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。     

一种简单溶剂热法合成海胆状硫化铋用于钾离子电池负极材料

采用简单的溶剂热法合成出一种海胆状的硫化铋材料,用于钾离子电池负极.实验结果表明:该种材料可有效的提高钾电负极材料的循环性能,在电流密度50 mA/g下,容量可以达到279 mA·h/g,经过500圈循环后比容量还能保持84.6%;海胆状的硫化铋由于球体本身都是刺状结构,很大的抑制了钾化/去钾化过程中体积膨胀,其较大的空隙空间和较短的扩散距离也能很好的提高电解液接触面积.海胆状的硫化铋材料为钾离子电池负极提供了一种潜在的负极材料,是一种很有前途的材料.     

以废旧NCM523型电池正极材料浸出液制备NiCo2O4和Li2CO3研究

采用湿法冶金方法回收废旧NCM523型锂离子电池正极材料中的镍、钴和锂, 正极材料的硫酸浸出液经净化除杂后, 采用“水热沉淀-煅烧法”制备NiCo₂O₄, 再采用化学沉淀法回收锂。研究了添加剂种类、水热温度及时间、煅烧温度对产物形貌的影响。结果表明, 以电极材料硫酸浸出液为原料, 以草酸作沉淀剂、六次甲基四胺作表面活性剂, 在140 ℃下水热反应4 h, 得到NiCo₂O₄前驱体; 前驱体在300 ℃下煅烧2 h, 得到形貌均匀的棒条状NiCo₂O₄材料; 采用饱和Na₂CO₃溶液沉淀水热反应母液中的锂, 得到Li₂CO₃。该工艺初步实现了废旧电池正极材料中有价金属镍、钴和锂的回收利用。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

钛酸锂合成技术研究进展

钛酸锂是一种尖晶石结构的锂离子电池负极材料,相对于碳基材料具有更好的充放电性能、循环稳定性和使用安全性能,成为研究新型锂电子电池负极材料的热点。然而,钛酸锂本身存在电导率较低,极化现象严重和理论容量小等缺点,限制了其广泛应用。介绍了钛酸锂的合成技术、原理,改进方法及研究现状。分析了不同制备工艺的优缺点及其对材料性能的影响。指出元素掺杂、表面包覆、形貌设计和复合改性等方式可有效改善Li4Ti5O12材料的导电性能,提高材料的电化学性能。提出了目前存在的问题及未来的研究方向。     

氧化锂基复合正极补锂材料的制备及对电池电化学性能的影响

锂离子电池在首次充放电过程中,其负极表面形成的固态电解质界面（SEI）膜会消耗部分正极材料的活性锂,导致不可逆的容量损失,降低锂离子电池能量密度。为解决此问题,选用氧化锂作为牺牲锂盐以补偿锂离子电池的首次不可逆容量损失,提高电池容量和循环性能。通过将催化剂LiMnO₂、Li₂O和导电炭黑(SP)按一定质量比研磨混合,制备了Li₂O基正极补锂材料LiMnO₂/Li₂O/SP。为研究其补锂性能,选用磷酸铁锂作为正极,石墨作为负极,TCGG-Si作为电解液,组装了2032扣式全电池,通过充放电测试,研究了该正极补锂材料对电池电化学性能的影响。结果表明,当LiMnO₂/Li₂O/SP的质量分数分别为50%、45%和5%时,在 10 mA?g^-1的电流密度下充电至4.3 V,LiMnO₂/Li₂O/SP 复合材料的首次充电比容量可达526.5 mAh?g^-1,首次库伦效率为14.63%,其在首次充电过程中分解释放活性锂的过程是不可逆的,并在第4次后完全丧失容量,说明 Li₂O/LiMnO₂/SP复合材料可以作为补锂材料添加到正极材料中。将质量分数为3.6%的Li₂O/LiMnO₂/SP复合材料加入到磷酸铁锂半电池中,半电池的首次充电比容量为186.5 mAh·g^-1,相较 LiFePO₄比容量（166.8 mAh·g^-1）提高了19.7 mAh·g^-1,说明补锂剂已发挥作用,该部分多余的容量可用于形成石墨SEI膜。将Li₂O/LiMnO₂/SP添加到磷酸铁锂-石墨全电池体系中作为正极补锂剂,不仅可补偿石墨负极的首次不可逆容量损失,还可提高全电池的循环性能。全电池的首次可逆容量为158.2 mAh?g^-1,循环100次的可逆比容量为108.0 mAh?g^-1;相较于未添加情况,全电池首次充电比容量增加了12.9 mAh?g^-1,可逆比容量提高了11.6 mAh?g^-1,经100次循环后容量保持率提升了13.90%。     

FEC电解液添加剂对硅碳负极体系电化学性能影响

选择SiC复合材料(比容量600 mAh/g)混合人造石墨为负极,高镍三元正极材料(NCM)为正极,以EC+DMC+EMC(其中EC+DMC+EMC体积比1∶1∶1)为基础电解液,组装成2. 83Ah18650圆柱电池,考察FEC不同添加量对硅碳负极体系全电池性能影响。结果表明:FEC的加入对电池首次放电容量和库伦效率都有一定的提升,因为FEC先于碳酸酯类溶剂在负极表面形成薄且稳定的SEI膜,抑制碳酸酯类溶剂的分解及Si负极的氧化,其产物具有良好的柔性对Si负极体积膨胀具有一定的缓冲作用。经过对比,加入8%以上FEC电解液的电池表现出了较好的综合性能,首次放电容量达到2. 848 Ah,库伦效率82. 8%,循环100周后容量保持率97. 8%。     

