核壳结构正极材料界面设计与性能研究

核壳结构电池材料能从核心和壳体两方面产生协同作用,具有比容量高、氧化还原可逆性好、离子扩散速率高、成本低、安全性强等优点,在电池材料研究中有广泛应用。三元电池材料的核壳结构设计主要分为非电活性材料核壳结构设计、普通核壳结构设计、浓度梯度核壳结构设计、全浓度梯度核壳结构设计等;核壳结构三元电池材料的合成方法主要分为:化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等,综述了核壳结构电池材料热力学、电化学、动力学性能,对核壳结构电池材料理论计算、数值模拟的研究现状和应用进行了阐述,最后简述了核壳结构正极材料的应用和展望。     

浓度梯度型锂离子电池富镍氧化物正极材料

富镍氧化物正极材料因其具有高比容量、低成本、环保和无需高电压电解质的优点而备受关注。虽然Ni含量的增加有助于提高放电比容量,但也产生了阳离子混排、表界面反应和导致结构不稳定的裂纹扩展等缺点,导致富镍正极材料的循环寿命较差、热稳定性有待提升和储存性能较差,妨碍了其商业化应用。为尽可能地发挥富镍锂离子电池高容量的优势,研究人员对材料进行了多种改性,历经了离子掺杂、表面包覆、单晶材料、核壳结构、浓度梯度结构等发展阶段。本文首先对掺杂、包覆、单晶、核壳结构等几种改性手段进行了简要概述,分析了这几种方法的优势及本身固有的缺点。然后重点对浓度梯度材料进行了分析,根据其发展阶段分为富镍核加浓度梯度壳、线性浓度梯度材料、渐进式浓度梯度材料三个部分,从合成方法、改性机理及电化学性能等方面做了详细介绍。综合来看,浓度梯度材料可以从根本上解决富镍正极材料的固有缺点,相信这一技术会在富镍正极材料的实用化进程中发挥重要作用。     

三元正极材料结构设计的研究进展

锂离子电池用三元正极材料LiNixCoyM1-x-yO_2(M为Mn或Al)具有比容量高、成本低等优点,已实现商业化应用。然而三元正极材料在安全性能、循环性能、储存性能、加工性能等方面仍存在不足,很多研究结果表明合理的结构设计是改善三元正极材料性能的有效手段。总结了三元正极材料结构设计的研究进展,并对其未来的应用前景进行了展望。     

核壳纳米材料的研究进展

综述了核壳纳米结构材料的制备方法,主要包括溶胶凝胶法、原位聚合包覆法、异相凝集法、声化学法、乳液聚合法和层层自组装法等,介绍了核壳纳米结构材料的性能特点,并展望了核壳纳米材料的应用前景。     

金属有机骨架(MOFs)为壳的核壳结构材料研究进展

MOFs核壳结构材料是近十几年来化工材料领域的研究热点, 其中MOFs可作核, 亦可作壳。本文从不同的核出发综述了以MOFs为壳的核壳结构材料的合成方法, 如外延生长法、后合成修饰法等;概述了其展现出优于核层与壳层的特性(如选择性分离、催化性、磁性等)及以 MOFs为壳的核壳结构材料在气体吸附、催化剂、磁性分离等应用上的研究, 这给MOFs复合材料的产业化带来很大的潜力;而内核主要包括单质金属及非金属类内核、氧化物类内核、MOFs类内核;最后对MOFs为壳的核壳结构复合材料合成方法的改进和拓展、结构均一稳定、多功能化的发展作了展望。     

核壳型纳米金属氧化物复合材料研究进展

综述了核壳型纳米金属氧化物复合材料方面的最新研究成果,详细介绍目前核壳型金属氧化物复合材料在太阳能电池用电极材料、光致发光材料、磁性材料、催化材料、传感器材料等方面的应用研究现状和存在问题,提出了核壳型纳米氧化物复合材料的应用发展趋势。     

高比能量富镍三元正极材料的研究进展

便携式电子设备在人类社会中发挥着越来越重要的作用,对高能量密度的电池的研发和性能研究更加迫切。层状富镍三元材料作为具有较高应用前景的高能量密度锂离子电池正极材料受到诸多关注。本文从富镍三元正极材料的结构和协同机理两方面介绍了电极材料的性质,从其失效机理着手介绍了其存在的相关问题,从材料的改性和结构调控等方面介绍富镍三元正极材料的研究进展。最后在此基础上对未来富镍三元正极材料的研究及其应用发展做出展望。     

核-壳结构型复合材料的制备与应用

具有核-壳结构的复合材料在很多领域具有许多潜在的应用功能,也是近几年来的一个研究热点。分析和讨论了核-壳复合材料的制备方法,包括化学沉积法、溶胶-凝胶法、自组装技术、微乳液法、模板法和超声合成法等;然后总结了核-壳结构复合材料在生物医药、催化、传感器等领域的应用研究进展;最后对核-壳结构材料的制备方法和应用前景进行了展望。     

