锂离子电池硬碳负极材料的研究进展

碳负极材料是迄今为止综合性能最好的锂离子电池负极材料。通过对碳材料微观结构的设计,能够显著改善锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命,适应新能源汽车对动力电池的要求。与传统石墨负极材料相比,硬碳具有嵌锂容量高、倍率性能好以及循环寿命长等优点。研究者通过改变碳源、优化制备工艺,相继制备了一系列结构独特性能优异的硬碳材料。基于硬碳基锂离子电池负极材料的最新研究进展,总结了以不同碳源制备硬碳材料的研究工作,并简要分析了硬碳的微观结构对材料嵌锂性能的影响。最后总结并指出了该领域亟待解决的问题以及未来的发展方向。     

竹碳的结构及电化学性能研究

用XRD、SEM和EDS对由天然竹子烧制而成的竹碳进行了组织结构表征。表明竹碳主要呈无定形碳结构 ,并含有钾等金属元素。对竹碳的电化学嵌脱锂性能进行了初步的研究 ,竹碳的首次嵌锂容量约 2 0 0mAh g ,但不可逆容量较大。除去竹碳中的钾等金属离子并进行球磨处理 ,竹碳的首次嵌锂容量超过 4 0 0mAh g ,经过几次充放电循环以后 ,处理后的竹碳显示出良好的充放电效率。     

锂/钠离子电池硬碳负极材料的研究进展

随着锂离子电池的发展和钠离子电池的兴起,硬碳材料作为一种新型负极材料,受到了广泛关注。硬碳来源丰富,价格便宜,具有比锂离子电池石墨负极更高的储锂容量和优异的倍率性能,并且是最有商业化潜质的钠离子电池负极材料。然而,硬碳普遍存在电池首周库仑效率低的问题,且对于硬碳的储锂/钠机制仍存在争论,其比容量仍有较大的提升空间。近年来,研究人员围绕硬碳负极材料的电化学机理展开了各种研究和模型假设,针对硬碳负极存在的问题,提出了各种解决策略。本文介绍了硬碳的基本结构和常用的制备方法,并结合硬碳的优势,梳理了硬碳在锂离子电池和钠离子电池中的应用情况,重点介绍了其在快充、包覆等细分领域的应用进展,并分别针对硬碳提升比容量和改善首周库仑效率的需求,归纳了孔结构设计、元素掺杂、优化材料与电解液界面等不同改性策略。     

基于稻谷壳的多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以废弃的稻谷壳为原料,基于酸解-水热碳化-刻蚀法制备了无定形多孔碳材料,采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)表征了材料结构及形貌,并结合恒流充放电技术测试了材料的电化学性能。结果表明,获得的无定形碳材料呈现出多孔结构,碳电极的首次可逆容量为171.6mAh/g,经历30次循环后依然能保持146.7mAh/g的可逆容量,比未刻蚀碳电极容量(96.3mAh/g)高52%。刻蚀碳电极表现出优异的循环稳定性能,缘于碳材料的多孔结构,可加快锂离子在本体材料和电极/电解液界面间的传输。     

红磷/碳复合材料的制备及电化学性能研究

对比研究了不同制备方法、电解液组成和碳结构对红磷/碳复合材料电化学性能的影响。利用球磨法制备了红磷/活性炭(AC)复合材料, 其较差的首次库伦效率和循环容量表明活性物质红磷没有得到有效利用。对多种电解液进行了优选, 得到最优电解液为1 mol/L LiPF₆的EC/EMC/DMC (1: 1: 1 V/V)酯类电解液。通过气相沉积法制备了红磷/导电碳黑(BP2000)和红磷/活性炭两种复合材料。利用热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET比表面分析和循环伏安法(CV)对上述复合材料的形貌、结构和电化学性能进行了研究。结果表明: 含磷量为45%的红磷/活性炭复合材料充放电平台分别为1.0 V和0.75 V, 具有良好的可逆性。首次放电比容量和充电比容量分别为1500和1200 mAh/g, 库伦效率为82.5%。随后循环中库伦效率超过了97.5%。其1200 mAh/g的循环容量对应于2.8个电子的可逆反应。以第二次的稳定放电容量计算, 50次循环后容量保持率为75.0%。该复合材料较高的循环容量和良好的循环稳定性受益于无定形的活性物质红磷在活性炭导电基底孔结构中, 特别是微孔中的均匀分布。     

锂离子电池硬碳负极材料研究进展

硬碳具有嵌锂容量大,造价低,循环寿命长等优点,是制备高安全性锂离子电池负极潜在的优良材料。介绍了硬碳材料的结构、特性及其用途,并综述了硬碳材料改性的研究发展。     

锂离子电池用酚醛树脂热解碳负极材料的研究进展

简要介绍了锂离子电池负极材料的种类,硬碳材料的结构特点、突出的优异性能.重点总结了酚醛树脂热解硬碳负极材料与掺杂和包覆型酚醛树脂热解硬碳负极材料的国内外研究进展情况,并提出了展望.     

