高比能锂硫电池正极材料研究进展

锂硫电池能量密度高,原料低廉,具有成本优势,是一种最具潜力的二次电池。锂硫电池的商业化应用面临着一些技术障碍,主要表现为聚硫化物的穿梭效应、硫电导率低以及充放电过程中出现体积膨胀,导致循环寿命不佳等问题。本文综述了近年来锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,主要总结了硫−碳、硫−金属化合物以及硫−导电聚合物复合材料三种体系的研究进展,介绍了本课题组在锂硫电池正极材料方面的部分研究成果,并对锂硫电池的未来发展趋势进行了展望。     

动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展

磷酸铁锂具有价廉、环保、热稳定性好等优点,是理想的锂离子动力电池正极材料之一,因此受到行业的广泛关注。本文阐述了磷酸铁锂的结构和性能特点,介绍了磷酸铁锂的制备方法和研究新进展,基于目前研究现状讨论了存在的问题。     

锂硫电池隔膜材料研究进展及展望

二次电池锂硫(Li-S)电池拥有较高能量密度(2 600 W·h/kg),远高于目前广泛商业化应用的钴酸锂电池(150 W·h/kg),是新一代具有极大发展潜能且环境友好的电化学储能体。隔膜作为锂硫电池中最重要的组件之一,其性能的优劣对电池的电化学性能影响极大。文中详细叙述了我国隔膜产业发展现状,系统整理并归纳了锂硫电池隔膜材料的种类及改性方式,讨论了当前锂硫电池隔膜的材料开发和隔膜改性对电池性能影响的研究进展,最后分析了未来隔膜发展的方向。     

锂硫电池电解质研究进展

环境和能源是人类社会发展的两大核心问题,开发具有更高性能的新型二次电池体系是目前解决能源存储和实现环保交通出行的重要研究方向。锂硫电池比传统锂离子电池具有更高的理论比能量,而且活性物质硫储量丰富、价格低廉、容易获取,对环境友好,应用前景广阔。而电解液是锂硫电池重要的组成部分,开发新型功能性电解质对于抑制锂硫电池的穿梭效应以及电池安全性有着重要的意义。本文从电解质盐、溶剂、添加剂以及固体电解质几个方向对锂硫电解液进行了综述,并对锂硫电解液未来的发展方向进行了前瞻性的探讨。     

磷酸铁锂正极材料改性研究进展

锂离子二次电池(LIBs)是当今新能源领域的主流储能器件。磷酸铁锂(LiFePO4)凭借高能量密度、低成本、稳定的充放电平台、环境友好、安全性高等优势,成为应用最为广泛的锂离子电池正极材料之一。如何提高其输出功率以及低温下的能量密度和使用寿命,是磷酸铁锂正极材料面临的主要挑战。本文通过对近期相关文献的探讨,归纳总结了近年来针对磷酸铁锂正极材料的主流改性策略。详细分析了元素掺杂提高材料电化学性能的内在机理,梳理了不同包覆剂对磷酸铁锂的保护机制,这两种手段可有效提高磷酸铁锂正极材料的电子电导率和离子扩散速率,实现材料更高的能量密度、更长的循环寿命和更高的倍率性能。此外也总结了磷酸铁锂常见补锂添加剂的特性及其对正极首圈库仑效率和放电比容量的改善行为。综合分析表明,多种元素共掺杂,先进碳材料包覆和高容量补锂材料的添加有望成为提升磷酸铁锂电化学性能的重要策略。最后,对磷酸铁锂正极未来在商业化生产改良和开发柔性电极等方向的发展前景和面临的挑战进行了展望。     

正极预锂化添加剂用于锂离子电池的研究进展

锂离子电池因其能量密度高和循环寿命长等优点,在电子产品和电动汽车等领域被广泛应用。然而,锂离子电池首次充放电过程中负极表面固态电解质界面（SEI）膜的形成会永久地消耗正极材料中的活性锂,造成不可逆的容量损失,进而降低电池首次库仑效率。已有的研究表明,预锂化技术可使电池首次库仑效率得到有效提高。在众多预锂化技术中,正极添加剂预锂化具有工艺简单、价格低廉和安全性高等优点,因此具有较为广阔的应用前景。鉴于此,本综述介绍了三类正极预锂化添加剂：三元富锂化合物、二元锂化合物和基于逆转化反应的纳米复合材料的基本工作原理和限制其发展的关键科学问题,着重归纳了近年来在预锂化添加剂材料性能优化,储能机理研究方面的研究进展和亟待解决的问题,指出了补锂添加剂在补偿首次容量损失方面的重要性,并对该方法的发展进行了展望。本文在总结当前研究进展的基础上,对正极预锂化添加剂未来的研究思路和发展方向进行了展望,提出了进一步研究预锂化添加剂的合成条件和改性策略,在不以容量牺牲为代价的前提下提升补锂添加剂的环境稳定性或开发一种新型的电解液添加剂,解决预锂化添加剂首次循环时残留物或产气对电池长循环性能的影响。这些策略有望进...     