核壳结构α-Fe_2O_3锂离子电池阳极材料制备及应用

以甘氨酸作为结构导向剂,通过一步合成溶剂热法制备了新型的胶体核壳结构α-Fe_2O_3。胶体核壳α-Fe_2O_3的结构单元(壳和核)是纳米盘状的α-Fe_2O_3,而纳米盘由α-Fe_2O_3纳米粒子组成。以制备的核壳结构材料作为锂离子电池阳极材料的活性物质,组装成锂离子电池进行测试,电池在180圈循环时仍具有1437.2 m A·h·g~(-1)的放电比容量和1425.7 m A·h·g~(-1)的充电比容量,表明核壳α-Fe_2O_3胶体呈现出高的锂存储容量和倍率性能。独特的核壳状胶体结构,较大的活性物质与电解液接触面积和快速的锂离子扩散能力可能是该材料具有优异性能的关键因素。     

锂离子电池核壳结构硅基负极材料的研究进展

硅作为锂离子电池负极材料的理论比容量大约是商业化石墨负极的10倍,但是由于其巨大的体积效应以及由此引发了一系列问题,特别是活性材料硅从集流体脱落而失活与固相电解质层(SEI)膜的不断破坏与重建,导致硅电极材料在充放电循环中稳定性较差。为了减缓硅材料体积效应的不利影响,研究人员基于硅基材料的结构设计开展了大量工作。总结了核壳结构硅基负极材料的相关研究,对比了不同结构设计的优缺点并分析了构成材料对于硅在锂化过程中体积变化的影响,进而讨论了一些具有代表性的硅核壳结构的制备方法、电化学性能。最后,对硅负极材料的核壳结构设计存在的问题进行了分析并提出了硅基负极材料未来的发展方向。     

含导电聚苯胺类锂离子电池复合材料的现状及发展趋势

导电聚苯胺（PANI）是近十年来研究最多的导电聚合物,具有比容量高、氧化还原可逆性好、电导率高、合成方法简单、成本低等特点,在化学电源和超级电容器中的应用最为广泛。导电聚苯胺复合材料的合成方法主要分为：原位复合法、共混法、自组装和电化学复合法等。导电聚苯胺复合材料可作为高能物质用于研发电极材料,但目前利用导电聚苯胺对锂离子电池三元正极材料进行修饰改性的研究较少。综述了导电聚苯胺及其复合材料的热电化学性能,重点对导电聚苯胺/锂离子电池复合正极材料的性能进行了阐述。最后对导电聚苯胺复合材料的应用和研究方向进行了总结,并简述了导电聚苯胺包覆改性LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂复合材料的应用和展望。     

Elasticity or viscosity,which one is more influential on the internal structure of a core-shell morphology in ternary blends?

The goal of this research was to study the internal phase structure of core-shell morphology within a ternary blend and look into the affecting parameters. In this way, a series of SEBS/SAN/PA6 ternary blends representing core-shell morphology were prepared and effect of viscosity and elasticity of core-forming component on the phase structure of core droplets were investigated. Studies based on the scanning electron microscopy micrographs demonstrated that elasticity plays a more dominant role on the formation of single or multi-core droplets. In addition, it was inferred that absolute elasticity of core component is more influential rather than elasticity ratio of core and shell components. Furthermore, morphology of prepared samples compared with predictions of DIE and modified DIE conceptual models.     

锂硫电池正极复合材料研究现状

锂硫电池由于其高理论能量密度(2600W·h/kg)而受到了广泛的关注,是极具应用前景的电池体系.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键.然而锂硫电池还存在一些问题,如硫的利用率低及正极结构的稳定性差等.本文综述了近几年锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,分别从硫/碳复合、硫/导电聚合物复合、硫/氧化物复合3个方面进行介绍,指出了未来锂硫电池正极材料要注意结合硫/导电聚合物及硫/氧化物的优势并注重材料结构的设计,向核壳或类核壳结构方向发展的趋势,同时还要提高载硫量,提高循环稳定性,以获得高性能的锂硫电池.     

Li ion battery materials with core-shell nanostructures

Nanomaterials have some disadvantages in application as Li ion battery materials, such as low density, poor electronic conductivity and high risk of surface side reactions. In recent years, materials with core-shell nanostructures, which was initially a common concept in semiconductors, have been introduced to the field of Li ion batteries in order to overcome the disadvantages of nanomaterials, and increase their general performances in Li ion batteries. Many efforts have been made to exploit core-shell Li ion battery materials, including cathode materials, such as lithium transition metal oxides with varied core and shell compositions, and lithium transition metal phosphates with carbon shells; and anode materials, such as metals, alloys, Si and transition metal oxides with carbon shells. More recently, graphene has also been proposed as a shell material. All these core-shell nanostructured materials presented enhanced electrochemical capacity and cyclic stability. In this review, we summarize the preparation, electrochemical performances, and structural stability of core-shell nanostructured materials for lithium ion batteries, and we also discuss the problems and prospects of this kind of materials.     

