钠离子电池碳基负极材料研究进展

作为一种重要的下一代储能器件,钠离子电池正日益受到关注。目前其正极材料的性能已与锂离子电池相当,开发高性能的负极材料是制约其应用的瓶颈问题。本文综述了钠离子电池常用的负极材料(包括合金类材料、金属氧化物、硫化物以及碳材料)的最新研究进展,尤其是对不同维度的碳基材料在钠离子电池负极中的应用做深入探讨,并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

基于可视化分析辅助探究钠离子电池硬碳负极研究进展

钠离子电池因成本低、安全性高等优势，已经成为当前储能领域的研究热点。为了明确钠离子电池硬碳负极的发展历程，解决钠离子电池初始库伦效率低、稳定性差以及高倍率性能差等问题，探索了硬碳中钠离子储存机制；运用CiteSpace可视化分析了钠离子电池的发展沿程，从材料设计、结构调控、功能设计及界面优化3个方面综述了硬碳负极的性能优化策略研究进展，并对现存硬碳储钠机制进行了总结与探讨。最后，对钠离子电池硬碳负极的发展方向进行了展望。     

钠离子电池正极材料研究进展

面对化石燃料日益枯竭、锂资源短缺等问题,钠离子电池以资源丰富、理论成本低、快充性能好、低温性能优异等优势被认为是发展新能源、大规模储能和低速电动交通工具中具有较大潜力的二次电池。钠离子电池正极材料是影响电池能量密度、循环性能、倍率性能等参数的重要因素之一,钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物和有机类化合物。总结并介绍了钠离子正极材料,概括了钠离子电池的优劣势,分析了各类正极材料的自身特性和研究方向,对钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。     

γ-Fe_2O_3/C复合纳米材料的制备及其储钠性能研究

环境问题和能源问题使当下社会对高效友好的储能器件的研究越来越紧迫。储量丰富且安全无毒的钠离子电池引起人们的注意。金属氧化物因其较高的理论容量、丰富的储存和低廉的成本而成为应用前景极广的钠离子电池负极材料。通过液相合成法制备出对苯二甲酸铁前驱体,结合后续的真空退火成功地制备出纳米级γ-Fe_2O_3/C。用制备的γ-Fe_2O_3/C作钠离子电池电极材料时,该电极表现出良好的电化学性能,在电流密度为50 mA/g时,经过100次充放电循环后可逆容量高达277.67 mAh/g,容量保持率为74.63%;在经过高倍率放电-充电循环,电流密度再次降到50 mA/g时,可逆容量可恢复到305.54 mAh/g,容量保持率为93.77%,库伦效率为99.6%。说明在γ-Fe_2O_3作为钠离子电池负极电极材料时,通过碳材料的包覆以及纳米化可以优化其循环性能,为后续研究电极材料的合成方法和储钠性能提供可行的途径。     

高能球磨在锂离子电池负极储锂材料改性中的应用进展

近年来, 随着便携式电子电气设备的发展, 人们对锂离子电池负极的储锂性能和循环稳定性等有了更高的 要求。石墨作为目前商业化程度最高的锂离子电池负极材料, 有着成本低、性能稳定、环境友好等优点, 但同时也存 在比容量低、石墨片层剥落削减使用寿命等缺点, 不足以满足新一代高能量新能源设备的要求。为解决这一问题, 研究学者们在对以石墨为主导的负极进行改性的同时, 也探索着硅基、锡基、过渡态金属化合物等大容量、高性能 材料在锂离子电池负极的应用。在高能球磨法的基础上, 综述其在锂离子电池负极储锂材料改性中的应用研究进 展, 提出高能球磨法在改性锂离子电池负极储锂材料领域的应用建议, 并对锂离子电池负极改性技术的发展趋势进 行展望。     

软碳负极材料锂电池充放电特性研究

为了研究软碳负极材料锂电池充放电特性,验证其作为储能电池的可行性,本文利用电化学工作站对锂电池单体进行了实验测试。实验结果表明,软碳负极材料的锂电池无明显的充放电平台,充电过程中电池的电流接受能力良好,充电效率较高。当电池在大倍率放电时,其放电容量仍能保持在较高范围内。在低温条件下放电率有所下降,但放电率仍能达到80%以上,电池具有良好的低温性能。电池内阻相对较小,可以提高电池的充放电效率,同时电池发热量较少,电池的循环寿命可以得到大幅延长。因此软碳负极材料锂电池具有优越的倍率性能、低温放电性能和循环性能,满足作为储能电池的设计要求,也为后期储能系统的研制提供了支撑。     

锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势

硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料.评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果,分析锂离子电池硅负极材料存在问题,探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景.分析结果表明,通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段,实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能,是未来的主要发展方向.     

自支撑碳纳米纤维的宏量制备及其储钠性能

为大批量制备高储钠性能的电极材料,以乙炔为碳源气体,采用连续化学气相沉积（CVD）法原位催化生长碳纳米纤维材料,制备出自支撑式电极材料。通过扫描电子显微镜（SEM）和拉曼测试（Raman）表征分析样品的微观结构、形貌及结晶性,并对其钠离子存储电化学性能进行测试分析。结果表明：通过多温区连续大批量原位催化生长,制备出多尺寸三维结构碳纳米纤维（3D CNFs）,结构的变化导致碳纳米纤维暴露出丰富的空位缺陷,这为钠离子提供了大量的吸附活性位点;三维立体的结构不仅使得电解液可以快速浸润活性材料,而且有效地增强了结构的稳定性;3D CNFs作为钠离子电池负极材料,在电流密度为0.1 A/g的条件下比容量高达150 mA·h/g,且在循环50圈之后没有明显的容量衰减,表现出优异的储钠性能和循环稳定性。     

钠离子电池负极材料 SbSn/石墨烯复合物的合成及电化学性能测试

通过化学共沉淀法制备SnSb纳米合金,并以此为主体材料表面包覆石墨烯的核壳结构复合材料SbSn/rGO用作钠离子电池负极材料。通过XRD、SEM、EDS测试分析材料的物相结构与形貌,通过循环伏安、恒流充放电测试分析材料的电化学性能。研究表明,SbSn/rGO复合材料缓解了SnSb纳米合金团聚和体积膨胀效应,增强了材料的循环稳定性和倍率性能。SbSn/rGO复合材料150 mA·g~(-1)电流密度及0～3 V充放电电压测试,首次充放电容量为650、700 mA·h·g~(-1),第50次循环的放电比容量保持在350 mA·h·g~(-1),大幅度提高钠电负极材料比容量和循环稳定性。     

SiC@CNFs锂离子电池负极材料的制备及其循环性能研究

通过静电纺丝技术结合碳化工艺制备一种SiC增强碳纳米纤维（SiC@CNFs）复合结构.TGA、XRD、XPS及SEM的样品测试结果显示，SiC颗粒含量（质量分数，全文同）为62%，且均匀分布于CNFs的表面.该结构制备的锂离子电池负极材料既保留了CNFs的高导电性，又获得了SiC增强的结构韧性.电化学性能测试结果表明，将其作为锂离子电池负极材料，循环500次后，容量保留率高达134.01%，远高于CNFs.同时，该结构的电化学阻抗值变化较小，导电性能保持较好.通过静电纺丝技术制备的SiC@CNFs结构作为锂离子电池负极材料，制作成本低，结构可控且性能稳定，是目前对电池负极材料的有益补充.