锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池因其较高的能量密度、良好的安全性能和优异的循环性能而受到广泛关注。目前,为了满足不断增长的储能应用需求,人们在开发具有更高电化学性能的锂离子电池负极材料方面做了大量的研究工作。本文根据锂离子电池负极材料在充放电过程中发生的电化学反应机制不同,分别详细介绍了嵌入型负极材料(石墨、TiO2、钛酸锂等)、转化型负极材料(Fe2O3、NiO等)和合金化负极材料(Si、Ge、P等)的电化学反应机制及其优缺点,重点阐述了不同负极材料的提高电化学性能方法和策略。该综述可为锂离子电池负极材料的构建和性能优化提供重要的参考价值。     

氧化锌作为锂离子电池负极材料的研究进展

氧化锌作为锂离子电池负极材料具有理论比容量高(978 mAh/g),来源广,环境友好和价格便宜等优势,是新一代高效环保的锂离子电池负极材料之一。然而氧化锌电极材料固有的电导率较低,不利于电池大电流充放电。并且在循环充放电过程中,易产生枝晶及周期性应力,导致材料体积膨胀或结构损坏,致使电池的循环性能衰减过快,容量保持率低。本文综述了改善氧化锌电化学性能的两种常用的策略：制备不同维度具有纳米结构的氧化锌电极材料;与碳材料、金属单质和金属氧化物等复合制备氧化锌复合电极,并对该类负极材料进一步研究、应用前景予以展望。     

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池作为目前商业化应用最成熟的电化学储能载体之一,在消费电子、交通工具、储能电站领域得到广泛应用。组成锂离子电池的关键材料一般是正极、负极、电解液和隔膜,其中负极材料的选择决定电池能量密度、电化学性能、安全可靠性等各方面性能,因此近20年来,负极材料技术一直是新能源产业最热门的研发领域之一。根据负极材料产业化的时间顺序,基本上可以分为三代产品,分别为碳、钛酸锂和硅基材料。文中简要介绍了三代负极材料的结构特征、功能特点、改进方向等方面研发进展,对各类负极材料存在的不足和改性等方面的研究成果进行了评述。     

锂离子电池超高容量负极材料的研究进展

对最近几年锂离子电池用负极材料, 特别是首次最大充放电容量超过500 mAh/g 的负极材料进行了综述。分类详述了高容量负极材料的研究现状, 其中包括碳负极材料(硬碳、碳纳米管、碳的掺杂)和非碳负极材料(锡基负极材料、过渡金属氮化物、新型合金), 并对其各自的特点进行了分析, 认为超大比容量的锂离子电池用负极材料是未来发展的重要方向。     

锂离子电池硅碳负极材料的结构设计研究进展

硅基材料具有理论比容量高、资源丰富等优点,然而硅基负极材料在锂化过程中面临体积膨胀、活性物质破碎粉化、电极材料与集流体分离以及导电性较差等问题。综述了硅碳负极材料的锂化机理及性能衰退原因,介绍了硅碳材料核壳结构、蛋黄壳结构、夹层结构及三维结构等结构设计研究进展及存在的问题,在此基础上对开发制备更简单、更可靠、成本更低的硅碳材料及其三维结构设计进行了展望。     

锂离子电池碳负极材料研究进展

综述锂离子电池碳负极材料的研究进展,主要包括中间相碳微球、天然石墨、无定形碳负极材料以及天然石墨表面改性.对天然石墨表面改性是改善锂离子电池负极材料性能的重要手段,通过改性处理,可有效降低石墨电极的不可逆容量,从而使可逆容最和库仑效率有较大程度的提高.由于表面改性天然石墨具有成本和性能方面的综合优势,是今后较长一段时间内,工业化应用的锂离子电池主要负极材料.     

