锂离子电池硅基负极材料研究与进展

随着消费类电子产品及新能源汽车的发展,高能量密度的锂离子电池逐步成为了研究热点.当前使用的石墨负极材料的理论比容量为372 mAh/g,亟需研发高容量的负极材料.硅作为负极材料,其比容量为石墨的10倍,且脱锂电位低,被认为是最具潜力的新型负极材料.纯硅负极材料在锂离子电池应用中,由于其巨大的体积膨胀效应会导致材料粉碎,...     

锂离子电池用蛋黄-壳结构硅碳负极材料进展

硅材料具有高理论容量、低工作电压、储量丰富和环境友好等优点,是最有潜力的锂离子电池负极材料之一。然而,硅在锂化/去锂化过程中会产生超过300%的体积膨胀,从而导致硅颗粒粉化和容量快速衰减。近年来,一类新型的蛋黄-壳结构硅碳复合材料引起了广泛的研究关注,这种结构可缓解嵌锂过程中的体积膨胀,提高材料的循环稳定性。本文对蛋黄-壳结构的硅碳负极材料进行了分类和介绍,分析了蛋黄-壳结构硅碳材料的制备方法。阐述了蛋黄-壳结构参数对材料储锂性能的影响。指出通过开发低成本和环境友好的制备工艺、纳-微结构设计和结构参数优化,有望获得性能更优的新型蛋黄-壳结构硅碳负极材料,进一步推动硅碳负极材料的产业应用。     

简单温和的置换途径制备锂离子电池纳米硅负极材料

硅被认为是一种很有前景的锂离子电池负极材料,因为它理论比容量高达3580 mAh/g(Li_(3.75)Si,室温下形成)。分别以四氯化硅和锌粉作为硅源与还原剂,通过简单有效的置换反应在500℃的条件下制备出了纳米级硅,该方法制备工艺简单,并且原料成本低廉。所得到的纳米级硅颗粒为150~200 nm的球状,并对其进行电化学性能测试,该材料在0.2 A/g的电流密度下首次脱锂比容量能够达到1 747.7 mAh/g。然后以蔗糖为碳源通过高温热解法合成了硅碳复合材料,其50次循环后的脱锂容量保持率为82%。     

硅藻土作锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学性能研究

硅藻土作为一种自然材料,拥有很多优异的理化特性。介绍了如何从硅藻土中提取出高纯度SiO_2,并用金属热还原法制备出多孔硅,将其与商业硅进行对比研究。同时采用溶剂热法制备了SiO_2/TiO_2复合材料和球磨法制备SiO/TiO_2复合材料,分别对这三种材料进行粉末衍射、扫描电镜等表征。然后将这三类材料作为锂离子电池的负极材料,以锂片作为正极制作锂离子半电池,并对锂离子半电池的循环稳定性,恒流充放电等电化学性能进行表征。结果表明,制备的单质硅具有孔道结构,电池的循环性能比商业硅好。将本实验所用的三类负极材料进行比较可以发现:在首次充放电容量方面,硅和SiO/TiO_2/Mg复合材料明显高于SiO_2/TiO_2复合材料;在循环稳定性方面,复合材料的循环性能明显高于多孔硅,SiO_2/TiO_2复合材料处于绝对领先地位。     

微米硅-石墨-碳负极的制备及在锂离子电池中的应用

硅作为锂离子电池负极的理论比容量是商用碳材料的10倍以上,但是其在循环过程中的巨大体积变化会导致电池负极粉化,形成不稳定的固体电解质界面(SEI)膜,从而阻碍硅负极材料的实际应用.以价格低廉的微米硅作为原材料,石墨和聚丙烯腈作为碳源,采用球磨、液相包覆和热解的方法,制备了微米硅-石墨-碳(Si-G-C)复合材料.所制备...     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

目前,商业上普遍使用石墨作为锂离子电池负极材料,由于其理论比容量较低(372 m Ah·g~(–1)),已经不能够满足锂离子电池的发展需求。研究发现,SnO_2作为负极材料可以和锂离子发生良好的可逆反应,且其可逆容量远高于石墨负极。但SnO_2在充放电过程中会出现颗粒粉化导致电极体积膨胀、裂解,从而影响锂电池的循环性能。通过加入石墨烯对SnO_2进行改性,不仅可以缓解SnO_2在运行过程中的体积膨胀,此外,石墨烯本身大的比表面积及良好的导电性,使得石墨烯/SnO_2材料具有较高的可逆容量及较好的循环稳定性。本文综述了几种不同方法制备石墨烯/SnO_2复合材料,在应用到锂离子电池负极材料时,均表现出良好的电化学性能。     

