,已经在便携式电子设备上广泛应用。然而使用传统电极材料,电池的能量密度和功率密度不够高、耐久性差、成本高,限制了其在电动汽车等方面的大规模应用。纳米碳材料的发展为设计适合锂离子电池的新型储能材料提供了机会。纳米碳材料作为一种新型碳材料具有许多独特的性能,包括独特的形貌结构、高比表面积、低扩散距离、高电导率和离子导电性能、可控的合成和掺杂等优点。因此,纳米碳材料在高可逆容量、高功率密度、长循环稳定性和高安全性锂离子电池中具有较大的应用前景。然而,纳米碳材料普遍存在首次库仑效率低、电压滞后等缺点,且纳米碳材料的电化学性能取决于碳材料的形貌和微观结构。解决这一问题最常用的方法主要有:(1)通过对纳米碳材料的形貌和微结构调控来改善其电化学性能;(2)通过异质原子掺杂改善纳米碳材料的电化学性能;(3)将纳米碳与其他储锂材料复合形成复合电极材料。本文主要综述了富勒烯、石墨烯、碳纳米管和多孔碳等四种具有代表性的纳米碳材料在锂离子电池中的最新研究进展,系统归纳了纳米结构和形貌对电化学性能的影响,讨论了纳米碳的合成、电化学储锂性能和电极反应机理。本文还对纳米碳材料未来...     

纳米结构的氧化钒作锂离子电池阴极材料的研究进展

V2O5具有独特的层状结构,适合于锂离子的存储,与传统的锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等阴极材料相比,表现出高的理论比容量和功率密度,作为锂离子电池阴极材料备受青睐。但它自身的结构不稳定、电导率低,导致实际比容量远低于理论值,且循环稳定性不能长期维持。正是由于这些制约因素,V2O5作锂离子电池阴极材料还有很大的研究价值。而利用各种制备方法将V2O5制备成具有各种纳米结构的材料,如一维的纳米线、纳米管等,二维的纳米片,三维的纳米空心球、纳米花等,改善材料固有的形貌结构,增大比表面积,增强锂离子在电极材料中的嵌入/脱出性能,提高储锂能力和比容量,同时通过掺杂改性等方法增强材料的导电性和循环稳定性,使V2O5作为锂离子电池阴极材料表现出优异的电化学性能成为可能。介绍了V2O5的晶体结构及其作为电极材料的纳米结构,以及不同的纳米结构对电极材料电化学性能的影响。     

一步水热法制备超长VO_2(B)纳米带及其电化学性能（英文）

采用简易的一步水热法制备了超长的VO2(B)纳米带。对纳米带的结构、形貌、最优合成条件及电化学性能进行了研究。结果发现:制得的VO2(B)纳米带长度约为几十微米,宽度为~200 nm;且最优合成条件为在钒源与还原剂摩尔比为2:1的条件下,200℃水热反应24 h。当该VO2(B)纳米带被作为锂离子电池的阳极材料时,显示出了优异的电化学性能,尤其是循环稳定性,循环500周后的电容量损失率仅为10.41%,极大的解决了钒类纳米材料作为锂离子电池阳极材料时稳定性差的问题,提高了其成为锂离子电池阳极材料的可能性。     

锂离子电池玻璃及玻璃陶瓷固体电解质材料研究

综述了固态锂离子电池用的玻璃及玻璃陶瓷固体电解质材料研究现状, 包括氧化物、硫化物及氧硫化物玻璃固体电解质材料和氧化物、硫化物玻璃陶瓷固体电解质材料的电化学性能, 并讨论了材料的结构和形貌对其电化学性能的影响, 以及全固态电池的性能, 最后对全固态锂离子电池的应用进行了展望.     

静电纺丝法制备自支撑硅碳负极及电化学性能研究

硅/聚丙烯腈(Si/PAN)纳米纤维通过简单的电纺丝方法制备出锂离子电池的电极材料,并对其进行干燥、热处理和碳化处理制得Si/C自支撑锂离子电池负极材料.该材料尺寸可调,且具有良好的柔性.通过XRD、SEM、TG-DSC、拉曼光谱和电化学性能测试分别对其结构、形貌和电化学性能等进行分析测试.结果 表明,硅含量较低时,自...     