有机光电高分子材料研究热点和前沿分析

基于基本科学指标数据库（ESI）的高被引论文,通过热点文献、CiteSpace分析工具得到的热点关键词对应的文献分析,得出有机光电高分子材料主要关注点为有机太阳能电池。有机太阳能电池的研究热点为：高性能活性层材料的设计合成;高性能界面材料的设计合成及其界面调控性能的研究;电池器件中有机半导体活性层表界面的可控掺杂;有机太阳能电池活性层能量损失研究。通过高被引论文的共被引分析,关键词突变探测技术和算法对词频的变动趋势分析,得出有机光电高分子领域最新关注前沿：高效太阳能电池的制备;非富勒稀受体的研究;有机半导体材料的设计合成;结构-性能研究;加工及应用性能。有机光电高分子材料研究活跃的前沿领域：高效全聚合物太阳能电池;三元有机太阳能电池;高效的倒置型太阳能电池;超高迁移率的透明有机薄膜晶体管;高迁移率场效应晶体管;二维共轭聚合物;聚合物半导体等。有机太阳能电池研究前沿主题演化趋势：从聚噻吩给体体系——新型给体-受体体系;单层——双层——本体异质结电池结构;富勒烯受 体——非富勒烯受体;高效及稳定性器件发展。本文创新性地将文献计量分析方法同文献具体内容分析相结合,通过大量的高质量文献内容分析,使得出的研究热点和前沿更具体和接近实际情况,为相关科研人员提供有益参考。     

富镍锂离子电池三元材料NCM的研究进展

锂离子电池作为新能源电池符合时代要求,具有良好的应用前景。电池容量、倍率性能与循环性能是电池性能的重要评价指标,在选取高能量密度电极材料的同时要充分考虑电池结构稳定性及其安全性能,三元材料基于这种思路进行设计。目前,针对电池中锂离子导通率与结构不可逆坍塌问题,通过包覆涂层、离子掺杂等手段改善锂离子电池性能已经常态化,实际需求要求有更有效的改性方法。因此,本文综述了富镍锂离子电池三元材料LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂（NCM424）、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)的研究现状与发展导向,认为简单的单一材料改性已遇到瓶颈,改性方法复合、设计材料多元结构是提升电池性能的一大发展方向;从改性材料的合成和运行路径入手,研究分子水平上的作用机制,建立统一理论模型,通过计算模拟手段设计电极结构,实现锂离子电池突破性的发展。     

三元层状结构MAX相陶瓷材料的制备技术及其研究发展现状和发展趋势

三元层状结构陶瓷材料主要是指M_n+1AX_n相,三元层状结构MAX相陶瓷材料具有金属的特性还具有陶瓷的特性,三元层状结构MAX相陶瓷材料具有较高的力学性能,良好的耐磨损性能和良好的耐腐蚀性能,并具有良好的抗高温氧化性能等,还具有良好的可加工性能。三元层状结构MAX相陶瓷材料主要有Ti₃SiC₂,Ti₄SiC₃,Ti₃AlC₂,Ti₂AlC,Ti₄AlN₃和Ti₂AlN等。本文主要叙述三元层状结构MAX相陶瓷材料的制备技术,物相组成,显微结构,力学性能和耐磨损性能,耐腐蚀性能和抗高温氧化性能以及其他性能等。并叙述三元层状结构MAX相陶瓷材料的研究发展现状和发展趋势。并对三元层状结构MAX相陶瓷材料的未来研究发展趋势和发展方向进行分析和预测。     

One-dimensional core-shell composite of AgNWs@Si@GO for high-specific capacity and high-safety anode materials of lithium-ion batteries

Si/C composite materials used for Lithium-ion battery anode, have received widespread attention owing to theirs superior energy density, long cycle life, and low self-discharge efficiency. However, the unstable solid electrolyte interface (SEI) and severe volume expansion, occurring in lithiation-delithiation of silicon materials, are major obstacles to its commercial application. Here, we proposed a silver nanowire@silicon@graphene oxide (AgNWs@Si@GO) core-shell structure by introducing one-dimensional silver nanowire into reactive silicon material through an uncomplicated polyol method. The electrochemical properties of the prepared AgNWs@Si@GO composites were well characterized as the anode of Lithium-ion batteries (LIBs). The synthesized AgNWs@Si@GO composites exhibited exceptional electrochemical performance, high specific capacity (1384.8 mA h/g at 0.2 C) and improved cycle stability. The excellent electrical conductivity of AgNWs and the outstanding flexibility of GO makes AgNWs@Si@GO core-shell structure efficaciously alleviate the volume expansion of silicon-based materials in the process of lithiation, and further improve the cycle stability of electrode materials.     

电纺法制备锂电池纳米纤维材料的结构及应用

近年来,静电纺丝技术制备锂离子电池材料的研究在国际上相当活跃。介绍了静电纺丝技术制备的锂离子电池纳米纤维材料的结构,以及静电纺丝技术在制备氧化物、碳材料、聚阴离子材料、镍钴锰三元锂离子电池正负极材料和制备锂离子电池隔膜中的应用。静电纺丝这一纳米技术应用于锂离子电池领域,对于提高电池的能量密度、功率密度有着广阔的前景。相信随着研究的不断深入,静电纺丝技术制备锂离子电池材料将更加成熟并取得更多的突破。