锂离子电池三维多孔微米硅负极研究进展

从微米硅的金属辅助化学刻蚀、微米硅基合金酸刻蚀、微米SiO材料歧化酸刻蚀、微米SiO₂的镁热还原制备三维多孔微米级硅负极材料方法出发, 概述了锂离子电池三维多孔微米硅负极的研发进展。基于微米颗粒构建三维多孔微米硅负极多孔化设计, 可以减少工序、保证较高压实密度, 微米多孔硅的孔隙预留了硅锂化后体积膨胀空间, 硅负极材料循环稳定性得到提升;其中镁热还原法制备多孔微米硅无需使用有毒试剂, 且原料来源广泛、价格低廉、工序简短、易于规模化生产, 该法制备的三维多孔微米级硅负极材料有望成为下一代硅基负极材料。     

锂离子电池微米级三维多孔硅负极材料合成及性能研究

三维硅已被证明为极具前景的锂离子电池负极材料,然而现有的三维硅负极在循环性能和初始库伦效率等方面存在挑战。采用盐酸刻蚀、镁热还原和表面组装的策略,从天然蒙脱矿土直接制备出微米级的三维多孔硅/二氧化钛(3D pSi@TiO₂)复合材料。结果表明:复合材料具有的三维多孔结构能够提供足够的空隙,缓解了脱-嵌锂过程中发生的体积膨胀,缩短了电子传输和锂离子扩散的路径,有利于锂离子的快速嵌入和脱出并减少极化;与二氧化钛的有效复合,进一步提高了复合材料的导电率及结构的稳定性;3D pSi@TiO₂负极在0.5A·g^-1电流密度下循环200次后,可逆容量高达1 261.19 mAh·g^-1及90.79%的优异容量保持率,同时初始库伦效率可达到80.6%。     

切割废硅粉球磨制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用。采用低成本的切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用简单的高能球磨法一步制备废硅粉-石墨复合材料（WSi-G）。系统研究了废硅粉的属性特征和硅碳复合材料的微观结构,所制备硅碳复合微粉的电化学性能。结果表明,微米尺寸的废硅粉直接用于锂离子电池时的负极循环性能快速衰减,采用球磨法制备的硅碳复合材料用于锂离子电池负极时展现出优异的循环稳定性,在0.5 A g-1电流密度下循环160圈后其可逆比容量仍然可以稳定在428 mA·h/g以上。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

原位碳包覆二硫化钼用于锂离子电池负极材料

以木耳为碳源,以钼酸钠、L-半胱氨酸分别为钼源和硫源,采用水热法原位合成一种碳包覆二硫化钼(MoS2@C)复合材料,用于锂离子电池负极材料.通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对样品进行了系统的研究.以锂金属片为对电级,在两电极电池体系中进行电化学性能测试.结果表明:所制备的MoS2@C复合材料具有多孔碳...     

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。     

MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯复合负极材料的制备及性能研究

采用原位生长法设计并合成了MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯的复合材料(Si/C@G),并应用于锂离子电池负极材料,该材料结构有效缓解硅基负极材料充放电过程的体积变化,促进了稳定的固态电解质中间相层的形成,提高了电极材料的电导率。Si/C@G负极材料在电流密度500 mA/g时经100次循环可逆比容量仍有1081.2 mAh/g;在电流密度5.0 A/g时其可逆容量达到949.6 mAh/g。Si/C@G负极在1.0 A/g的恒电流密度下循环500次后可逆比容量可保持在677.2 mAh/g左右,库仑效率可达99.84%,表现出良好的循环稳定性。     

太西煤的石墨化改性及其锂离子电池负极性能

采用石墨化炉对太西煤进行石墨化处理。以沥青为前躯体采用液相包覆的方法实现表面包覆并经高温（1 000 ℃）炭化处理,制备具有核壳结构的炭石墨复合材料。经过电化学表征,首次可逆比容量为330.4 mAh/g,首次库伦效率为90%,50个循环后容量仍保持在90%。通过对石墨化处理后太西煤的微观结构和包覆炭层的表征分析,认为石墨化太西煤具有类似微晶石墨的微观结构,有利于锂离子的嵌入脱出,包覆炭层减少了比表面积,减少了表面不可逆反应以及固体电解质中间相膜（SEI膜）的生成,同时在循环过程中起到缓冲作用,保证了石墨化太西煤结构的稳定。     

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。     

三元正极材料废粉氢还原-水浸提锂过程典型杂质的影响

对含杂三元正极废粉和纯三元正极粉进行了氢还原-水浸提锂工艺对比试验,采用XRD、SEM-EDS和红外光谱等检测手段对反应产物进行表征分析。结果表明,纯三元正极粉较佳焙烧条件为: 焙烧温度500 ℃、焙烧时间30 min、氢气流量100 mL/min,此条件下所得焙烧料在浸出液固比10∶1、温度90 ℃、时间120 min条件下浸出,锂浸出率为98.71%。含杂三元正极废粉较佳焙烧条件为: 焙烧温度500 ℃、焙烧时间90 min、氢气流量100 mL/min,此条件下所得焙烧料在相同条件下水浸时,锂浸出率为84.74%。含杂三元正极废粉锂浸出率明显低于纯三元正极粉,原因是含杂三元正极废粉中存在F、P、Al等杂质,在还原焙烧过程中部分锂与杂质成分反应,生成水溶性差的LiF、Li3PO4和LiAlO2,进而降低了锂浸出率。