SnO2纳米片阵列的制备及其在新能源器件领域的研究

SnO_2纳米片阵列作为一种具有独特介孔结构的三维纳米材料,不仅具备SnO_2纳米片具有大的比表面积,规则有序的孔道结构,狭窄的孔径分布特点,其三维立体结构也提高了材料的电化学性能,具有极好的导电、氧化和催化性能,是理想的储能电池电极材料和生物传感器的检测材料。综述以各种制备高质量,大比表面积SnO_2纳米片阵列的方法及其在新型能源器件方面的应用现状为主,并对其未来发展趋势进行了展望。     

利用结构控制与物理包覆提高SnO_2电化学性能的研究进展

综述了近年来SnO_2作为锂离子电池负极材料的研究进展,国内外研究者主要采用的手段是控制微观结构和涂覆物理包覆层,或两者协同作用。合成纳米SnO_2颗粒可以提高转化反应可逆性,增加可逆容量;中空、层级或多孔微观结构可以缓冲SnO_2电极的体积变化,促进电解质渗透;而包覆手段则可以在结构的空隙边界上建立致密的导电层,增强电极的结构稳定性和电子导电性。结构控制与物理包覆协同作用,可以使得SnO_2既具有良好的循环稳定性,又具有较高的能量密度。最后,对SnO_2的研究趋势进行了展望,提出SnO_2要走上实用化道路,必须着重探索全锂离子电池中SnO_2阳极的失效机理和性能增强策略。     

锂离子电池负极用纤维状炭材料

纤维状炭材料有各种尺度和形貌,由于成本和性能缺乏竞争力,制约其在锂离子电池负极材料中的应用。随着纳米技术的发展,一些改性后的新型炭纤维表现出良好的负极材料性能。文章综述了近年各种纤维状炭材料用作锂离子电池负极材料的国内外研究进展。依据纤维状炭材料的结构、性能及其研究思路,分别归纳了石墨纤维、炭纤维及具有各种微观结构的炭纳米纤维作为负极材料的电化学性能及应用前景。结果表明,纤维状炭材料作为锂离子电池负极材料的研究,经历了从石墨化炭纤维到非石墨化炭纤维,从微米级直径到纳米级直径,从注重研究工艺参数到注重研究和设计微观结构的过程。从提高容量和倍率性能的潜力及成本和可工业化角度考虑,纤维状炭材料极有可能是未来炭负极材料的重要选择。     

表面活性剂对纳米SnO2负极材料形貌结构及电化学性能的影响

为了提高SnO_2负极材料的电化学性能,本文以锡酸钠为原料、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、尿素、十二烷基硫酸钠(SDS)分别作为表面活性剂,采用水热法制备了具有纳米结构的SnO_2负极材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试仪测试了材料的形貌、结构和电化学性质.结果表明,使用不同表面活性剂,可获得不同形貌的纳米结构,并且对材料的电化学性能有较大的影响.当尿素作表面活性剂时,获得了分散较好的球形材料,在0.01~3.0 V,以200 mA/g进行充放电测试,首次放电容量2 256.6 mAh/g,经过50次循环后,放电容量保持在440 mAh/g,表现了较好的循环性能.     

滤纸为模板制备中空SnO2纳米管锂离子电池负极材料

以植物纤维素(滤纸)为模板,制备了中空SnO2纳米管作为锂离子电池负极材料。通过XRD、SEM、TEM和HR TEM表征产物的组分、形貌和结构,表明合成材料是由粒度大小为5~15 nm SnO2粒子组装成的中空纳米管。同时,N2吸附/脱附测试表明此材料为疏松的介孔结构。材料在电流密度100 mA/g时,可逆容量稳定在580 mAh/g,60次循环后容量仍保持为550 mAh/g。制备的中空SnO2纳米管作为锂离子电池负极材料,具有较高的放电容量和良好的电化学循环性能。     

锂离子电池纳米正极材料的研究进展

综述了近年来纳米技术在锂离子电池正极材料中应用的最新进展,重点阐述了纳米LiCoO2、LiMn2O4及LiFePO4等正极材料的制备及其性能.纳米正极材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、共沉淀法、模板法及水热法等,电极材料的纳微米化对锂离子电池的电化学性能和循环性能的改善有着显著的意义.     

钴含量对锂离子电池正极材料LiCo_xMn_(2-x)O_4的性能影响

采用流变相法合成了LiCoxMn2-xO4(x=0.00,0.05,0.10,0.15),并结合XRD、SEM和电化学性能测试等手段,研究了掺钴量对锂离子电池正极材料LiCoxMn2-xO4的晶体结构、外观形貌和电化学性能的影响。研究结果表明:钴的掺入能提高合成材料的结构稳定性;当x=0.05时,材料LiCoxMn2-xO4具有较高的放电比容量和较好的循环性能,可作为锂离子电池的正极材料。     

不同结构的Fe3O4-碳复合材料作为锂离子电池负极材料的研究进展

不同结构的Fe_3O_4-碳复合材料是锂离子电池负极材料领域的研究热点之一。合理设计复合材料的纳米结构有助于电池性能的提升。综述了核壳结构、中空球结构、1D线形结构、2D片状结构、3D多孔结构等不同结构的Fe_3O_4-碳复合材料的制备方法及其电化学性能,分析了不同形貌结构对复合材料性能的影响,并对将来进一步的开发利用进行了展望。     

