锂金属负极中人工固体电解质间相保护膜研究进展

介绍了锂电池的发展,锂金属电池的优势及面临的挑战,即锂金属电池存在循环稳定性差和枝晶生长的问题。对此,可以在锂负极表面构建一种人工固体电解质间相（SEI）保护膜。叙述了SEI保护膜的形成、研究方向和负极材料所具备的条件,讨论了锂金属负极电池发展方向,认为锂金属负极电池的需要在基础研究、材料开发和电池工程等方面付出更多的努力。     

三维锂金属负极的研究进展

金属锂具有高的理论比容量（3 860 mAh·g^-1）,低的电极电位（-3.04 V与标准氢电极相比）和低的密度（0.53 g·cm^-3）,是最有前途的锂二次电池用的负极材料。但仍存在循环过程中枝晶生长及其导致的低库伦效率、短循环寿命等问题。而3D锂金属负极因具有高比表面积和内部空腔能有效缓解上述问题。特别是纳米技术的发展为3D锂金属负极提供了更高效的形貌与结构。基于金属基和碳基3D锂金属负极对三维锂金属负极的设计及研究进展进行了详细的概述。     

锂离子电池负极材料钛酸锌锂的研究进展

报道了钛酸锌锂材料研究现状。对钛酸锌锂的结构与性能、合成方法和改性方法进行阐述。最后对钛酸锌锂负极材料进行总结和展望。     

高库伦效率锂金属负极研究

锂金属兼具低电位和高比容量,是一种理想的高比能锂电池负极材料.由于锂金属几乎能与所有的电解液反应,并且充放电过程会不断暴露出高活性锂金属加剧副反应的发生,使得锂金属负极在循环过程中的库伦效率很低.为了提高锂金属负极在有限过量锂条件下的循环寿命,迫切需要改善锂负极的库伦效率.在本工作基于具有较高库伦效率的含醚电解液,通过...     

锂离子电池负极材料磷酸钛锂研究进展

NASICON结构的磷酸钛锂[LiTi₂（PO₄）₃]作为新型的锂离子电池负极材料,具有环境友好、循环性能好、优异的热稳定性等优点,被认为是最具有应用前景的负极材料。LiTi₂（PO₄）₃具有138 mA·h/g的理论容量和2.5 V的平稳放电平台,但是LiTi₂（PO₄）₃电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺点限制了其实际应用。因此,针对以上缺点,众多研究者通过对LiTi₂（PO₄）₃进行改性,极大地提高其电子电导率和锂离子扩散系数。简单介绍了LiTi₂（PO₄）₃的结构与性能,主要从制备方法和改性方法两方面综述了近年来的研究进展,并指出了LiTi₂（PO₄）₃材料目前研究存在的问题,展望了未来的应用前景。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

尖晶石型钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))作为锂离子电池负极材料具有平稳快速的充放性能和优良的循环性能,与商品化碳材料相比其安全性和电化学性能更胜一筹,被广泛应用于现代电子移动设备、新能源汽车与各类储能系统等方面。因而,被认为是最具有发展潜力的电池负极材料之一。重点概述了尖晶石Li_4Ti_5O_(12)负极材料的制备方法和优缺点以及尖晶石Li_4Ti_5O_(12)的掺杂改性研究,并对其发展前景进行了展望。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

尖晶石型钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))作为锂离子电池负极材料具有平稳快速的充放性能和优良的循环性能,与商品化碳材料相比其安全性和电化学性能更胜一筹,被广泛应用于现代电子移动设备、新能源汽车与各类储能系统等方面。因而,被认为是最具有发展潜力的电池负极材料之一。重点概述了尖晶石Li_4Ti_5O_(12)负极材料的制备方法和优缺点以及尖晶石Li_4Ti_5O_(12)的掺杂改性研究,并对其发展前景进行了展望。     

硅基负极材料预锂化研究进展和工业化趋势

综述了锂离子硅基负极材料在循环中所面临的问题及补锂技术的重要性,同时阐述了预锂化技术的概念、机理、分类和研究进展。预锂化技术分类包括化学预锂化法、电化学预锂化法、添加剂预锂化法等,分别比较了各种方法的优缺点和未来硅基负极预锂化技术产业化的挑战。     

锂离子在三维骨架复合锂金属负极中的沉积规律

锂金属具有极高的理论比容量和极低的氧化还原电极电势,成为了新一代高比能二次电池最理想的负极材料。然而,锂金属负极其走向大规模应用仍存在诸多问题与挑战。三维骨架复合负极可以控制金属锂均匀形核,低电流密度下均匀沉积,有望推动锂金属负极的实用化。为了更高效地指导锂金属负极设计和优化,采用相场理论,对三维骨架锂金属负极中比表面积对金属锂沉积过程的作用机制进行了定量分析和探究,发现了比表面积调控金属锂沉积的两阶段作用机理,并提出了基于比表面积参数的三维骨架负极设计与优化方向,从而最大程度发挥三维骨架在调控稳定金属锂负极上的积极作用。     

