钾离子电池电极材料研究进展

综述了近几年来钾离子电池正、负极材料的最新研究状况,分析了影响不同类型正负极材料比容量、倍率性能、循环稳定性的主要因素,总结了钾离子电池电极材料的改性方法,如原子掺杂、包覆和结构设计等,展望了未来钾离子电池的发展方向。     

钾离子电池正极材料的研究进展

由于资源和成本优势,以及工作原理与锂离子电池的相似性,钾离子电池在未来的大规模储能应用中有着光明的发展前景。然而相比于锂、钠离子,钾离子半径较大,这不仅影响了其在电极中的输运,而且容易对电极材料的结构造成一些不可逆的破坏,进而导致较差的电化学性能。对于钾离子电池,负极可采用与锂离子电池相同的石墨负极,而正极材料是目前的研发高性能钾离子电池的关键。因此,本文在总结了最常见的四类钾离子电池正极材料的相关进展,并分别探讨了各自的优势、问题及相应的改性方法的基础上,展望了钾离子电池正极材料未来的发展。     

钠离子电池关键材料研究进展

随着新能源行业的快速发展,钠离子电池作为新型绿色电池的一种,近年来更加受到市场关注。本文对钠离子电池的关键材料技术进行综述,简要介绍了钠离子电池的研究背景,着重探讨了正极材料、负极材料以及电解质体系等核心材料技术的研究进展。梳理钠离子电池产业化现状,可为钠离子电池产业的进一步发展提供参考。     

普鲁士蓝类正极材料在钾离子电池中的应用研究进展

与锂元素比较,钾元素资源丰富,价格低廉,且物理化学性质与锂元素和钠元素相似,因此钾离子电池已成为取代成本相对较高的锂离子电池的最佳选项之一,近年来受到了广泛的关注。普鲁士蓝及其类似物（PBAs）具有开放的框架结构,给半径较大的钾离子提供了便捷的扩散通道,这一特点使普鲁士蓝及其类似物成为了钾离子电池正极材料的理想候选者。本文系统介绍了近年来国内外关于普鲁士蓝材料做为钾离子电池正极材料方面的研究进展,包括在有机系钾离子电池和水系钾离子电池中的应用情况,并对这类材料在钾离子电池正极材料中的发展前景、存在的问题及挑战做了分析和展望。     

先进碳材料在钾离子电池中的应用

钾离子电池(KIB)因具有能量密度高、钾储量丰富以及成本低等优势,有望替代锂离子电池(LIB)成为新一代储能器件。在众多材料中,碳材料由于具有廉价易得、环保等优点被认为是极具潜力的KIB负极材料,然而其在充放电过程产生巨大的体积膨胀和结构变形令电池具有较低的可逆容量、较差的倍率性能及循环稳定性。为提高碳材料储钾能力,改善KIB性能,目前常采用掺杂杂原子、石墨层间距调控、碳结构和形貌设计等手段对碳材料进行改性。本工作综述了不同类型碳材料(石墨、石墨烯、硬碳、软碳和多孔碳)作为KIB负极的最新研究进展,对其面临的挑战及前景进行了讨论并展望了KIB的未来发展方向。     

新型锂离子电池材料研究进展

介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及镍钴锰复合材料的性能及特点,以及负极材料,电解液等方面各种材料的行业发展情况。途述了锂离子正极材料磷酸铁锂和电解质材料六氟磷酸锂的合成方法,及各种合成方法的特点。对锂离子电池行业进行了展望。     

生物质碳材料在钾离子电池负极材料中的应用

钾离子电池因其能量密度高、钾储量丰富、成本低等优势而成为当前储能器件领域一个新的研究热点。钾离子可以在商品化石墨负极材料中嵌入与脱出,这对于钾离子电池未来的产业化发展具有重要意义。但目前石墨负极存在体积膨胀率较大、容量衰减快、倍率性能低等问题。近年来,为寻找适宜嵌钾的材料与抑制膨胀的方法,越来越多的电极材料体系被开发出来。其中生物质碳材料因制备工艺简单、成本低廉和环保等优点被广泛研究。本文总结了钾离子电池生物质碳材料的最新研究进展;分析了存在于碳基材料的两种储钾机制及各自对电化学性能的影响,并对一些表现出优异电化学性能的生物质碳材料的制备方法及电化学性能做出扼要综述;在此基础上,对钾离子电池的下一步研究进行展望与总结。     