松球状SnO_2纳米棒的制备、结构及电化学性能

以锡酸钠为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用水热法制备松球状SnO_2纳米棒负极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积仪(BET)及电化学测试仪测试材料的形貌、结构、比表面积和电化学性质。结果表明,制备的SnO_2纳米晶体形貌呈松球状且尺寸均匀,分散性良好,为典型的四方系金红石相结构,比表面积为110.3m2/g,且为Ⅳ型的介孔结构。在0.01~2.5V,以200mA/g进行充放电,材料的首次放电容量为1659.3mAh/g,经过50次循环后,放电容量保持313.9mAh/g,表现出较好的循环稳定性能。     

溶剂(水)热模板法制备锂离子电池电极材料研究进展

形貌控制是改善锂离子电池电极材料性能的有效途径,溶剂(水)模板法是形貌控制的主要方法。溶剂(水)法易合成出分散且结晶良好的产物,控制合成条件可得到不同形貌产物,而模板法能控制并改进纳米微粒在结构材料中的排列、改善纳米材料性能。溶剂(水)热模板法兼有二者的优势,综述其在改善锂离子电池电极材料性能方面的发展现状及研究进展,总结该方法合成的锂离子电池电极材料的特点及目前可能存在的问题,并对该领域发展趋势进行展望。     

锂离子电池钒系电极材料的研究进展

锂离子电池电极材料对锂离子电池性能提升起着关键作用.钒的价态较多,构成的钒系电极材料具有层状、尖晶石型、反尖晶石型等多种结构.该系列材料通常具有较高的理论比容量,且合成方式多样,性价比高,因此钒系化合物在锂离子电池电极材料的应用上受到了广泛关注,但目前尚缺少对钒系电极材料的系统性总结.本文综述了以钒的氧化物、无锂型金属离子钒酸盐、含锂型钒酸盐及钒磷酸根聚阴离子材料为主要体系的锂离子电池钒系电极材料,并对各体系的结构及电化学性能进行了总结,针对合成锂离子电池钒系电极材料的主要方法(如固相合成法、溶胶-凝胶法、水热法、碳热还原法、液相沉淀法等)进行概述及分析,还对通过纳米化、特殊形貌控制、复合改性等其他改性方式优化的钒系电极材料的性能进行了介绍,最后对钒系锂离子电池电极材料的研究方向和发展前景进行展望,希望对促进该类材料的研究与产业化应用能有所助益.     

特殊形貌锰酸锂的研究现状

制备出特殊形貌的锰酸锂,是提高以锰酸锂为正极材料锂离子电池容量的重要途径。综述了核壳状、纳米棒状、纳米管状、空心微球、纳米线状和多孔球状等6种特殊形貌锰酸锂的制备方法,并简述了特殊形貌结构对锰酸锂的物理性质及其在改善锂离子电池电化学性能方面的作用。通过对比分析,得出多孔化将是锰酸锂材料发展的重要方向之一。     

石墨烯及复合材料作锂离子电池电极的进展

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学及化学稳定性。此外,石墨烯还具有特殊sp^2结构,易于与其它材料复合。利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能,作为锂离子电池的电极材料具有潜在的应用前景。总结了近些年对石墨烯及复合材料作为锂离子电池电极材料的研究,重点阐述了材料的制备、电学性质及基本原理,为其作为锂离子电极材料的应用提供相应的理论依据。     

锂离子电磁纳米合金负极材料的研究进展

综述了锂离子电池纳米合金负极材料的研究进展。讨论了该类材料的电化学性能、制备工艺及发展前景。     

锂离子电池负极材料钛酸锂研究进展

锂离子电池被广泛应用于移动电子设备,在电动汽车和各类储能系统有良好的应用前景,是未来最具发展前途的储能电池之一。作为一种锂离子电池负极材料,钛酸锂因具有高的脱嵌锂平台电位,优异的循环性能,突出的热稳定性和安全特性而备受重视。总结了钛酸锂负极材料在结构形貌和电化学性能方面的研究进展,对其微纳米化、表面改性和离子掺杂等方面新的研究成果进行了概述。微纳米化可以赋予材料更大的表面积,有助于锂离子迁移,电极材料与电解液可以更好的接触,产生更大的锂离子迁移电流,有利于提升钛酸锂材料倍率性能;表面改性手段主要以碳包覆、金属-钛酸锂复合材料和形成新表面相为主,通过这些手段可以改善材料导电性和提高电池的循环性能;离子掺杂可使部分Ti~(4+)转变为Ti~(3+),提高钛酸锂材料的电子导电性。对钛酸锂作为锂离子电池负极材料未来的发展方向进行了展望。