酚醛树脂炭包覆天然微晶石墨作锂离子电池负极材料

通过酚醛树脂包覆天然微晶石墨和炭化处理制备具有核壳结构的酚醛树脂炭包覆天然石墨负极材料,考察了酚醛树脂包覆量对酚醛树脂炭包覆天然石墨负极材料结构和性能的影响。结果表明,表面树脂炭的存在使石墨表面更光滑,但不会改变其片层状晶体结构。酚醛树脂炭包覆石墨的比表面积随酚醛树脂包覆量的增加而增大。包覆适当厚度的酚醛树脂炭可明显改善天然微晶石墨的首次充放电性能和循环性能,酚醛树脂包覆量为3%的酚醛树脂炭包覆石墨的首次可逆容量为334.3mAh/g,首次充放电效率为84.8%。     

纳米Si粉在高容量锂离子电池负极中的应用研究

通过感应等离子体蒸发凝聚法制备纳米Si粉,以葡萄糖为有机碳源,经高温碳化将纳米Si粉钉扎在石墨载体表面制备出Si/C复合负极材料,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(0FESEM)和电化学性能测试等对比分析了纳米Si粉、石墨载体和Si/C复合负极材料的结构和性能。结果表明,纳米Si粉作为锂离子电池负极材料首次放电容量和可逆充电容量分别为3 519.4 m Ah/g和2 063.7m Ah/g,但是首次效率只有58.6%,且循环寿命差,Si/C复合负极材料能够有效缓冲纳米Si粉的体积变化,发挥较高的可逆储锂容量,提高循环寿命,但是需进一步改善首次效率。     

锂离子电池硅碳负极用壳聚糖粘结剂的性能研究

研究了壳聚糖(CS)粘结剂在锂离子电池硅碳负极中的性能。通过XRD、红外光谱和SEM表征粘结剂和电极的结构与形貌, 测试了粘结剂的剥离强度, 通过电化学性能和电极动力学比较了壳聚糖与聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂对硅碳复合材料电化学性能的影响。结果表明: CS粘结剂和PVDF粘结剂极片剥离强度分别为10.5和7.6 N/m, 水溶性高分子CS粘结力更强; CS、PVDF作为硅碳负极粘结剂首次可逆比容量分别为572.4和568.3 mAh/g, 首次库伦效率分别为78.4%和79.5%, 50次循环后容量保持率分别为72.3%和65.8%。与PVDF相比, CS更适合应用于锂离子电池硅碳负极材料中。     

锂离子电池锡基负极材料的研究进展

介绍锂离子电池锡基负极材料的发展过程,阐述锡基负极材料的储锂机理及影响其储锂性能的因素,综述近年来金属锡、锡的氧化物、锡合金及锡复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,对目前研究中存在的问题进行了分析,并总结了改善其性能的不同方法.最后提出了锂离子电池锡基负极材料的研发思路.     

金属硼化物在Li-S电池正极载体材料中的研究进展

锂硫（Li-S）电池因其高的能量密度、较低的生产成本和环境友好性能而受到广泛关注。其中正极载体材料的合理设计与合成成为解决当前Li-S电池所面临的缓慢反应动力学、实际电池容量及库伦效率低及循环稳定性不足的关键。金属硼化物对多硫化物因具有良好的化学吸附/催化性能,从而在Li-S电池正极载体材料中得到广泛关注。本文详细介绍了一系列典型金属硼化物如MgB2、Co2B、TiB2、MoBx、ZrB2在Li-S电池正极载体材料中的应用,阐述了不同材料提高Li-S电池性能的方法和策略,并且深入分析了其独特的电化学作用机制。本综述为设计与合成Li-S电池用金属硼化物高效正极载体材料提供了指导。     

高性能锂离子电池草酸亚铁负极材料的可控制备

针对草酸亚铁负极材料循环稳定性差的问题,采用简单的溶剂热法,通过控制表面活性剂种类,分别用可控的合成得到了两种不同形貌结构的草酸亚铁,并进一步考察了材料的储锂能力。结果表明,表面活性剂可以改变材料颗粒晶面亲水和疏水的相互作用,进而影响材料颗粒形貌和结构稳定性。基于颗粒完整的长杆状结构、N-甲基-2-吡咯烷酮条件下合成得到的草酸亚铁材料表现出更为优异的倍率和循环性能,在1、3、5C电流密度下循环50次后,仍有585.18、551.39和539.07 mA·h/g的放电比容量。     

废旧锂离子电池正极材料再生技术现状

锂离子电池因具有高能量密度、高功率、低成本、优异的循环性能和较长的循环寿命等优点,已成为大部分可移动设备的储能装置。近年来,废旧锂离子电池的数量不断增加。废旧锂离子电池正极材料的再利用成为当前研究热点。介绍了废旧锂离子电池正极材料再生的研究现状,主要介绍了溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、高温固相法和碳热还原法等再生锂离子电池正极材料的方法,分析了不同方法存在的优缺点,阐述了微波加热技术在废旧锂离子正极材料再生技术中的重要性。对未来废旧锂离子电池正极材料再生技术进行展望,提出了离子交换法再生三元锂离子电池正极材料的方法,以及微波加热技术对制备锂离子电池正极材料的重要性。     

