锂离子电池用非石墨类负极材料研究进展

综述合金材料、过渡金属化合物及硅基化合物作为锂离子电池负极材料的研究进展。合金负极材料在首次充放电过程中面临库仑效率低和容量损失大的问题。通过形态改善和材料结构调控的方式,电池可实现高达99.7%的库仑效率,并在150~200次循环内保持稳定。过渡金属化合物负极,包括氧化物、硫化物和磷化物等,存在体积膨胀和电解质连续分解等问题。通过纳米工程技术和复合材料设计,可提升电化学性能。硅基负极材料的理论容量高,但存在体积膨胀和导电性差的问题。通过微纳米架构设计、硅合金结构控制和预锂化等方法,可提高循环性能和初始库仑效率。

锂离子电池中电解液与石墨类负极活性材料的相容性

选择了一种具有良好贮锂结构的人造石墨试样作为锂离子电池负极活性材料,考察了它在六种不同电解液中的恒电流充、放电性能和循环伏安特性,采用傅立叶变换红外光谱分析了不同电解液在试样颗粒表面发生还原反应时所形成的固体电解质中间相膜的成份和含量。据此得出的结论是:电解液与石墨类负极活性材料能否相容的问题,实质上就是所选定的电解液能否与其颗粒表面发生缓和的还原反应、生成薄而致密的只允许锂离子通过的固体电解质中间相膜。

石墨类负极在非对称电化学电容器中的应用

以天然石墨(G)、中间相碳微球(MCMB)、中间相碳纤维(MCF)等石墨类电极与活性炭电极构成非对称体系,电化学测试表明,电容器的充放电性能与石墨类电极的快速嵌脱锂性能直接相关,其中C/MCMB非对称电容体系表现出良好的高倍率充放电性能,电流密度从20mA/g增至200mA/g,其容量保持率在62%以上;在80mA/g时,C/MCMB非对称电容器的能量密度可为C/C双电层电容器的13.8倍。

锂离子电池用石墨类负极材料结构调控与表面改性的研究进展

锂离子电池作为新一代绿色能量储存和转换装置,具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。负极材料是锂离子电池的核心部件之一,其结构和性质对电池的性能起着关键性作用。在众多碳基负极材料中,石墨类材料是目前商业化锂离子电池中应用最广的负极材料。但石墨类负极材料存在可逆容量较低、离子扩散动力学和电解液兼容性较差、体积膨胀率较高等问题,导致锂离子电池的能量密度、大电流倍率性能及循环稳定性等受到严重限制。尤其是近年来新能源汽车对续航里程和快速充放电能力的需求不断提高,使得石墨类负极材料在能量密度与功率密度方面的缺陷日渐凸显。为改善现有石墨类负极材料某些方面的缺陷,提高其综合性能,研究者们主要从石墨类负极材料的表面包覆、化学修饰、元素掺杂和微晶结构优化等角度进行了广泛探究,并取得了丰硕的成果。主要体现在:(1)表面包覆,构筑核壳结构,改善负极材料与电解液的兼容性;(2)化学修饰,调控界面化学性质,增强负极材料表面SEI膜(电极/电解液界面膜)的稳定性;(3)元素掺杂,调节石墨微晶表面的电子状态和导电性,强化负极材料的嵌-脱锂行为;(4)微晶结构优化,修筑三维(3D)梯级纳米孔道,改善锂离子的传输路径,提高负极材料的储能容量和倍率性能。本文简要介绍了锂离子电池的工作原理和其对石墨类负极材料的要求,重点综述了石墨类负极材料在结构调控与表面改性等方面的最新研究进展,并对石墨类负极材料的未来发展趋势进行了展望,以期为高性能锂离子电池用新型碳基负极材料的研发与推广应用提供参考。