先进碳材料在钾离子电池中的应用EI北大核心CSCD

钾离子电池(KIB)因具有能量密度高、钾储量丰富以及成本低等优势,有望替代锂离子电池(LIB)成为新一代储能器件。在众多材料中,碳材料由于具有廉价易得、环保等优点被认为是极具潜力的KIB负极材料,然而其在充放电过程产生巨大的体积膨胀和结构变形令电池具有较低的可逆容量、较差的倍率性能及循环稳定性。为提高碳材料储钾能力,改善KIB性能,目前常采用掺杂杂原子、石墨层间距调控、碳结构和形貌设计等手段对碳材料进行改性。本工作综述了不同类型碳材料(石墨、石墨烯、硬碳、软碳和多孔碳)作为KIB负极的最新研究进展,对其面临的挑战及前景进行了讨论并展望了KIB的未来发展方向。     

钾离子电池无机正极材料的研究进展

钾离子与锂离子相比,钾离子的质量重且离子半径大,使其在电极材料中的扩散较困难并会产生较大的结构应力造成电极坍塌,这给钾离子电池的研发带来了极大的挑战,尤其是正极材料。针对这些问题,研究者们做了大量的探索工作,其中层状金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝及其类似物等正极材料展现出了较好的储钾性能。因此,详细概述了这些正极材料的最新研究进展,主要包括钾离子的脱嵌机理、电化学性能、存在的问题和改性策略。最后,对钾离子电池正极材料的未来研究方向作出展望。     

镁硫二次电池研究进展

镁硫电池具有能量密度高、成本低、安全性高等优势,是极具发展前景的新型储能体系之一。目前,在电解液、硫正极以及镁负极方面已取得了一些突破性的成果,但镁硫电池的发展仍处于起步阶段,依旧存在诸多问题与挑战。综述了镁硫电池电解液的发展历程、硫正极的设计策略和镁负极及其界面的研究现状,并对未来镁硫电池亟待解决的问题以及镁硫电池的发展前景进行了总结和展望。     

可充镁离子电池研究发展现状

与锂离子电池相比，可充镁离子电池因能量密度高、价格低廉，使用及操作安全以及环境友好等性能而得到了广泛关注，可充镁离子电池在大负荷储能方面具有十分广泛的用途和良好的发展前景。目前，可充镁离子电池的电解液与电极材料的相互兼容性还没有达到较为理想的状态，因此，开发高稳定正极材料和宽电压窗口及无钝化电解质是促进可充镁离子电池产业化应用的关键。该文归纳分析了国内外可充镁离子电池的研究发展现状，详细综述了目前两大研究热点正极材料和电解质，对存在的问题和发展方向进行了总结和展望。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展

从LiFePO4的结构出发,分析了该材料所特有的优越性能以及存在的缺陷,阐述了物理掺杂和体相掺杂两类改性方法的特点和取得的成效。在此基础上,介绍了高温固相法、共沉淀法等方法合成LiFePO4的最新研究进展,探讨了各种制备方法的优缺点,并简要评述了LiFePO4未来发展的前景以及为使该材料走向实用化应注重的研究方向。     

NbO x 掺杂对Pt/TiO2催化燃烧氯乙烯的促进作用

通过制备Pt/Nb _x /TiO₂研究了NbO _x 在催化燃烧氯乙烯中的作用;采用XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD与Py-FT-IR表征了NbO _x 对于催化剂组织结构、氧化还原以及酸碱性的影响。负载NbO _x 可促进Pt/TiO₂反应性能的提高,当Nb/Ti摩尔比为0.09时,即Pt/Nb_0.09/TiO₂可在246℃实现90%氯乙烯的转化;与Pt/TiO₂相比,达到相同转化率的温度向低温偏移69℃。NbO _x 也影响了催化燃烧过程中的含氯副产物的总浓度和分布。催化剂表征结果发现NbO _x 的引入可进一步增加Pt与载体（TiO₂）之间的相互作用,提高催化剂的表面活性氧物种的浓度,进而促进了催化剂氧化还原性能的提高。催化剂表面的总酸量随着NbO _x 含量的增加而降低,尤其是表面Lewis酸量。因此,催化剂表面的酸量和酸分布不是决定反应性能的唯一因素,而低温的氧化还原性更有利于催化剂性能的提高。     

水系锌离子电池的研究和产业化进展

水系锌离子电池是一种新型的绿色电池体系,不仅具有廉价、安全、环保的特点,还具有较高的功率密度,在储能等诸多领域具有很好的应用价值和发展前景。综述了水系锌离子电池正极材料、锌负极和电解液的基础研究和产业化进展,包括二氧化锰正极材料开发、电池器件制备和应用。总结了目前水系锌离子电池产业化的可行性和难点。提出了亟需解决的3个关键问题：首先,水系锌离子电池体系的反应机理仍需深入研究以指导高性能正负极材料开发;其次,高纯度二氧化锰正极材料、耐腐蚀集流体、耐刺穿隔膜等产业链关键环节缺失制约了商业化电池的开发;最后,从实验室到中试及规模化放大过程中电池性能明显降低,系统的电极制备和电池组装工艺仍需系统化研究。     

