硅材料在锂离子电池中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性.指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向.     

锂离子电池负极储锂材料的研究进展

储锂材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一,已成为国际上锂离子电池材料研究领域的热点和重点。综述了锂离子电池负极储锂材料的研究进展,但非简单地重复负极储锂材料发展的全部研究。重点关注了三大类负极储锂材料的电化学特性、储锂机理和主要电化学改性途径,并指出了三类负极储锂材料存在的技术问题和今后的研究方向。     

锂离子电池硅基负极界面反应的研究进展

硅作为一种极具潜力的锂离子电池负极材料,已引起研究者的广泛关注。然而硅材料储锂过程中伴随着巨大的体积变化,导致电极/电解液界面不稳定,是限制硅电极商业化的主要因素之一。深入了解硅负极的界面反应机理,有助于改善硅负极的界面性质,进而提高硅负极的电化学性能。本文综述了硅负极界面反应的演化机制,包括Li-Si合金化过程、硅表面氧化硅的反应和表面纯化膜的形成,并讨论了其对硅电化学性能的影响。     

锂离子电池硅-碳负极材料的研究进展

硅基负极材料因具有较高的理论储锂容量,将替代传统的石墨负极材料成为下一代锂离子电池最有前景的负极材料之一。然而,硅作为负极材料体积膨胀率(可达到300%)大、导电率低、易被电解液分解产生的HF腐蚀,这些缺点限制了其在商业应用中的发展。碳具有稳定性高、导电性好、价格低、来源广等优点,但其理论储锂容量较低,仅约为硅的1/10。为解决锂离子电池硅材料存在的问题,目前主要采用将硅与碳进行复合的办法,制备出储电量高、导电性好、循环性能优异的硅-碳复合负极材料。重点从硅碳复合结构和制备方法两个方面阐述了硅-碳复合负极材料的研究进展,认为"鸡蛋"结构能够有效地提高循环性能和安全性能,但是目前仍然不能够规模化生产。最后提出研究发展思路,应用胶体颗粒共凝胶法设计制备了一种特殊的硅-碳复合核壳结构。     

低成本二氧化硅源镁热还原制备锂离子电池多孔硅负极材料的研究进展

硅材料因其超高的理论比容量、较低的放电电压及锂离子扩散势垒,成为最有发展前景的高容量锂离子电池负极材料之一.然而,硅负极在充放电过程中会引起巨大的体积膨胀,严重影响其电化学性能.设计具有纳米尺寸和多孔结构的硅负极材料是实现高容量硅负极的有效途径.但目前大多数的制备方法通常工艺复杂、成本高、产率低,限制了其商业应用.因此...     

金属热还原法制备锂离子电池纳米硅材料的研究进展

锂离子电池作为一种绿色环保的储能器件,在许多领域得到了广泛应用,如手机、笔记本、摄像机、医疗器械等便携式电子器件以及新能源电动汽车等.特别地,随着社会的进步、人类的发展,能源枯竭、石油危机、汽车尾气排放等问题日趋严峻,新能源动力汽车异军突起,而锂离子电池作为动力电池的最优选择,其能量密度的提升对推动新能源动力汽车领域的发展具有重大意义.锂离子电池电极材料是限制其能量密度的关键因素.目前,锂离子电池所采用的负极材料为石墨,其理论比容量仅为372 mAh/g.在众多新型负极材料中,硅材料因具有4200 mAh/g的超高理论比容量而备受研究者瞩目,但是硅材料自身存在导电率低、体积膨胀大、结构不稳定等问题,导致其电化学性能不佳.研究者们主要通过将硅材料纳米化来提高其结构稳定性及循环稳定性.当前,纳米硅材料的制备方法主要有化学气相沉积法、等离子蒸发冷凝法及机械球磨法,但是普遍存在对设备要求条件苛刻、制备成本高、流程复杂等问题.实现纳米硅的短流程、低成本制备,对于推动硅基负极,特别是硅碳复合负极的商业化应用具有重要意义.本文重点综述了基于金属热还原特别是镁热还原法制备的纳米硅在锂离子电池中的研究进展,分析了采用金属热还原制备纳米硅的技术优势,总结了近年来镁热还原制备的纳米硅基负极材料的性能,展望了金属热还原技术低成本制备纳米硅材料的发展前景.     