锂电池硫/硒正极材料的研究进展

锂硫电池的能量密度高,原料价格低廉,具有成本优势,是一种最具潜力的二次电池之一。然而受限于硫正极的低导电性以及多硫化物溶解导致的循环寿命衰减等因素,锂硫电池仍不能得到很好的商业化应用。作为硫的同主族元素,硒具有良好的电导率和可观的体积容量。结合了硫和硒的优点,硫硒固溶体（Se_xS_y）引起了人们的极大关注。Se_xS_y的导电性好、比容量高,但仍然存在穿梭效应、电解液匹配性和循环过程中体积变化大等问题。本文分析了近期锂电池Se_xS_y基正极材料的研究现状,主要总结了碳材料、金属化合物、金属-有机框架和杂原子掺杂材料四个方面的相关研究进展,介绍了本课题组在Se_xS_y基正极材料方面的部分研究成果,并对锂-硫/硒电池的未来发展前景进行了展望。     

固态锂硫电池电解质及其界面问题研究进展

固态锂硫(Li-S)电池通过固态电解质代替传统液态电解液体系,有望同时解决液态Li-S电池多硫化物的穿梭效应、锂金属与液态电解液的副反应、安全性能差等关键科学问题,发挥其高稳定性、高能量密度的优势.然而,固态Li-S电池在固态电解质和电极/电解质界面问题上面临着巨大挑战,本文详细介绍了硫化物固态电解质和聚合物基体电解质...     

锂硫电池隔层设计及优化的研究进展

锂硫电池是一种高性能储能电池,在电子设备和新能源汽车等行业已被广泛应用,被认为是一种极具发展前景的高密度能量储存装置.隔层的出现为研究者们制备高容量高循环寿命锂硫电池提供了全新的研究方向.隔层可以有效地捕获多硫化物,缓解穿梭效应,提升锂离子的传输效率.文中介绍了锂硫电池隔层的研究进展,以隔层所选取的材料为出发点阐述不同...     

MOFs及其衍生物在锂-氧气电池正极中的研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)及其衍生物因其灵活多变的化学组成和多孔结构等独特优点而成为锂-氧气(Li-O₂)电池正极的候选催化剂。本文通过对近期相关文献的分析,综述了MOFs基催化剂的设计和合成策略,重点介绍了MOFs热解衍生碳基材料、MOFs衍生单原子催化剂以及原始MOFs材料在Li-O₂电池中的应用,分析了MOFs及其衍生物对ORR/OER的催化机理。综合分析表明,构建具有高密度催化活性位点、结构稳定、孔隙率高、导电性良好的MOFs材料及其衍生物是今后开发高效Li-O₂电池正极催化剂的发展方向。     

热电池用贫锂相磷酸铁锂正极材料的制备及性能研究

随着小型化、高比功率热电池的发展,其对高压正极材料的需求也越来越迫切.贫锂相磷酸铁锂(LixFePO4)具有优异的热稳定性和高的电极电位,具备热电池正极材料的应用潜力.为此,文中通过电化学方法成功制备了LixFePO4正极材料,并对其进行高温充放电性能研究.结果 表明700℃工作温度下,基于贫锂相LixFePO4的单体...     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12）在充放电过程中具有较高的安全性和结构稳定性,被认为是非常有潜力的锂离子电池负极材料。本文从工业应用的角度分析总结了目前Li4Ti5O12的主要制备方法及其优缺点、Li4Ti5O12的改性方法及其特点,并对钛酸锂材料今后的研究重点进行了预测。     