锂离子电池硅基负极电解液成膜添加剂的研究进展

锂离子电池是能源储存和利用的一项关键技术,能量密度已成为现代电池发展中的一个关键指标。硅基负极由于其较高的理论比容量,得到广泛关注,但硅基材料存在严重的体积膨胀问题。功能性添加剂对电池性能有明显的改善效果,是电解液体系不可缺少的部分,具有“用量小,见效快”的特点,通过成膜添加剂形成稳定的固态电解质界面（SEI）膜进而稳定电极电解液界面,改善硅基负极电池性能。本文总结了近年来硅基负极电解液成膜添加剂的研究进展,对成膜添加剂按照官能团或元素进行分类论述,并对多组分成膜添加剂的协同作用进行了简要阐述。最后,针对目前硅基负极电解液添加剂的研究现状进行了总结,并展望了未来的研究方向。     

锂离子电池材料钛酸锂钠的研究进展

Na₂Li₂Ti₆O₁₄电池具有较低的电位平台（1.3 V）以及经济成本低的特点,对便携式电子设备、能源汽车、生态环境等领域具有重大意义。由于钛酸锂钠电池固有离子电导率低的特点,因此提高钛酸锂钠电池锂离子扩散系数是目前研究中的主流方向,为此综述了钛酸锂钠的结构特点以及合成方法对钛酸锂钠材料粒径、形貌及电池电化学性能的影响;对比了不同掺杂离子和表面包覆改性对钛酸锂钠电池的放电比容量、循环性能及离子扩散系数的影响。掺入适量元素铌具有更高的锂离子扩散系数;包覆碳纳米管有更大的容量保持率,更有助于进一步提高钛酸锂钠电池电化学性能。     

锂离子电池聚合物正极材料研究进展

高储能的锂电池聚合物正极材料是近年来新型电化学能源研究发展的热点。本文综述了自由基聚合物、导电聚合物、有机多硫聚合物以及多骨架碳硫交联聚合物正极材料的结构、制备、导电机理和电化学性能。重点介绍了自由基聚合物氮氧结构的特点和快速充放电性能,导电聚合物的合成方法和掺杂机理,以及有机多硫聚合物和多骨架碳硫交联聚合物中—(S—S)n—键的高效储能特性和超高比容量性质。最后提出了解决聚合物材料容量的衰减和易降解性以保证稳定的循环性能以及完善合成及制备工艺是未来的研究重点。     

锂离子电池Sn-Co合金负极材料的研究进展

锡基合金有望替代碳成为新一代高容量锂离子电池的负极材料。Sn-Co合金是研究最为广泛的锡基合金负极材料之一,但该材料存在首次不可逆容量大、循环稳定性差等问题,限制了其实际应用。Sn-Co合金的电化学性能主要受Sn/Co比例、活性材料结晶形态、颗粒尺寸和电极结构等因素影响,纳米材料可提高电极循环稳定性,但易导致较大的首次不可逆容量,而多孔结构的Sn-Co活性材料或多孔结构的电极集流体,有利于电极综合性能的提高。Sn-Co合金中引入碳可明显改善电极的循环容量和循环稳定性。同时综述了Sn-Co合金负极材料的制备方法及其优缺点,并对锡基合金负极材料的发展方向进行了展望。     

氧化铝包覆锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料的性能是锂电池技术发展的瓶颈。近年来,为了提高锂离子电池正极材料的循环寿命、热稳定性和倍率性能等,三氧化二铝涂覆正极材料已经被广泛研究。所讨论的三氧化二铝涂层分为粗糙涂层、超薄涂层和厚涂层。简要论述了三氧化二铝表面涂层改善正极材料的作用,如氟化氢清除剂、物理保护屏障、提高锂离子扩散速率、提升正极材料的热稳定性能、与六氟磷酸锂(LiPF₆)反应生成二氟磷酸锂(LiPO₂F₂)和抑制JahnTeller效应等。介绍表面改性的方法,包括浸渍法、沉淀法、干法包覆、溅射法和原子层沉积法等,以及其对锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)及三元材料(Li-Ni-Co-Mn-O)的影响。最后,展望了三氧化二铝表面包覆和原子层沉积技术的发展前景。