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。     

硅/石墨负极中硅的体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响

将电阻率为1Ω·cm、0.1Ω·cm、0.01Ω·cm、0.001Ω·cm的n型掺杂硅片以及电阻率为1Ω·cm、0.001Ω·cm的p型掺杂硅片球磨制成6种硅粉,并分别将其与石墨按照5∶95的质量比进行混合,用作锂离子电池负极材料并制成扣式电池,通过电化学阻抗谱和倍率性能测试来研究硅材料体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响规律。结果表明,硅材料体电阻率越低,其储锂容量越高,倍率性能越好。电阻率相同时,n型掺杂硅始终比p型掺杂硅具有更大的储锂容量和更好的倍率性能。但是,当p型掺杂硅的电阻率远低于n型掺杂硅时,p型掺杂硅电化学性能更佳。另外,0.001Ω·cm的n型掺杂硅样品具有最佳的充放电比容量和倍率性能,其首次充放电比容量分别为457.7mAh·g~(-1)和543.4mAh·g~(-1)。     

石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯作为一种锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能,但石墨烯在充放电过程中容易团聚,导致其容量衰减特别快。而金属氧化物在充放电过程中体积膨胀大,因此其容量衰减也非常快;另外,金属氧化物的电导率低,导致其倍率性能差。将金属氧化物与石墨烯复合,两者性能互补,石墨烯可提高复合材料的电导率,缓解金属氧化物在充放电过程中的体积效应;金属氧化物可提高复合材料的储锂容量,并能阻止石墨烯在充放电过程中团聚。本文介绍了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的制备方法,分析了石墨烯与氧化铜及其复合材料的储锂机制,展望了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的应用前景,并指出了当前研究中存在的问题。     

离子电池中磷基负极材料的研究进展

磷因理论储锂储钠比容量高、倍率性能好,被认为是一种极具发展潜力的离子电池负极材料。近几年磷基材料在锂离子、钠离子电池负极上的应用研究取得了实质性的进展。综述了磷基材料作为离子电池负极材料的研究进展,包括磷单质、磷/碳复合物及金属磷化物;分析了磷基材料作为离子电池负极材料的特点及存在的问题,并提出对其进行无定形包覆和非晶化处理是解决问题的最佳手段;简述了电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯对磷基负极材料电化学性能的影响;展望了磷基负极材料在能源方面的发展前景。     

锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料的电化学性能

采用湿法混料及高温热解法制备了锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料,并研究了不同配方的复合材料结构及电化学性能。研究发现,硅含量为20%(质量分数)时,复合材料首次可逆容量为865mAh/g,循环30次后仍为757mAh/g,容量保持率可达88%,大大改善了硅基材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。     

硅基锂离子电池负极材料的容量衰减及改进研究

硅材料的比容量(Li15Si4,3590mAh/g)是已商用化的石墨负极(LiC6,372mAh/g)的10倍,硅负极的商业化可有效提高单体电芯的容量,已成为当前研究热点。然而,由于硅负极材料在充放电循环时存在400%的体积膨胀,容易导致电极材料粉化开裂而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固体电解质相界面膜(SEI膜),最终导致电化学性能的恶化。本研究从硅负极材料的储锂机理出发,提出硅负极材料锂化/脱锂化产生的体积膨胀效应导致的粉化开裂和SEI膜不稳定问题的最新调控方法和研究方向,为硅负极材料的研究应用提供支持。     

锂离子电池硅碳负极材料的制备及其结构设计研究进展

硅基材料理论容量高、电位低、自然资源丰富，是最理想的锂离子电池负极材料。但是硅基负极在锂化和脱锂过程中巨大的体积变化，导致了硅基负极的循环稳定性与导电性差，阻碍了其实际应用。硅碳复合材料可将碳材料的高导电性和机械性能与硅基材料的高容量和低电位的优势相结合。综述了硅碳负极材料的主要制备方法，总结了硅碳复合材料的结构设计，并对未来碳硅材料的研究工作进行了展望。     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

介绍了锂离子电池锡基负极材料的反应机理、制备方法、电化学性能及近期的研究现状.锡基负极材料具有高的可逆容量,制备工艺简单,若能克服目前存在的问题,将有望成为新一代锂离子电池负极材料.     

