锂离子电池负极材料α-Fe_2O_3的研究进展

锂离子(Li~+)电池属于绿色环保电池,近年来已成为国际上研究的热点。α-Fe_2O_3理论电容量高(1007mAh/g)、储量丰富,具有代替传统石墨负极材料的潜力。其中纳米结构的α-Fe_2O_3可以有效地改善α-Fe_2O_3易团聚、体积易膨胀、电极易粉碎的问题。综述了近年来纳米结构α-Fe_2O_3及其复合材料在结构和电化学性能两方面的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

包覆结构Si/C复合负极材料研究进展

以包覆结构Si/C复合材料作为负极的锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、自放电效率低、循环寿命长等特点。然而,锂在硅中插入/脱出过程的体积膨胀和固体电解质界面膜(SEI)的不稳定性,阻碍了硅的商业化应用。本文通过对近年来新型包覆结构Si/C复合负极材料的构筑方法、电化学性能、比容量和循环性能进行分析和研究,发现包覆结构Si/C复合负极材料不仅可以缓解硅在锂化过程中的体积膨胀和炭层破裂,而且可以有效提高LIBs循环稳定性。因此,Si/C复合材料有望取代石墨成为高容量LIBs的主要负极材料。     

铝/石墨复合材料的制备及其电化学性能研究

铝作为负极材料其理论容量较高,但铝在充放电过程中会出现严重的体积膨胀,导致循环性能差。为克服铝体积膨胀严重的缺点,采用简单的球磨法成功制备出铝/石墨复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料的结构和形貌进行分析。电化学性能测试表明,铝/石墨复合材料首次放电比容量高达1004mAh/g,循环15次后容量保持在300mAh/g。铝/石墨复合材料拥有较高的放电比容量和较好的循环性能,在锂离子电池负极材料中具有潜在的应用价值。     

锂离子二次电池多孔集流体的制备与应用

金属基负极材料具有超高的理论容量,是新一代锂离子二次电池理想的负极材料。但是,金属基负极材料在充放电过程中会产生严重的体积膨胀,从而导致负极材料的粉化和脱落,使其循环性能迅速恶化。采用多孔集流体能够充分利用三维连通的孔隙和高的比表面积来显著提高锂离子二次电池的循环性能和能量密度,是缓解金属基负极材料体积膨胀的有效方法之一。本文总结了近年来微米多孔、纳米多孔和双尺度多孔集流体的制备方法及其在锂离子二次电池中的应用。     

用于钾基能源存储的石墨材料研究进展

由于钾离子电池成本低和其电化学性能与锂离子电池相当,钾离子电池和钾基双离子电池成为非常有潜力的新兴储能器件.另外,石墨作为已成功商业化应用的锂离子电池负极材料,也可容纳半径较大的钾离子和一些阴离子的插层并表现出较高的理论容量.但是,石墨材料在钾基能源存储器件中的应用依然面临一些挑战,如半径较大的离子插层会造成较大的体积...     

锂离子电池用石墨类负极材料结构调控与表面改性的研究进展

锂离子电池作为新一代绿色能量储存和转换装置,具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。负极材料是锂离子电池的核心部件之一,其结构和性质对电池的性能起着关键性作用。在众多碳基负极材料中,石墨类材料是目前商业化锂离子电池中应用最广的负极材料。但石墨类负极材料存在可逆容量较低、离子扩散动力学和电解液兼容性较差、体积膨胀率较高等问题,导致锂离子电池的能量密度、大电流倍率性能及循环稳定性等受到严重限制。尤其是近年来新能源汽车对续航里程和快速充放电能力的需求不断提高,使得石墨类负极材料在能量密度与功率密度方面的缺陷日渐凸显。为改善现有石墨类负极材料某些方面的缺陷,提高其综合性能,研究者们主要从石墨类负极材料的表面包覆、化学修饰、元素掺杂和微晶结构优化等角度进行了广泛探究,并取得了丰硕的成果。主要体现在:(1)表面包覆,构筑核壳结构,改善负极材料与电解液的兼容性;(2)化学修饰,调控界面化学性质,增强负极材料表面SEI膜(电极/电解液界面膜)的稳定性;(3)元素掺杂,调节石墨微晶表面的电子状态和导电性,强化负极材料的嵌-脱锂行为;(4)微晶结构优化,修筑三维(3D)梯级纳米孔道,改善锂离子的传输路径,提高负极材料的储能容量和倍率性能。本文简要介绍了锂离子电池的工作原理和其对石墨类负极材料的要求,重点综述了石墨类负极材料在结构调控与表面改性等方面的最新研究进展,并对石墨类负极材料的未来发展趋势进行了展望,以期为高性能锂离子电池用新型碳基负极材料的研发与推广应用提供参考。     