纳米硅/还原氧化石墨烯复合纤维材料及其负极结构锂离子超级电容器

通过湿法纺丝工艺成功制备了纳米硅/还原氧化石墨烯复合纤维材料,并对其进行形貌表征与电化学性能测试。纳米硅颗粒嵌入石墨烯层间褶皱的结构具有限制硅材料在储锂过程中体积膨胀的作用,适于作为锂离子电容器负极。同时,研究了锂离子电容器多孔活性炭正极材料的双电层电容特性,通过组装成对称超级电容器,对其电化学性能进行测试,并结合材料的形貌,分析其作为锂离子电容器正极的合理性。为使正负极电荷匹配,分别对负极硅碳纤维和正极活性炭材料组装的锂离子半电池的倍率、循环稳定性、电化学阻抗等电化学性能进行了测试。结果表明,纳米硅/还原氧化石墨烯复合纤维材料的比容量最高可达826.2 mA·h/g(在电流密度为0.2 A/g时),活性炭比容量可达39.9 mA·h/g。组装成的锂离子电容器在合理的匹配条件下,充放电首圈循环比容量可达58.2 mA·h/g (在电流密度为0.2 A/g时),能量密度为26.8 W·h/kg,循环100圈后,比容量保持率降至41.7%。     

试析锂离子电池负极材料的发展前景

锂离子蓄电池负极材料是电动汽车芯的一个部分,具有较大的市场,从其发展来看,我国国内锂离子蓄电池采用的多是锰酸锂为正极材料,碳为负极材料。电池循环寿命在1000次左右,而美日等发展国家则多相反的利用负极材料,电池的利用率大大提高。目前我国中信国安盟固利等相关的公司也在积极地进行研发,推出以钛酸锂为负极离子蓄电池。     

纳米碳纤维作锂离子电池负极材料的嵌锂性能

用化学气相沉积法(CVD)制备了纳米碳纤维,并通过2800℃高温处理得到石墨化纳米碳纤维。采用XRD、SEM和TEM对所制的材料进行微结构分析,并考察其作为锂离子电池负极材料的嵌锂性能。结果表明:纳米碳纤维初次嵌锂容量可达到533mA·h/g,25次循环后可逆容量保持在274mA·h/g,循环效率超过99%;经过石墨化处理以后,材料初次可逆容量达到311mA·h/g,首次循环效率从55%提高到78%,25次循环后可逆容量的保持率为99%以上。     

静电纺丝制备复合纳米纤维研究进展

静电纺丝技术近年来在制备纳米纤维领域得到广泛应用,目前已成功制备出多种不同类型的纳米纤维,尤其在制备复合纳米纤维方面取得了显著成果,被认为是制备纳米纤维最有效的方法之一。总结了静电纺丝技术制备纳米纤维,特别是制备复合型纳米纤维方面的最新研究报道,如天然高分子复合纳米纤维、聚合物复合碳纳米管纤维、聚合物复合金属纳米纤维、共聚物纳米纤维以及无机复合纳米纤维等。静电纺丝纳米纤维将在生物医药、电子光学、制备复合材料等多个领域得到广泛应用。     

静电纺丝技术制备光学功能纳米纤维

介绍了静电纺丝制备纳米纤维的基本原理、装置及运用静电纺丝技术制备的实芯、空芯、多孔和带状等几种不同结构的纳米纤维,阐述了近年来同内外研究者通过静电纺丝技术制备出的发光纳米纤维以及光学偏振纳米纤维的相关成果及研究进展,并讨论了这类光学功能纳米纤维潜在的应用.     