锂离子电池新型负极材料的研究进展

锂离子电池是近年来发展起来的一种新型电池,其研究重点是电池负极材料.根据国内外锂离子电池发展现状,阐述了近年来锂离子电池负极的发展动态,介绍了新型负极材料中的铝、硅、锡、硼基材料以及金属氧化物和金属合金三类,重点介绍了锡基材料,目前研究的重点是提高锂的可逆贮量和减少不可逆容量损失,有利于负极比容量的提高,从而有利于进一步提高锂离子电池的比能量,提出了新型负极材料存在的问题,并对其应用前景进行了展望.     

锂离子电池用粘接剂

随着新能源产业的兴起,特别是混合动力和纯电动汽车的兴起,市场对锂离子电池的能量密度、安全性、成本等方面提出了更高的要求,锂电池产业也面临前所未有的挑战。如何开发出安全性高,价格低廉,能量密度高的锂离子电池是未来一段时期急需解决的重大课题。粘接剂作为锂离子电池电极制造中不可缺少的组成部分,在电极中占有较小的比例,但不同种类的粘接剂与锂离子电池电化学性能有非常密切的关系。硅作为一种储量非常丰富,理论比容量很高的负极材料,很有希望成为下一代锂离子电池的电极材料。主要阐述了当前国内外学者在锂离子电池粘接剂方面的研究成果,重点介绍了硅基负极材料用粘接剂,总结了不同类型粘接剂对锂离子电化学性能的影响以及粘接机理,对未来锂离子电池用粘接剂的发展方向做了展望。     

锂离子二次电池负极用碳材料及其储锂机理

碳和石墨用作锂离子二次电池的负极,其性能很大程度上取决于碳、石墨负极材料的微结构和结晶度。介绍了负极碳材料及其储锂机理,并对今后的发展进行了展望。     

锂离子电池氧化物负极材料的研究进展

综述了锂离子电池氧化物负极材料的研究进展,介绍了各材料的储锂机理、一般特点及最新研究成果.其中,对研究比较多的锡基氧化物材料及纳米材料进行了深入阐述.同时,探讨了氧化物负极材料目前存在的问题及解决的办法,对该类材料的发展趋势进行了展望.     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

锂离子电池硅基负极材料由于具有高的理论比容量,低的脱嵌锂电位,与电解液反应活性低等优点而成为研究热点。本文综述了近年来硅基材料作为锂离子负极材料的研究进展,包括纳米硅、硅基薄膜、硅-金属复合材料、硅-碳材料,分析硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究前景和发展方向。     

锂离子电池多孔硅/碳复合负极材料的研究

以商业化多晶硅粉为原料, 采用金属银催化剂诱导化学腐蚀的方法制得三维多孔硅材料。通过优化腐蚀条件, 得到孔径约为130 nm, 比表面为4.85 m²/g的多孔硅材料。将多孔硅和PAN溶液混合球磨并经高温烧结后在多孔硅表面包覆上一层致密的无定形碳膜, 从而制得多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池的负极材料。3D多孔硅结构可以缓解电化学嵌/脱锂过程中材料的体积效应, 无定形碳膜层可有效改善复合材料的导电性能。电化学性能测试表明, 该多孔硅/碳复合负极材料电池在0.4 A/g的恒电流下, 首次放电容量3345 mAh/g, 首次循环库伦效率85.8%, 循环55次后容量仍保持有1645 mAh/g。并且在4 A/g的倍率下, 容量仍维持有1174 mAh/g。该方法原料成本低廉, 可规模化生产。