锂离子蓄电池负极碳材料充放电性能的研究

选用天然石墨、人工石墨、焦炭、ＰＡＮ碳纤维及炭黑，分别代表锂离子电池负极碳材料的三种晶体结构，阐述了碳材料的结构，ＳＥＩ层，高温热处理等，对其充放电曲线，嵌锂容量，锂嵌入的可逆性和第一周充放电效率的影响，指出经过改性的中间态碳材料。

废旧锂电池负极碳的回收活化及其电容去离子脱盐研究

电容去离子技术(CDI)是一种新型水处理技术,其相较传统水处理技术具有低电压、低能耗、再生简单、低成本和无二次污染的优点。电极材料是决定CDI性能的关键要素,但目前主要是以开发新型电极材料为主,而基于废旧碳粉的回收则研究较少。本文以废旧锂电池负极碳粉为碳源,通过放电、拆解、清洗、活化等工艺得到了碳电极材料。并以其为活性材料组装成CDI模块,测试了脱盐性能。研究了加载电压、溶液浓度和流速对脱盐性能的影响。结果表明,在2.0 V电压、4 mL/min流速、500 mg/L NaCl浓度条件下,电极具有最佳脱盐性能,脱盐量(SAC)为19.9 mg/g。

硅藻土衍生硅碳负极材料的制备及其储锂性能研究

本文以管状和盘状两种天然硅藻土作为初始原料,制备了一系列硅藻土衍生硅碳负极材料,并采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)等测试手段系统表征了所制备样品的晶体结构、微观形貌及化学组成.将制备的硅藻土衍生硅碳负极材料作为活性物质组装为锂离子电池,对比了管状和盘状两种形貌对其储锂性能的影响,并详细考察了沥青衍生碳包覆层的加入量对硅碳负极材料比容量及循环稳定性的影响.测试结果表明,样品管DE-1∶3和管DE-1∶6在0.2 A g^(-1)较低电流密度下均具有较好的容量保持率,循环500次之后比容量分别可保持443 mAh g^(-1)和414 mAh g^(-1),而样品管DE-1∶6则在0.5 A g^(-1)较大电流密度下具有更好的结构稳定性.

硅碳负极的失效机理与FEC的改善作用

采用含和不含氟代碳酸乙烯酯(FEC)的电解液,研究了一种硅碳材料作为锂离子电池负极的充放电行为,对充放电循环前后的硅碳电极进行了组成和形貌的谱学表征,并通过计算比较了电解液主要成分的还原活性。结果表明:不含FEC的电解液,硅碳负极首次充放电库伦效率低、容量衰减快,这是因为硅碳表面不能形成稳定的SEI,嵌锂后体积膨胀使SEI开裂,电解液持续分解。相反,含FEC的电解液,因FEC比电解液其他组分更容易在硅碳负极上还原,生成含氟的聚合物,形成稳定的SEI,抑制电解液还原分解,并缓冲硅碳负极的体积膨胀,从而显著提高库伦效率和循环稳定性。添加5%的FEC,硅碳负极首次充放电库伦效率从83%提高到86%;添加10%的FEC,0.2 C充放电循环50次后,硅碳负极的容量保持率从28%提高到75%。

磷掺杂硅碳负极材料的制备及性能研究

以微米硅粉为基体,通过固相热扩散法与高温热解法制备了磷掺杂的硅碳复合材料(Si-P@C),并用于锂离子电池负极材料。结果表明:Si-P@C负极材料在电流密度0.2 A/g下的首次放电比容量达2 164 mAh/g;与纯硅相比,循环性能得到较大改善,在电流密度0.5 A/g下循环50次后可逆比容量仍有1 176 mAh/g,容量保持率73.5%。磷掺杂和碳包覆可有效地提高硅负极的电子转移能力和反应动力学。

