锂离子二次电池负极材料的研究

综述了最近几年来锂离子二次电池负极材料的研究。研究的负极材料主要有：改性碳材料、氮化物、硅化物、氧化物和新型合金。通过引入金属和非金属元素，碳材料的可逆容量、循环性能有了一定提高，这主要是碳材料的电子状态、石墨结构和表面有明显的改善。氮化物、硅化物、氧化物和合金等负极材料虽然在某些性能方面强于碳材料，但是从实用的角度而言，还存在着一些不如意的地方。随着固体电解质的不断研究，锂金属及其合金有可能成为最有前景的负极材料。另外，对于锂在部分主体材料中的储存机理予以说明。

金属Al作为锂离子二次电池负极材料的制备和机理研究

采用金属铝片和金属锂片组装纽扣电池。通过电化学性能测试和充放电前后Al片的X射线衍射分析及SEM显微观察,表明在合适充放电条件下,Al与Li形成金属间化合物,具有较高的电化学容量和一定的循环性能。

一种新型硅碳复合薄膜材料作为锂离子二次电池负极材料的研究(英文)

利用气相沉积技术,制备了SixCy层和C层相间的硅碳复合薄膜材料。XRD测试和Raman光谱测试表明,该硅碳复合薄膜材料具有纳米微晶结构。电化学性能测试表明,该SixCy/C复合薄膜材料,具有较低的充放电平台(0·5V以下),对应的首次放电容量达1200mAh/g以上,经过200次循环,容量保持率高于85%。SixCy/C复合薄膜材料性能的改善,主要原因可能源于活性材料Si中的缓冲骨架以及碳的共同作用,它们的存在改善了复合材料的导电性能,也有效缓冲了在充放电过程中活性组分Si所导致的体积变化。

锂离子二次电池负极材料的发展

综述了锂离子二次电池负极材料的研究和进展。介绍了石墨,改性石墨,焦炭,热解碳和纳米级碳材料的研究,比较了各类碳材料的性质。也对锡基材料做了介绍,包括锡的氧化物,锡的复合氧化物和锡盐。同时还概述了其它的一些可以作为锂离子二次电池的负极材料。

锂离子二次电池负极材料Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)的合成及其电化学性能研究

为了提高锂离子二次电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的能量密度,本研究以LiOH·H_2O、TiO_2、NH_4VO_3为原料,采用水热法合成了一系列Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)(0≤x≤0.20)材料。对所合成的材料进行的分析测试表明,800℃是合成Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)(0≤x≤0.20)最适宜的热反应温度。实验结果还表明,钒掺入Li_4Ti_5O_(12)后,材料仍然保持了尖晶石型结构;同时材料的循环稳定性依然优越,且大倍率充放电特性得到显著改善。因此,与Li_4Ti_5O_(12)材料相比,钒掺杂的Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)材料具有更佳的倍率性能和更高的能量密度,更适用于动力锂离子电池。

Sn-Co合金作为锂离子二次电池负极材料的研究

在机械球磨过程中通过固相还原反应制备了不同原子配比(2∶1,4∶1,8∶1)的Sn-Co合金,采用X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)分析了其结构和形貌,并通过组装模拟电池考察了该合金作为锂离子电池负极材料的电化学性能.实验结果表明:具有非晶纳米结构的CoSn4合金具有较高的初始放电容量(430 mAh/g)和良好的循环性能,15周后仍能放出360 mAh/g的容量,容量保持率为84%.

锂离子二次电池负极材料的研究综述

总结了在碳材料、合金材料和复合材料等3个锂离子电池负极材料研发的主导方向上的开发情况和它们各自特点,描述了目前的研究所面临难题,给出了锂离子电池负极材料研发取得重大突破的可能途径和建议。