气体吸附法测定低比表面积氧化铝粉体的比表面积

采用气体吸附法原理,以低比表面积氧化铝粉体标准物质为例,利用美国麦克仪器公司的ASAP2020比表面积和孔隙度分析仪测定其比表面积,通过改变测试条件分析各项参数值对测定结果的影响。结果表明:吸附系统"死体积"、样品用量和脱气条件等对测定结果都有比较明显的影响;对于低比表面积氧化铝粉体的理想测定条件为脱附温度250℃,脱附时间2h,样品用量2.5~3g。试验所得结果可为低比表面积粉体的比表面积准确测定提供参考。     

各种碳质材料的电池特性

各种碳质材料的电池特性０概述可充锂离子电池的负极材料通常使用焦炭，该电池不含金属锂。由于锂离了在两极材料中穿梭，因此，在安全性方面具有十分显著的优点［１，２］。由于石墨较之焦炭具有较高的能量密度，因此，最近石墨被建议作为负极的替换材料［３─７］。但实...     

Si-Al-Si复合薄膜的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射法,通过控制其中Si薄膜的溅射时间,在铜箔集流体上沉积了4种不同Si厚度的Si-Al-Si夹层结构复合薄膜。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)分析样品表面形貌和结构。采用恒电流充放电和慢循环伏安等方法研究了复合薄膜作为锂二次电池负极材料的电化学性能。结果表明,随着Si溅射时间的延长,复合薄膜首周放电容量增加,不可逆容量损失也增加;Si-Al-Si复合薄膜作为锂离子电池负极材料的循环性能随着Si溅射时间的延长而变差,但与纯Si薄膜相比,Al的加入明显降低了首周不可逆容量损失,改善了Si薄膜的循环性能。     

具有石墨碳骨架结构的硅碳负极材料的制备与电化学性能研究

硅碳材料作为锂离子电池负极材料具有广阔地发展前景。利用水热法和高温碳化法制备了蔗糖碳/硅复合材料(SC/Si),并在此基础上与石墨复合制备出具有石墨导电骨架结构的蔗糖碳/硅-石墨复合材料(SC/Si-Gr),并探究其作为锂离子电池负极材料电化学和电池性能。结果表明,蔗糖碳均匀包覆在纳米硅表面,形成的蔗糖碳/硅复合材料的电化学性能和电池性能随着蔗糖碳含量增加而提高。随着石墨的引入,构建的SC/Si-Gr三元复合材料的电化学性能得到进一步提升。当蔗糖：硅：石墨投料质量比为1∶1∶0.5时,形成的SC/Si-Gr(1∶1∶0.5)复合材料,在电流密度为0.1 A/g条件下,第三圈稳定之后的放电比容量为1 005.1 mAh/g;循环100圈之后放电比容量为819 mAh/g,充放电库伦效率保持在98%左右。在1 A/g大电流密度下,平均放电比容量为437.91 mAh/g。这归功于石墨的加入形成有效的导电骨架结构,提高了首次循环库伦效率,加速锂离子的传输速率,使蔗糖碳/硅-石墨复合材料呈现出良好的循环稳定性和充放电倍率性能。     

Fe-MOF衍生的Fe2O3@C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

通过前驱体MIL-88热解制备出具有碳壳包覆的纺锤状Fe2 O3纳米粒子(Fe2 O3@C).当用来作为锂离子电池的负极材料时,这种具有碳包覆的Fe2 O3纳米粒子不仅可以促进电极与电解液的接触、调节循环测试所引起的体积变化,而且可以提高电极的导电性.得益于这种独特的碳包覆的框架结构,该复合材料展示出1350 mAh/...     