纳米Bi的制备及其在锂离子电池中的应用研究

铋(Bi)作为负极材料表现出比石墨更高的理论容量,引起了广泛的关注。然而,在锂化过程中,较大的体积变化和较差的循环稳定性阻碍了Bi负极的发展。为了克服上述缺点,通过电化学原位还原将钒酸铋负极转化为具有三维蜂窝结构的纳米Bi负极,并进一步研究Bi负极充放电机理及形貌变化。结果表明：纳米Bi因具有大的比表面积为锂离子嵌入提供了更多的活性位点,带来了高的比容量;同时,其三维蜂窝结构为Bi纳米颗粒在充放电过程中的体积变化提供了机械应变空间,缓解了Bi的体积膨胀,提高了电极的稳定性。研究表明,纳米Bi负极在100 mA·g^-1下的稳定放电比容量为497.5 mAh·g^-1。本研究为高能量锂离子电池负极提供了一种新的途径,使得纳米Bi有望成为锂离子电池高能负极的潜在候选者。     

硅负极用单宁酸复合海藻酸基双网络粘结剂性能研究

兼具高理论比容量与低工作电压的硅在高能量密度锂离子电池领域具有重大应用潜力,然而其在循环过程中存在巨大的体积变化,导致其循环性能急需提升。基于此,通过小分子单宁酸的引入,在海藻酸、聚乙烯吡咯烷酮双网络高分子体系中构建了氢键交联的动态网络,实现了一种兼具良好韧性与热稳定性的自修复海藻酸基双网络粘结剂,可以有效地缓冲硅颗粒在多次充放电循环过程中的巨大机械应力,进而支撑硅负极在0.2C电流密度下循环200圈后,仍然维持1675.9 mAh·g^-1的放电比容量,甚至在1C电流密度下的放电比容量仍保持在1173.1 mAh·g^-1,说明单宁酸增强海藻酸基双网络粘结剂可以提升硅颗粒的电化学性能,有望推动硅电极的产业化进程。     

中科院化学所成功研制出新型高性能锂离子电池负极材料

锂离子电池是目前能量密度最高的绿色二次电池,已广泛应用于笔记本电脑、手机、摄影机等消费电子产品。无线通信产品、数字娱乐产品、电动汽车、电动工具等领域的高速发展,对锂离子电池的能量密度、功率密度和寿命提出了更高的要求,迫切需要开发出更高性能的锂离子电池电极材料。近日,中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的研究人员成功研制出一种具有优异循环性能的高容量锂离子电池负极材料。     

导电聚合物在锂离子电池中的应用

介绍导电聚合物在锂离子电池中的应用，阐述了正极材料（如聚苯胺、有机二硫化物）、聚合物固体电解质（SPE）及聚合物负极的研究方法，指出导电聚合物作为锂离子电池材料所存在的问题。     

静电纺丝技术制备三维纳米结构研究进展

静电纺丝技术可制备形貌可控并且连续的纳米纤维,在三维纳米结构制备领域得到了广泛应用。综述了国内外三维静电纺丝技术的研究现状,介绍了三维静电纺丝技术的基本原理。概述了目前制备三维纳米结构常用的四种静电纺丝技术涉及的方法,即自组装法、固体模板辅助收集法、液体辅助收集法和气体辅助收集法。对制备原理、实验装置、制备方法、所获得的纳米纤维的主要工艺参数及适用范围进行了比较和总结,并且详细分析了影响其纺丝质量的因素,为三维静电纺丝技术进一步发展提供了参考。     

一种基于静电纺丝技术线状超级电容器的制备

为满足轻薄化、柔性化和可穿戴化电子产品对柔性储能器件的需求，运用静电纺丝技术与滚筒接收方法得到PAN/MnCl2复合纳米纤维膜，再经特定装置加捻、预氧化、碳化生成复合碳纳米纤维束CNFs/MnO2，利用恒电位沉积方法在其表面形成一层聚苯胺PANI，制备了以CNFs/MnO2/PANI为电极材料的线状超级电容器，搭建三电极测试体系平台，运用恒流充放电、循环伏安法测试，数据显示本方法制备的超级电容器比容量可达到 142.31Ｆ/ｇ，且具有一定的柔韧性和循环性。     

一种新型的锂离子电池负极材料

在固相合成的Li4Ti5O12中添加SnO2进行改性。用循环伏安、交流阻抗谱、恒流充放电技术研究了SnO2的添加对材料的电化学性能影响。试验显示,材料改性后,当以金属锂为对电极时,首次放电容量达400.02mAh·g–1,首次库仑效率为50%;当以LiCoO2为对电极时,首次放电容量为166.27mAh·g–1,经过15次循环后,容量衰减仅为3.3%。改性后的电极材料不但提高了容量,而且能够保持原有材料的高循环性能,可用作锂离子电池的负极材料。     

锂离子电池安全技术综述

综述了锂离子电池的危险性,分析了产生锂离子电池产品安全问题的原因。从材料、设计和工艺3个角度,简要地介绍了一些常用的安全技术,并提出了一些安全性设计的实例。