高性能锂金属电池负极结构设计及界面强化研究进展

锂离子电池(LIBs)作为目前使用最广泛的二次电池,绝大多数以理论比容量较低的石墨(372 m Ah/g)为负极,已无法满足人们日益增长的对电池储能性能的要求。金属锂因其超高的理论比容量(3 860 m Ah/g)和最低的还原电势(-3.04 V,相比于氢标准电极)被看作是下一代高能量密度可充电锂电池最理想的负极材料。尤其是当金属锂与硫、氧组成锂-硫或锂-氧电池体系时,其理论能量密度远超锂离子电池,受到研究者的广泛关注。然而,库伦效率低和稳定性差一直是限制锂金属电池商业化应用的关键因素。当金属锂直接用作电池负极时,其易与电解液反应,在其表面形成一层脆弱的固态电解质中间相(SEI)膜。电池循环时,负极体积膨胀会破坏SEI膜,诱导锂枝晶和“死锂”形成,造成不可逆的容量损失。此外,锂枝晶生长至一定程度后会刺穿隔膜,导致电池内部短路甚至发生爆炸,引发严重的安全问题。为了解决上述问题,研究者们在锂金属负极失效机制、结构设计及界面强化等方面进行了许多探索。一些研究枝晶生长的理论模型如Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和静电屏蔽模型等已受到广泛认可。在此基础上,研究者们尝试通...     

宁波所:锂电池高容量负极材料领域取得系列进展

<正>锂离子电池与铅酸、镍镉、镍氢等电池相比,由于其较高的能量密度、较长的使用寿命、较小的体积、无记忆效应等特点,成为现今能源领域研究的热点之一。负极材料是锂离子电池的关键组件之一,其作为锂离子的受体,在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出。因此,负极材料的好坏直接影响锂离子电池的整体性能。目前,商用锂离子电池负极材料广泛使用石墨及改性石墨,但是其理论容量仅为372m Ah/g,大大制约了高能量动力电池的发展。IV族元素(硅,锗,锡)基负极材料     

中空海胆状结构的碳包覆Fe2O3用作锂离子电池的高性能负极材料

Fe2O3由于成本低廉,储量丰富和理论比容量高(1007 mA hg^-1)等特点,在锂离子电池负极材料的应用中极具发展前景.然而一些问题仍然存在,如:充放电过程中比容量的迅速衰减,不可逆的体积膨胀以及较短的循环寿命等.这些问题严重制约了Fe2O3在锂离子电池中的实际应用.为了突破这些局限,本文以金属-有机骨架(MOF...     