聚合物锂离子电池碳负极材料的电化学性能研究

研究了以中间相碳微球及改性石墨与中间相碳微球的混合物为聚合物锂离子电池负极活性材料的电化学性能。采用马尔文激光粒度仪、SEM、XRD分别表征了该负极材料充放电循环前后的微观形貌和结构：采用程控电池测试仪研究了中间相碳微球和其掺入改性石墨后的混合材料在不同条件下的倍率放电性能和循环性能，通过交流阻抗谱分析了两种负极材料的电化学性能。研究表明：掺入适量改性石墨可有效增大中间相碳微球的平均粒径和比表面积，也表现出材料的晶面间距减小、石墨化度增大、倍率放电性能降低、锂离子转移和扩散阻抗均增大等性能。     

碳气凝胶的电学性能和嵌锂机理研究

以间苯二酚和甲醛为前驱体,通过溶胶-凝胶法,经1050℃高温碳化制备碳气凝胶材料.用XRD、SEM对材料的微观结构进行分析表征,通过恒流充放电,循环伏安法对材料的电学性能进行研究.联系材料的微观结构和电学性能,对锂离子在碳气凝胶中的镶嵌过程和机理进行分析,发现微孔和高电位充放电平台有很大关系.     

静电纺丝法制备自支撑硅碳负极及电化学性能研究

硅/聚丙烯腈(Si/PAN)纳米纤维通过简单的电纺丝方法制备出锂离子电池的电极材料,并对其进行干燥、热处理和碳化处理制得Si/C自支撑锂离子电池负极材料.该材料尺寸可调,且具有良好的柔性.通过XRD、SEM、TG-DSC、拉曼光谱和电化学性能测试分别对其结构、形貌和电化学性能等进行分析测试.结果 表明,硅含量较低时,自...     

生物质玉米秸秆衍生碳材料的制备及其储钠性能

当代农业产生大量农作物秸秆残渣,对环境和生活产生极大影响,尤其是大量的焚烧。因此,农作物残渣的有效利用受到广泛关注。利用玉米秸秆茎髓为碳源,通过简单的高温碳化和化学膨化处理成功地合成了性能优异的碳片。物性结构研究表明,得到的碳材料呈现出天然蜂窝状截面和中空管状阵列结构的纵截面,并具有丰富的孔洞,有利于钠离子传输和扩散。(002)晶面表明,碳片的层间距为0.376nm(石墨为0.335nm),这有利于钠离子的脱嵌,从而提高电池的电化学性能。经1 200℃碳化合成的茎髓碳片(SPCS-1200)比900℃碳化合成的碳材料(SPC-900)表现出更好的储钠性能。在50mA·g-1电流密度下,循环100圈后SPCS-1200可以提供稳定的可逆比容量(203mAh·g-1),而SPC-900的可逆比容量仅为173mAh·g-1。此外,SPCS-1200也显示出优异的倍率性能,在1 000mA·g-1电流密度下比容量为100.7mAh·g-1,在2 000mA·g-1电流密度下表现出65.9mAh·g-1的比容量。然而,在相应的电流密度下,SPC-900分别表现出45.7mAh·g-1和31.2mAh·g-1的比容量。     

掺硼酚醛树脂热解碳的制备及嵌锂性能研究

将热固性酚醛树脂与H3BO3溶解并混合,得到含硼酚醛树脂,经进一步炭化制成掺硼硬碳材料。充放电结果表明,硼的掺杂使锂的嵌／脱容量明显提高,同时1V以下的脱嵌电位降低,且电位平稳性有所改善。XRD分析表明,掺硼后使硬碳的d002明显减小,即碳结构的有序化程度提高。     

高比表面积生物质多孔碳的制备及其电化学性能

以玉米秸秆为碳源(CS),经Na₂CO₃溶液浸泡预处理后,采用KOH活化,制备了多孔生物质碳材料(CS-ACs)。通过形貌、结构表征及电化学性能测试,发现生物质碳材料CS-AC-3具备多级孔道结构,比表面积可达3299m²/g。三电极体系下,该材料在6mol/L NaOH和0.5mol/L Na₂SO₄电解液中,1A/g电流密度下,比电容分别为272F/g、220F/g,循环5000圈后(5A/g),其容量保持率为89%和80%;二电极体系中,以该材料组装的CS-AC-3//CS-AC-3对称电容器具有1.4V的宽电压窗口和较好的电容特性。作为一种可再生廉价碳材料,CS-ACs在实际应用中有好的应用前景。