锂离子电池锡薄膜负极材料研究现状

从理论计算和制备技术两个方面综述了锂离子电池锡薄膜负极材料的研究进展。概述了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法,简述了该方法在预测电极材料电化学性能中的运用。综合介绍并比较了溅射、电化学沉积和机械球磨等几种薄膜制备方法的优缺点。指出了锡薄膜负极材料存在的问题及发展前景。

化学复合镀制备锂离子电池硅薄膜负极材料

在铜箔上分别采用Cu-Si和Ni-Si化学复合镀制备锂离子电池硅薄膜负极材料,并对其结构与性能进行了研究。经X-射线衍射分析测试证明,Si粉不能与Cu共同沉积在铜箔上。经X-射线光电子能谱分析和扫描电子显微分析表明,Ni-Si化学复合镀能形成较好的复合物薄膜,且通过研究Ni-Si复合物薄膜的电化学性能表明,Ni-Si化学复合镀材料的首次充放电库仑效率高达87%,首次充放电后容量衰减仅为1%左右,电化学性能较为理想。

薄膜厚度对α-SiO_x薄膜负极电化学性能的影响（英文）

近年来, SiO_x作为锂离子电池负极,由于其良好的循环稳定性、较大的容量以及对成分调控的可行性,引起了广泛的关注。以往的许多研究都集中在阐明氧含量对SiO_x负极的影响,尺寸效应对性能的影响规律很少被研究。此工作研究了不同厚度的薄膜型SiO_x负极材料的电化学性能。溅射制备SiO_x电极的Si/O比值为0.7、膜厚为450 nm时,电极初始库仑效率(ICE)为71.68%、容量保持率92.01%。以上的最优性能主要归功于电荷转移电阻低、SEI层形成减少和循环过程中电极的结构稳定性。研究表明,作为LIBs负极,控制SiO_x负极的厚度可以有效改善电极材料的电化学性能。

全固态薄膜锂电池研究进展

同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池(TFB)的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传统的锂离子电池不同,TFB的主要制备方法是物理成膜形成致密正极、电解质和负极薄膜,各层薄膜采用原位叠加方式形成。本文总结了近十年来TFB的研究工作,力图囊括全固态薄膜电池的完整制备过程以及各制备环节的技术进展和存在的科学技术问题。本文首先分述了固态电解质薄膜、正极薄膜、负极薄膜等三个主要构成部分的研究进展和关键问题,在此基础上,归纳了电极/电解质界面的设计、制备以及TFB制备过程及其关键问题和技术的研究进展,最后还介绍了基底、集流体、封装三个辅助部分的制备过程以及最近报道的新型特殊结构TFB。

全固态薄膜锂电池研究进展

全固态锂电池具有安全性好、寿命长、易于集成等优点,被认为是锂二次电池未来的一个发展方向。介绍了全固态薄膜锂电池国内外研究进展,阐述了电解质、正负极的研究状况,分析了全固态薄膜锂电池的发展方向,展望了今后的发展趋势和研究热点。

力曲线用于硅负极材料表面膜的研究

利用原子力显微镜(AFM)力曲线模式来研究锂离子电池硅负极材料在含碳酸亚乙烯酯添加剂(VC)电解质首周循环时固态电解质相表面膜(SEI膜)的三维结构.测试表明SEI膜具有多层结构,同时得到SEI膜厚度、杨氏模量以及覆盖度在首周循环过程中的变化,采用三维图呈现了硅材料表面膜的分布.

Si-Al-Si复合薄膜的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射法,通过控制其中Si薄膜的溅射时间,在铜箔集流体上沉积了4种不同Si厚度的Si-Al-Si夹层结构复合薄膜。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)分析样品表面形貌和结构。采用恒电流充放电和慢循环伏安等方法研究了复合薄膜作为锂二次电池负极材料的电化学性能。结果表明,随着Si溅射时间的延长,复合薄膜首周放电容量增加,不可逆容量损失也增加;Si-Al-Si复合薄膜作为锂离子电池负极材料的循环性能随着Si溅射时间的延长而变差,但与纯Si薄膜相比,Al的加入明显降低了首周不可逆容量损失,改善了Si薄膜的循环性能。

锂离子电池硅薄膜电极充电膨胀的有限元仿真及其实验验证(英文)

硅基负极锂离子电池材料因其具有高的理论容量(4200mAh/g)而成为最有希望的高容量负极材料之一。但硅负极在充放电过程中的体积效应,将引起电极材料粉化以及循环性能变差。为解决上述问题,将硅与惰性过渡金属材料复合,过渡金属充当体积效应的缓冲层。本文利用有限元软件abaqus对比了三种不同的硅薄膜材料(Si/Si-Mn/Si-Zr)。通过磁控溅射方法制备了上述三种硅薄膜材料,并对其进行了SEM、XRD、循环性能等测试,实验得出的结论与仿真结果一致,加入的过渡金属材料有利于缓解体积效应,且Mn材料的缓解效应更强。

高能量密度锂离子电池薄膜负极材料的研究进展

直接将活性物质沉积于集流体上形成的薄膜负极材料对电极性能的改善和新材料体系的探索,以及薄膜锂离子微电池的应用研究具有重要的意义.本文对近十几年来锂离子电池薄膜负极材料的研究进展作了回顾与评述,结合本实验室的研究工作,着重总结了具有高能量密度的Si,Sn基合金及其氧化物,以及各类过渡金属氧化物薄膜负极的制备方法、微观结构设计和性能改善等方面的研究进展.对于纯Si薄膜负极,设计纳米晶、非晶以及微纳结构的膜层可有效改善电极的结构稳定性和循环性能;合金化与成分调控可明显提升Si基和Sn基合金薄膜负极的导电性和循环稳定性,但非活性金属组元的添加降低了合金薄膜电极的可逆容量;纳米复合结构Sn基氧化物薄膜负极具有良好的循环稳定性,但存在的首次不可逆容量大的问题有待解决;大部分纳米结构过渡金属氧化物薄膜可同时具备高容量和良好的循环性能,但其较高的嵌锂/脱锂电位会降低电池体系的能量密度.最后,本文特别指出,高能量密度薄膜负极的实用化仍面临挑战,提高薄膜锂离子电池性能必须不断探索新型电极材料体系、高电导率固态电解质及微电池一体化集成技术.