钠离子电池沥青基碳负极材料制备技术研究进展

当前钠离子电池作为新型储能技术在新能源领域被寄予厚望,其中碳负极作为钠离子电池关键组成之一,其材料制备、储钠机制研究和综合性能提升颇具挑战。沥青基前体具有低成本、高碳含量、高碳收率等优势,被认为是合成碳负极的潜在碳源。然而沥青基碳源直接高温热解碳化将产生高石墨化的碳,碳层间距小,致使其储钠容量相对较低。近年来,陆续提出了沥青改性、结构设计、表面修饰、碳复合等策略来解决碳化过程中易石墨化和重排的难题,所得碳负极储钠性能得到显著提升。本综述详细归纳总结了当前以沥青为碳源制备碳负极材料的相关技术研究进展,讨论了沥青衍生钠电碳负极未来面临的问题和研究重点,期望为高性能碳负极材料的制备提供参考。

硅碳负极材料的维度设计、制备及在锂离子电池中的应用

硅具有极高的理论容量、较低的电压平台和丰富的自然资源,是最有潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料之一。但其电导率低,循环过程中体积变化大,难以直接作为负极材料。硅碳复合材料结合了硅的高比容量和碳的高电导率,同时确保电极的结构完整性。从维度结构、复合材料、应用性能等方面综述了近年硅基负极材料的研究进展,并对硅基材料面临的问题进行了简要总结,对其作为锂离子电池负极的研究前景进行展望。

壳聚糖基自交联粘结剂的合成及其在硅碳负极中的研究

首先以壳聚糖为起始原料,通过羧甲基化处理,显著提升了其水溶性。随后,利用LiOH进行预锂化,并引入双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和乙二酸二酰肼(ADH),成功制备了具有出色自交联性能的粘结剂CDD-Li^(+)。为了探究这一粘结剂的结构特性,采用了傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术进行了表征。在粘附性方面,通过180°剥离实验,验证了CDD-Li^(+)的强粘附能力。利用电化学工作站对电池进行了循环伏安曲线的测试。结果显示,CDD-Li^(+)粘结剂所制备的电池能够发生高效的电化学反应,展现出卓越的电化学性能。与常用的聚丙烯酸(PAA)粘结剂相比,CDD-Li^(+)粘结剂在电化学性能上表现更为出色,展现出其在电池领域上的巨大潜力。通过蓝电电池测试仪,进一步研究了电池的倍率性能、循环性能以及锂离子扩散系数,并计算了电池的首圈库伦效率(ICE)。结果显示,CDD-Li^(+)粘结剂制备的电池不仅拥有更优的倍率性能和循环性能,其锂离子扩散系数平均高达10-10数量级,ICE也高达95%。与PAA粘结剂相比,CDD-Li^(+)粘结剂在硅碳负极中展现出更优秀的性能。

高炉渣提取硅制备高性能锂离子电池硅碳负极材料的研究

以高炉渣中提取的硅材料BFSi为硅源、聚丙烯腈(PAN)为碳源制备锂离子电池硅碳负极材料,研究了硅与聚丙烯腈的配比对BFSi@C材料电化学性能的影响。结果表明:BFSi与PAN质量比3∶1时制备的BFSi@C样品在0.5 A/g电流密度下初始充电比容量为1884.99 mAh/g,经过100次循环后,充电比容量仍有1509.32 mAh/g,容量保持率为80.07%;在高电流密度下,BFSi@C材料表现出优异的倍率性能。与商业硅材料相比,BFSi@C具有更高的循环容量和更好的倍率性能,在5 A/g电流密度下比容量高达538.31 mAh/g。

全氟电解液与硅碳负极的副反应及改性策略

氟代碳酸乙烯酯(FEC)是锂离子电池常用的添加剂,可改善长循环稳定性,但在电解液中添加的质量分数大于10%时,会导致电池严重产气,带来安全隐患并影响电池寿命。以1 mol/L二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)/FEC为基础电解液,研究在SiO_(x)/石墨(Si/C)负极表面的产气和界面副反应,并引入聚氨酯(PU)来缓解Si/C负极与电解液之间的界面副反应。FEC会在负极表面发生持续分解,并生成CO_(2)和H_(2)。在电解液中加入PU后,Si/C负极的体积膨胀得到抑制,可抑制固体电解质相界面(SEI)膜的破裂与重建,减少FEC与负极的接触,从而缓解界面副反应,改善电解液的电化学性能。Li|Si/C电池以0.5 C倍率在0.001~1.500 V可稳定循环200次,容量保持率为74.98%。