锂专刊高比能锂离子电池的预锂化技术研究进展

由于电动车和电子设备等技术的快速发展,高能量密度锂离子电池的需求不断增加。作为提高电池能量密度的重要措施之一,高比容量负极材料的应用也受到越来越多的关注。然而,高比容量负极材料与传统石墨基材料相比具有较大的初始不可逆容量和较低的循环稳定性,严重影响了电池的能量密度和使用寿命。因此,对于高容量负极的实际应用,迫切需要开发商业上可用的预锂化技术来补偿其初始及循环过程中的不可逆容量损失。本文从电池电极改进的角度系统地总结和分析了各种预锂化方法的优势和挑战,可为锂离子电池的预锂化技术开发和高比能量电池的性能优化提供重要的参考价值。     

锂离子电池MoO_2负极材料的水热法合成及其电化学性能

以四水合钼酸铵(AHM)、乙二醇(EG)为原料,采用水热法合成MoO2材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试研究材料的结构和电化学性能。结果表明,水热法合成的MoO2粒径为20~30 nm,材料表现出良好的电化学性能。首次放电比容量为664.3 m A·h/g,充放电效率较高,首次充放电的库伦效率高达94%,在20个充放电循环过后,仍有较高的容量保持率,MoO2作为锂离子电池负极材料展现出良好的容量存储和循环性能。     

锂离子电池Li_4Ti_(4.95)Zr_(0.05)O_(12)负极材料的结构与电化学性能

采用高温固相法合成Li_4Ti_5O_(12)及Li_4Ti_(4.95)Zr_(0.05)O_(12)材料,采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、充放电测试和循环伏安(CV)研究材料的结构和电化学性能。结果表明,两种材料均具有较小的平均粒径和窄的粒度分布,Zr4+进入晶格结构内部,具有纯相的尖晶石结构。0.1C倍率时,Li_4Ti_(4.95)Zr_(0.05)O_(12)首次放电比容量高达248 m A·h/g,略低于Li_4Ti_5O_(12)。1.0C倍率放电比容量为145 m A·h/g,5.0C倍率140次循环后,放电比容量仍达到121 m A·h/g,明显高于纯相Li_4Ti_5O_(12)材料,具有较好倍率性能。     

锂/钠离子电池中铁基氟化物正极材料的研究进展

随着电化学储能技术的快速发展,传统脱嵌型正极材料由于理论容量低且成本高等特点,逐渐无法满足3C产品和电动汽车对能量密度提升的需求。转化型正极材料,特别是氟化物材料,因理论容量高、氧化还原电位高、价格低廉等优势引起了广泛关注。但现阶段,以铁基氟化物为代表的转化型正极材料仍存在电压滞后、体积膨胀大、离子电导率差等问题,极大限制了其规模化应用。系统地总结了铁基氟化物正极材料现阶段面临的关键科学问题和潜在的解决方案,最后结合商业化电化学储能技术的发展历程,对铁基氟化物正极材料的发展方向做出了展望。     

锂离子电池Na_2Li_2Ti_6O_(14)负极材料的合成与电化学性能

采用高温固相法成功合成了新型钛基负极材料Na_2Li_2Ti_6O_(14),并研究了其结构及电化学性能。利用高分辨透明电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)及其Rietveld精修、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)表征分析了材料的物相和显微结构。结果表明,合成的Na_2Li_2Ti_6O_(14)负极材料为纯相,具有Fmmm空间群结构;Na_2Li_2Ti_6O_(14)颗粒约为500~800 nm,Na、Ti和O三种元素分布均匀。循环伏安(CV)、充放电及电化学阻抗谱(EIS)测试表明,材料具有较好的锂离子脱嵌可逆性,较好的倍率性能和循环稳定性。钛电流密度为500 m A/g充放电时,Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料的首次脱锂(充电)容量为180 m A·h/g,100次循环后可逆容量为136 m A·h/g;100次循环后,Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料的电荷转移电阻增加,锂离子扩散系数略有下降,表明Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料在循环后SEI膜的生成,降低了材料的电化学活性。