功能化氧化石墨烯作为锂硫电池正极硫载体的性能研究北大核心CSCD

随着便携式电子设备、新能源电动汽车和储能电网的快速发展,人类对经济高效的电化学储能(EES)系统的需求越来越大。锂硫电池由于成本低、取材广、效率高、质量轻、硫元素零污染等优势,已成为当前EES系统中应用范围最广的储能器件之一。然而,因正极硫的利用率低、锂枝晶生长、体积膨胀和长链多硫化物的穿梭效应等问题,严重制约了其商业化进程。因此,寻找新的硫宿主材料迫在眉睫。本工作通过开发煤基氧化石墨烯复合材料试图解决上述问题,设计了一种含氧官能团的煤基氧化石墨烯,对多硫化物的空间限域或物理捕捉。并通过煤基石墨烯(G)和被氧化后的煤基氧化石墨烯(GO),组装成完整的扣式锂硫电池;实现了在高倍率3 C条件下进行500次长循环,比容量从初始622.5 mAh/g维持到448.2 mAh/g,比容量保持率为72%,比容量的衰减率为0.056%,经过多次验证,得出含有丰富功能基团的煤基氧化石墨烯能够为中间产物多硫化锂提供更丰富的极性位点,在一定程度上显示出更高的亲硫性,再经过一系列的电化学表征来证明该材料在锂硫电池中的优势,为锂硫电池的进一步发展提供借鉴和方法。     

聚阴离子型二次离子电池正极材料研究进展

二次离子电池作为诸多储能方式中的一种,具有循环性好、服役寿命长、安全性高、使用方便等优点,已广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等领域.然而,随着锂、钴等资源的短缺以及可再生清洁能源的快速发展,亟需发展高效、低成本且环保的新型二次离子电池技术,但其发展受限于缺乏优异的正极材料.相比于其他二次离子电池正极材料,聚阴离子化合...     

钾离子电池聚阴离子正极材料的研究进展北大核心CSCD

钾离子电池(PIBs)由于钾金属资源丰富、成本低廉、环境友好及能量密度高等优点,已成为替代锂离子电池(LIBs)的理想新型储能体系。尽管近年来PIBs在负极领域的研究已经取得了显著进展,但正极材料的研究缓慢,其设计和应用面临可逆比容量低、循环稳定性差、能量密度不理想等问题。因此,发现和设计正极材料对构建用于实际应用的钾离子(K^(+))电池至关重要。由于聚阴离子材料在LIBs和钠离子电池(NIBs)中的成功应用,近年来,人们也将研究集中于PIBs的聚阴离子材料。聚阴离子材料具有氧化还原电位高、发生有利的感应效应、安全性高、热稳定性和结构稳定性良好等优点,可以实现较为稳定的容量存储,但是其可逆容量低、导电性差等问题仍需解决。本篇综述针对钾离子电池聚阴离子正极材料的研究进行了综述和讨论,以探究聚阴离子正极材料发展设计潜力和研究空间为目的,集中讨论了磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐类材料的机理和结构的发展现状,总结了当前聚阴离子类正极材料设计的主要理念,并对聚阴离子正极材料的改性研究提出了一些建议和前景。     

锂离子电池富镍三元正极材料NCM的研究进展

正极材料作为锂离子电池的四大核心材料之一,是锂离子电池电化学性能的决定性因素。其中,富镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1.x.yO₂(NCM,x≥0.6)因其较高的比容量和卓越的倍率性能等优点被广泛关注,被认为是下一代锂离子电池中最具有发展潜力的正极材料之一。然而,富镍三元正极材料存在的循环稳定性差、热稳定性差以及安全性能低等缺点,限制了其在电动汽车和混合动力汽车等方面的大规模应用。因此,富镍三元正极材料NCM的研究对于完善当前锂离子电池体系有着重要的意义。随着材料制备方法的不断改进,富镍三元正极材料的电化学性能得到了显著的提高。本文综述了近年来富镍三元正极材料的研究进展,依据富镍三元正极材料NCM的晶体结构以及阳离子混排、循环稳定性差、材料表面残碱和表面副反应等失效机理方面展开,重点阐述了通过元素掺杂、表面包覆、掺杂包覆一体化、单晶化、构建核壳结构和浓度梯度的方法对其电化学性能的改善,并对富镍三元正极材料在锂离子电池的应用和未来的研究方向做出展望。     

锂硫电池粘结剂研究现状及展望

锂硫(Li-S)电池作为一种具有高能量密度(2 600 W·h/kg)的二次电池,因其价格低廉、环境友好和循环寿命长等优点,在便携电子设备与电动汽车等行业被认为是最具发展前景的电池之一。粘结剂是正极材料的组成部分,探究不同的粘结剂对提高锂硫电池正极电化学性能具有重要的意义。文中介绍了锂硫电池粘结剂最新的研究进展,阐述了油系和水系两类粘结剂对循环过程中正极电化学性能的影响,并讨论了两类不同粘结剂的对比性能,最后对锂硫电池粘结剂的发展方向进行展望。