钠离子电池生物质基硬碳负极材料的研究进展

具有成本优势的钠离子电池被认为是锂离子电池的有益补充,而电极材料的性能是决定钠离子电池能否实现大规模应用的关键因素之一。负极材料方面,硬碳材料具有碳源易得、制备方法灵活、结构可调控性高等优点,极具商业化应用潜力。在硬碳材料的众多前驱体中,生物质因来源丰富、成本低廉等而备受青睐。但生物质基硬碳负极材料的孔结构及表面特性对其嵌脱钠性能影响较大。本文从生物质基硬碳负极的性能影响因素出发,总结了生物质衍生硬碳负极的研究进展,并进一步讨论了钠离子电池生物质基硬碳负极商业化过程面临的挑战和其未来研究方向,对钠离子电池硬碳负极材料的发展具有一定的指导意义。

纳米硅的砂磨宏量制备及其碳纤维复合负极的储锂性能研究

硅碳负极材料因具有较高的储锂容量等优势在锂离子电池领域备受关注,但仍面临电导欠佳、体积膨胀及界面兼容性差等问题。本研究从太阳能电池微米硅废料的纳米化处理出发,通过优化砂磨实验参数实现宏量制备颗粒粒径约为300 nm硅纳米颗粒。进一步地,通过静电纺丝法制备铜纳米颗粒修饰的硅碳复合材料,所制硅碳复合材料中的硅与铜纳米颗粒内嵌或附着在纳米纤维上。综合研究其电化学储锂性能发现,该复合材料以碳纳米纤维作为基体,辅以铜纳米颗粒的修饰,可构建出高导电网格并进一步提升复合材料的电导能力,有效克服硅材料的剧烈体积膨胀以及导电性差的缺点,进而表现显著增强的电化学储锂综合性能。特别是,结构优化后的硅碳复合负极材料在1.0 A/g的较高电流密度下循环550次后仍可保持765.9 mAh/g的高可逆容量。因此,本研究为宏量制备硅纳米材料及其硅碳纤维复合负极提供了良好的参考。

浅述锂离子电池硅碳负极材料复合结构

硅基材料作为最具发展前景的锂离子负极电池材料之一,其具有较高的理论比容量和优异的快充性能,符合目前新能源汽车的发展需求。但由于其在充放电的嵌脱锂过程中体积发生严重膨胀,使得电极材料结构被破坏,继而出现粉化脱落现象,制约了该材料的商业化应用。有学者提出若将碳和硅2种材料复合,即可得到容量高、导电性能和循环性能佳的负极材料。笔者先分析了硅基负极的储锂机制,对硅碳负极复合材料的核壳结构、蛋黄壳结构、多孔结构、嵌入结构4种结构设计进行了简单总结,并针对不同结构的特点进行分析。最后对硅碳负极复合材料未来的研究及低成本的产业化发展进行展望。

钾离子电池硬碳负极材料研究进展

随着大规模储能系统需求的不断攀升,具有成本和资源优势的钾离子电池引起了广泛的关注。在实际应用中,硬碳因其来源广泛、价格低廉、环境友好、结构可调控性高等优点而被认为是钾离子电池最具潜力的负极材料之一。硬碳负极仍然面临比容量有限、嵌钾可逆性低、倍率性能差等问题。本文系统地总结了钾离子电池硬碳负极材料的研究进展,介绍了硬碳的微观结构特征以及电化学储钾行为,阐述了微观结构和储钾机理之间的构效关系。针对硬碳负极存在的挑战,本文总结提出了结构调控、杂原子掺杂、电解液优化等3种提升储钾性能的策略。对未来钾离子电池硬碳负极研究的发展方向进行了展望,包括新型材料设计、电解液设计优化和深入理解电极反应机制等方面,有助于推动钾离子电池硬碳负极材料的进一步发展。

克服“膨胀”,硅碳负极电池小身板有大能量

近日,“张朝阳谈未来手机电池的发展”话题登上热搜。手机电池直接影响用户的使用体验。张朝阳提到,相比传统石墨电池,硅碳负极电池的能量密度可以做到数量级提升。什么是硅碳负极电池技术?硅碳负极电池搭载手机和汽车又有何优势?记者对此进行了采访。