锂离子电池硅氧负极预锂化研究进展

硅氧负极材料(SiO_x)比容量是石墨的近4倍,被视为最有前景全面商用的下一代锂离子电池负极材料,但首次Goulombic效率(ICE)偏低这一问题长期困扰着Si O_x的应用。预锂化能使Si O_x的ICE上升,提高锂离子电池系统能量密度,为Si O_x全面应用铺平道路。本综述概述了近年来Si O_x负极预锂化的应用及研究进展,按照技术特点分类介绍了预锂化技术的最新研究进展,并列举了其中的典型方案与效果,重点讨论其反应机理、面临的挑战及潜在解决方案等,还对未来预锂化技术的发展进行了展望,供后续的研究与工业化参考借鉴。     

固态金属锂负极界面研究进展

开发下一代高安全性、高能量密度电池是电动汽车、可穿戴便携电子设备与可再生能源高效利用的关键。固态金属锂电池是极有希望的下一代电池体系。本文首先综述了固态电解质与界面特性,包括固态电解质中的离子传输机理和固态电解质分类,指出金属锂电极与固态电解质之间有限的固-固界面接触是固态金属锂电池实用化的重要挑战,其界面演变特性主导了固态电池的性能表现。界面演变是机械-化学-电化学耦合的过程。其次,文章综述了电池界面失效机制与构筑策略,指出界面失效包括枝晶状沉积引发的电池短路与空穴累积、副反应导致的电化学界面脱触等,使用界面润湿剂、引入界面缓冲层或构造三维多孔骨架结构化电极等是解决界面问题的重要手段。最后,文章总结指出,固态金属锂电池仍有巨大的进步空间,先进的理论研究和表征手段为进一步认识和理解固-固界面提供了新的机遇,通过界面化学、材料科学、系统工程等领域的交叉共融,有望共同推动下一代高安全、高能量密度固态储能技术的发展。     

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。     

机械压力对锂电池性能影响的研究进展

锂电池在充放电过程中,由于锂离子的嵌入/脱出或沉积/剥离,SEI膜持续生长及产气等副反应的发生会造成电池产生内压。压力能够通过界面作用影响锂电池的各项性能。回顾并总结了近年来压力,包括电池内压及外加压力对锂电池性能影响的研究。从压力作用下电池材料的形变、界面阻抗及金属锂负极的沉积模式及电池的循环和倍率性能的改变等角度出发,详细介绍了压力对锂电池隔膜及电解质、插层电极材料、合金电极材料及锂金属电极性能的影响及作用机理。同时对合理利用压力改善电池性能以及相关锂电池的设计策略进行展望,为从事相关研发的工作者提供一些借鉴。     

贱金属氧化物不溶性阳极的研究进展

介绍了 PbOZ.SnO2.MnO2.CO3O4等贱金属氧化物不溶性阳极的研究和应用状况以及存在的问题,认为有效改善贱金属氧化物阳极的使用性能特别是表面催化性能以及如何搭配各种贱金属氧化物将是其替代贵重金属氧化物阳极的关键.     

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。     

铝空气电池用6061和7075铝合金阳极电化学性能

研究了工业6061铝合金（6061）、航空7075铝合金（7075）和纯铝作为铝空气电池阳极材料的电化学性能,分析其作为阳极的可行性及适用环境。进行了阻抗、极化曲线和恒电流放电实验并进行了表面表征,计算了在40～120mA/cm²电流密度下连续恒流放电的阳极能量密度。用电子探针显微镜（EPMA）对电极表面形貌进行了研究,用波谱分析仪（WDS）进行表面分析。研究结果表明,合金元素在电池放电过程中会改变阳极的表面特性。6061中合金元素含量对电池阳极材料的性能产生了积极影响,使得合金的表面放电面积变大,放电均匀,更适合作为铝空气电池阳极材料。     

二次电池中金属锂负极沉脱机理研究进展

金属锂负极是下一代高比能二次电池备受关注的负极材料,以金属锂为负极的锂金属电池具备极高的理论能量密度,但其仍存在充放电循环效率低、电池寿命短等问题。要实现高能量密度高安全性的锂金属电池的合理设计和优化,需要对金属锂负极中锂金属沉积脱出过程的离子输运、电子输运、界面反应等机制机理有清晰的认识。本文针对金属锂负极中存在的枝晶生长、死锂形成、固体电解质界面膜作用等机理问题,综述了研究者们在其沉脱机理的模型与理论计算、实验研究等方面做出的诸多研究进展,为锂金属电池的合理设计提供了更全面的机理认识。     

废旧锂离子电池制备锂离子筛及其应用研究进展

锂离子电池报废量爆发式增长,预计到2023年,废旧锂离子电池回收利用将是一个超过300亿元产值的新兴市场,其中,锂资源占可回收金属价值的一半。为探索锂资源高效回收技术,基于现阶段研究热点,讨论了以废旧锰酸锂电池正极材料、废旧三元锂电池正极材料、废旧锰系锂离子电池负极材料为原料制备锂离子筛的方法;探讨了废旧锂离子电池中各类杂质成分对锂离子筛性能的影响;阐述了锰系锂离子筛技术在废旧锂离子电池的锂回收、盐湖卤水提锂和化工制药废水提锂等领域的应用。通过分析得出,锂离子筛的应用能够增加锂盐回收率与回收纯度,降低技术成本,应用前景广阔。     

中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展

中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素。为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点。笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响。从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响。发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减。从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响。表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量。从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响。碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性。非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能。MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料。最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点。