用于钾基能源存储的石墨材料研究进展（英文）

由于钾离子电池成本低和其电化学性能与锂离子电池相当,钾离子电池和钾基双离子电池成为非常有潜力的新兴储能器件。另外,石墨作为已成功商业化应用的锂离子电池负极材料,也可容纳半径较大的钾离子和一些阴离子的插层并表现出较高的理论容量。但是,石墨材料在钾基能源存储器件中的应用依然面临一些挑战,如半径较大的离子插层会造成较大的体积膨胀(K~+61%;阴离子130%),导致在循环过程中石墨层间滑移,电池容量衰减;同时由于石墨材料有限的层间距,半径较大的离子会表现出缓慢的插层反应动力学而导致较差的倍率性能。因此,针对存在的问题,本文总结了近年来石墨材料应用于钾基能源存储的研究进展,分析了插层机理并揭示了电化学性能与石墨结构,电解液和黏结剂之间的关系。最后,总结并展望了石墨材料在钾基能源存储中应用的发展方向。     

纳米金属氧化物基锂离子电池负极材料研究进展

负极材料是锂离子电池的重要组成部分, 目前商用锂离子电池的负极材料石墨的理论比容量仅为372 mAh/g, 严重制约了锂离子电池的进一步发展。在众多的锂离子电池负极材料新体系中, 金属氧化物具有理论比容量高、价格低廉、环境相容性好等优点, 受到广泛关注, 但是其存在导电性差、充放电体积变化大等缺点。研究发现, 纳米化可以在保持金属氧化物优点的同时克服其缺点, 因此成为金属氧化物基负极材料的研究热点。本文对近期纳米金属氧化物基锂离子电池负极材料研究的主要成果进行综述, 着重关注几种具有代表性的金属氧化物及其复合物的纳米结构设计与性能优化, 并为后续相关研究提出建议。     

低成本二氧化硅源镁热还原制备锂离子电池多孔硅负极材料的研究进展

硅材料因其超高的理论比容量、较低的放电电压及锂离子扩散势垒,成为最有发展前景的高容量锂离子电池负极材料之一.然而,硅负极在充放电过程中会引起巨大的体积膨胀,严重影响其电化学性能.设计具有纳米尺寸和多孔结构的硅负极材料是实现高容量硅负极的有效途径.但目前大多数的制备方法通常工艺复杂、成本高、产率低,限制了其商业应用.因此...     

纳米碳颗粒作为锂离子电池负极材料的研究

石墨化碳具有充放电容量高、循环性能稳定等特点,是最有商业应用价值的锂离子电池负极材料之一,所以改性的碳负极材料一直是研究的重点.用TEM,HRTEM对用电弧放电法制备的纳米碳颗粒进行结构表征,并将其用作锂离子电池负极材料研究其电化学性能.研究结果表明,纳米碳颗粒负极具有较高的初次充电容量,达到了710mAh/g.但是初次放电效率低,不可逆容量损失大,在锂离子电池应用上还存在很多缺陷.必须对其加以改善使之成为一种较好的锂离子电池负极材料.     

石墨烯/金属氧化物锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯作为锂离子电池负极材料时,比克容量是石墨的两倍,但是纯石墨烯因其在充放电过程中团聚,导电循环性能差。为了延长石墨烯的循环寿命,一种有效的方法是在石墨烯中加入过渡金属氧化物(CoOx,CuOx,NiOx,FeOx和MnOx等)。这些过渡金属氧化物比克容量高(700~1000mAh/g),但是在充放电过程中发生体积膨胀,导致其循环性能差。过渡金属氧化物与石墨烯复合后,能够弥补彼此的缺点,具有优异的电化学性能。综述了石墨烯/过渡金属氧化物复合物在锂离子电池负极材料上的应用,并研究了石墨烯加入后对复合材料的性能提升的原因。     

NiSix／Ge核壳纳米线作为锂离子电池负极材料的电化学性能

Ge具有约1600mAhg。的理论比容量,是商业化石墨材料理论容量（372mAhg-1）的4倍多,是目前较有吸引力的锂离子电池负极材料。纳米材料相比于体材料由于具有独特的物理化学特性,广泛地应用于锂离子电池领域。本文采用化学气相沉积和射频溅射的方法在泡沫镍上合成出了大量NiSix／Ge核壳纳米线,并进行了扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDX）、透射电子显微镜（TEM）表征分析。将其作为负极材料应用于锂离子电池中,首次放电比容量约为1700mAhg-1,首次效率为70．9％。60个循环后放电比容量仍可维持在950mAhg叫以上,相比于Ni／Ge薄膜,表现出更好的锂离子电池循环性能。NiSi。纳米线的优异导电性、纳米线之间的充足空间给予的缓解体积膨胀功能及Ge膜与纳米线的优良接触在提高锂离子电池性能上起到了非常重要的作用。     

锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅负极材料具有很高的理论比容量(4200mAh/g),但充放电过程中巨大的体积变化导致其循环性能很差,同时较低的电导率以及与常规电解液的不相容性等因素限制了硅作为负极材料在锂离子电池中的应用。因此,目前大部分研究人员都致力于解决其循环性能差的问题。综述了近年来改善硅基负极材料性能的最新进展,指出了硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究前景。     

锂离子动力电池负极材料研究进展

综述了锂离子电池负极材料研究进展,着重介绍了负极材料活性成分、材料尺度及操作温度对电池比容量、比功率、循环寿命、充放电倍率性能的影响,以及数模化半电池或全电池系统对负极材料电极性能的理论研究。为了提高锂离子电池动力性能,改进碳/石墨和非碳/石墨负极材料、制备高度有序的阵列负极将成为今后研究的重要方向;建立数学模型模拟充放电过程、分析负极材料的电极动力学特性,是表征、优化负极材料的有效方法。     

基于海藻酸钠交联的NiO/C复合材料制备及其储锂性能

NiO作为过渡金属氧化物代表,具有能量密度较高、成本低的优点,在锂离子电池负极材料的应用中引起了广泛关注。通过海藻酸钠与金属离子的自主交联反应,以及碳化、氧化过程,制备了低成本的多孔纳米NiO/C复合材料。得到的复合材料中,NiO纳米颗粒分散均匀且被石墨化碳层包覆,并嵌入多孔相互连通的碳基体中,在提升复合材料整体导电性的同时抑制了活性材料在电化学反应中的体积膨胀。将其用作锂离子电池负极材料时,NiO/C复合材料在0.1,1 A/g的电流密度下分别具有608.2,307.2 mAh/g的比容量,并且在0.1 A/g电流密度下经过100圈循环后仍保持448 mAh/g的比容量,显示出优良的循环稳定性。优良的电化学性能充分显示出NiO/C复合材料在锂离子电池负极材料中的应用潜能。     

锂离子电池新型电极材料及在塑性电池中应用的研究

本项目研究锂离子电池新型正极材料LiMn_2O_4、复合石墨负极材料和塑性锂离子电池。自行设计了功率为0～1kW、主频为2.45GHz、腔体模式为TE_(103)型单模腔微波场,开发了微波合成LiMn_2O_4的新技术,合成时间缩短至15min;材料的比容量大于120mAh/g,以它为正极的18650型锂离子电池容量大于1250mAh,0.5C(650mA)充放电300次后容量保持70％左右;此外本项目还研究了采用高温固相反应法改善LiMn_1O_4循环性能的新技术。系统地研究了国产石墨碳材料嵌脱锂的特性,它们的容量一般小于300mAh/g,存在充放电效率低、循环性能差等问题;本项目开发了对国产石墨材料的改性技术,极大地提高了材     

石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯作为一种锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能,但石墨烯在充放电过程中容易团聚,导致其容量衰减特别快。而金属氧化物在充放电过程中体积膨胀大,因此其容量衰减也非常快;另外,金属氧化物的电导率低,导致其倍率性能差。将金属氧化物与石墨烯复合,两者性能互补,石墨烯可提高复合材料的电导率,缓解金属氧化物在充放电过程中的体积效应;金属氧化物可提高复合材料的储锂容量,并能阻止石墨烯在充放电过程中团聚。本文介绍了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的制备方法,分析了石墨烯与氧化铜及其复合材料的储锂机制,展望了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的应用前景,并指出了当前研究中存在的问题。