压缩载荷下锂离子电池锑碳负极的稳定性研究

采用锑碳复合材料作为负极活性材料组装纽扣锂离子电池,对其进行准静态平板和接触(钢球)挤压加载实验,研究其在载荷作用下的电化学循环稳定性、电极表面裂纹及其失效。结果表明,在0~960 N的范围内,接触压缩载荷和准静态平板载荷均会对电池容量造成损伤,随着载荷增大,电极表面裂纹越大,活性材料剥落越多,导致可逆容量损失越大。接触压缩载荷作用后,电池外壳出现凹陷,电极表面形成较大裂纹,导致电池可逆容量大幅度下降,循环稳定性差;准静态平板载荷作用后,电池可逆容量损失较小,循环稳定性没有明显变化,归因于电池外壳的保护作用。该研究为锑碳负极材料在压缩载荷作用下的失效提供了参考。

化学气相沉积法制备硅碳复合负极材料的研究进展

目前,利用硅材料的高比容量和碳材料的稳定性制备硅碳复合负极材料是最有效的途径之一。在众多硅碳复合负极材料制备工艺中,因化学气相沉积法(CVD)制备的硅碳复合负极具有充放电效率高、循环稳定性好、对设备要求较低、适合工业化生产等优势,受到了广泛关注。综述了CVD法制备硅碳复合负极材料的研究进展,从硅碳复合材料结构角度,如核壳结构、蛋黄壳结构、多孔结构和嵌入式结构,对不同结构类型的硅碳复合负极材料结构设计及电池性能等方面进行介绍,同时阐述了各自优势以及存在的问题。最后介绍了CVD法制备硅碳复合负极材料应用进展,并对硅碳复合负极材料产业化进行了展望。

钠离子电池碳基负极材料研究进展

总结了近年来作为钠电池负极材料的各种碳材料的研究方向和电化学数据。在半电池实验中,磷掺杂石墨烯作为负极材料具有2 000 mAh/g以上的比容量,在经过材料改性后,改善了循环稳定性及安全的问题,磷掺杂碳材料作为钠电池负极材料将会得到更大的应用。

热等离子法制备锂离子电池硅碳负极材料

采用直流电弧热等离子法一步制备硅/碳球形纳米复合材料。以中值粒径分别为2.6、6.5和15.0μm的硅碳混合粉末为原料,制得了中值粒径为49.9、56.3和68.9 nm的纳米硅碳复合材料;在200 mA/g的电流密度下3种不同粒径的纳米硅碳负极材料的首次放电比容量分别达到1718、1651和1343 mAh/g,50次循环后其容量保持在1005、761和663 mAh/g;而未处理的硅碳混合粉末首次放电容量约为2321 mAh/g,但50次循环后,容量仅为274 mAh/g。由此可见,利用直流电弧热等离子法制备的硅/碳球形纳米复合材料的电化学性能得到了极大的提升。

壳聚糖衍生碳包覆纳米硅复合材料锂离子电池性能研究

硅负极材料因具有较高的理论容量(Li22Si5合金相对应4200 mAh/g)、较低的工作电压(0.2~0.3 V vs Li/Li+)和地球上丰富的原材料储备,成为代替石墨负极的理想材料之一。但是,低电导率及在循环过程中发生剧烈体积膨胀导致电极失效问题限制了硅负极材料的进一步发展。因此,本工作通过物理法利用壳聚糖和石墨对纳米硅实现碳包覆和复合,制备壳聚糖/石墨@纳米硅复合材料(C/G@Si复合材料),对C/G@Si复合材料的结构、形貌和电化学性能进行研究。结果表明:随着石墨添加量的提高,C/G@Si复合材料的可逆比容量略微下降,循环性能和导电性能显著提高。当添加50%(质量分数)石墨时,在100 mA/g的电流密度下,C/G@Si复合材料的首次放电比容量为1136.1 mAh/g,循环充放电100次后剩余容量保持在658.5 mAh/g,展示出优异的电化学性能,对进一步推广硅碳负极材料具有一定的参考价值。