锂离子二次电池负极材料及电解质研究

综述了锂离子二次电池负极材料和电介质的研究现状 ,对现行研究和应用的二次锂电池负极材料、电解质中存在的问题进行了深入分析并对材料的分类。

C/Sn复合薄膜的磁控溅射制备及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能

采用磁控溅射的方法在铜箔上制备了C/Sn复合薄膜并将其作为锂离子电池负极材料,研究了C/Sn复合薄膜中Sn质量分数对其电化学性能的影响。研究发现,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其首圈放电比容量增加,在一定范围内增加Sn质量分数,首圈库仑效率增加,但当Sn质量分数过多时其库仑效率降低。Sn质量分数分别为89.20%、91.61%、93.85%、95.81%的四种复合薄膜,在电流密度为500 mA/g时的首圈放电比容量分别为1195.4、1372.97、1574.86、1642.30 mA·h/g,首圈库仑效率分别为86.84%、87.88%、94.06%、80.66%。循环200圈后,四种复合薄膜的比容量衰减率分别为0.70%、6.13%、11.32%、18.88%。研究结果表明,当复合薄膜中Sn质量分数为89.20%时,其具有最优的倍率性能和循环稳定性能,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其倍率性能及循环稳定性变差。

二氧化硅空心球/碳锂离子电池负极材料

锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长、绿色环保、安全性能良好等优点。二氧化硅具有较高的理论比容量、储量丰富、绿色无污染等特点,是最有前景的锂离子电池负极材料之一。但二氧化硅在脱嵌锂过程中产生的体积效应,使得锂离子电池的性能大大降低。为提高锂离子电池的电化学性能,本文制备了二氧化硅/碳(SiO_(2)@C)复合材料,并将其作为锂离子电池负极材料。中空结构有效地缓解了二氧化硅充放电过程中的体积膨胀,提高了复合材料在锂化过程中的结构稳定性。碳层可以作为“缓冲层”,缓解了二氧化硅的体积膨胀,同时碳具有良好的导电性,可以提高复合材料的导电性。在0.1 Ag^(-1)电流密度下经过50次循环后,SiO_(2)@C的放电比容量为766.2 mAhg^(-1),表现出良好的电化学性能。

阴离子密堆二次电池正极材料中离子宿住迁移与能量存蓄机制晶体化学新探索

在二次电池电极材料中,有一类性能优良的材料具有阴离子密堆或近密堆方式构筑的晶体结构。宿住阳离子在密堆留下的空隙空间中宿住、迁移,从而实现能量转换与存储。相关过程微观机理的研究由于涉及原子尺度的微观结构辨析和电子层面的分析,实验研究难度较大。因此,更多是通过晶体学理论分析与晶体场理论和量子力学第一性原理计算结合展开。已有的理论从过渡金属配位体晶体场分析展开,但宿住离子宿住迁移中电子相互作用关注相对不足。本文根据已有的实验事实,在精准描述最具代表性的阴离子(氧离子)面心立方紧密堆积(FCC)结构中空隙空间准确形态和微分几何方法准确解析空腔真实体积的基础上,结合空隙空腔独特形态,对经典晶体学中Pauling第一规则的分析方法作了拓展。根据新的理解,提出了宿住阳离子在空隙空腔宿住和徒迁拓扑形变新模式,及其可能拥有的电子形态学新特征,提出了空隙空腔中宿住阳离子体积与密堆阴离子半径间的新关系。为了进一步说明住宿离子电子形态特征,通过第一性原理计算获得了典型FCC结构LiMn_(2)O_(4)尖晶石中电子密度等势图,构造了锂离子宿住四面体空隙空腔的电子密度等势特征分布的三维形态,与晶体学分析中获得的电子形态新特征变化一致。通过夹在两个密排面间的{110}面族电子云密度分布分析,首次清晰地揭示了LiMn_(2)O_(4)中锂离子的“S”形徒迁途径,及其对附近锰离子配位多面体电子云密度分布的影响。依据宿住离子脱/嵌新特征,提出阴离子拓扑多面体晶体场对宿住阳离子电子云压缩发生拓扑变形实现能量转换储蓄的新思路,据此计算了典型紧密堆积构造的电极材料新的理论能量密度,并和传统方法计算的理论值进行了比较,二者十分接近,为从晶体学和量子力学理解二次电池能量储存提供了新视角。

锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制

为了探究银纳米线在不同工作电压下的锂化机制,借助原位透射电子显微镜的高分辨技术和电子衍射技术,研究了在不同的工作电压条件下,银纳米线在锂化过程中的相变过程和形貌变化。结果表明:金属银用于电池负极材料时,其工作电压对电极材料的活性有较大影响;银在低工作电压下的储锂量大,电极材料不易失效;当工作电压为-1 V时,Ag纳米线在储存锂离子过程中会先变成LiAg相,无明显体积形变;后续随着锂化时间增加,Li_(x)Ag合金中x>1时,纳米线粉碎化,生成Li3Ag、Li9Ag4相;当外加的电压为-2 V时,锂离子会快速在纳米线表面运输并与Ag发生反应,导致纳米线破碎。

锂离子电池负极材料技术现状和发展趋势

锂离子电池在动力电池、消费电子和储能领域应用广泛。负极材料是锂离子电池的重要组成部分,其性能决定了锂离子电池的储能容量、能量密度以及安全性、循环性、倍率性。文中简要概述了锂离子电池的组成和工作原理,归纳总结了负极材料的分类及特点,对石墨负极材料进行了详细介绍,包括其原材料的生产工艺和石墨化过程等,并研判了石墨负极材料的市场需求及技术发展趋势。

共价有机骨架在高性能锂离子电池负极材料中的应用

通过缩合聚合反应制备了两种热稳定性高、结晶性好和比表面积大的共价有机骨架(COF-1,COF-2)材料.将它们作为锂离子电池(LIBs)负极材料时,均表现出较高的可逆容量(经过150次循环后,COF-1和COF-2的充电比容量分别为484和327 mA·h/g)、出色的倍率性能(2和10 A/g电流密度下,COF-1和COF-2的可逆容量分别为296,180 mA·h/g和265,166 mA·h/g)、超大电流密度下的工作能力(5 A/g电流密度下循环2000次,COF-1和COF-2的充电比容量分别为572和332 mA·h/g)以及极端温度下的运行性能(50和‒15℃环境中循环40次后,COF-1和COF-2的充电比容量分别为2101,218 mA·h/g和1760,172 mA·h/g).两种COF均具有随着充放电的持续进行,电化学活性基团被激活的能力,COF-1和COF-2在不添加导电剂的情况下循环400次,充电比容量分别从23和16mA·h/g增长到45和31mA·h/g;通过对实验数据的分析,证明了在大电流密度以及高温环境等能使离子扩散速率加快的条件下,更有利于这种激活效应的发生.通过对比两种COF材料,发现含有三嗪环结构的COF-1的储锂性能及电化学反应动力学性质优于全部为苯环结构的COF-2,表明芳香环中的C=N可能是一种具有较高电化学活性的基团.

石油焦锂离子电池负极材料电化学性能研究

负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素,人造石墨是重要的锂离子电池负极材料。石油焦的热膨胀系数低,空隙度低,灰分、硫、金属元素含量低,导电率高,易石墨化。此次研究选择3种普通石油焦,并通过石墨化制备人造石墨。对3种石油焦原样和石墨化样品进行分析表征,比较其各种性能,研究石油焦石墨化后的变化,并通过电化学分析验证石油焦石墨化后其性能是否达到商用锂电池负极材料水平。实验结果表明:在2750℃石墨化处理后,相较于原石油焦样品,3种石墨化样品结构重排,拥有更明显的规整层状结构;含碳量提升,其他例如氢、氧等杂元素和金属元素含量下降;均显现出较低的电极电位和稳定的充放电平台,首次库伦效率分别为85.00%、78.20%、82.96%。经过150次循环后,比容量分别保持在273.00、259.00、226.20 mAh/g,库伦效率接近100%,是锂离子电池负极材料的潜在前驱体。

高比能二次锂电池电极材料的储能系统配电网运行建模与仿真研究

对于包含储能系统的配电网运行建模与仿真,传统方法由于缺少对储能系统变量增补约束,导致建模后储能系统的电热转换效率较低。为此,提出高比能二次锂电池电极材料的储能系统配电网运行建模与仿真研究。依据储能系统在配电网中的运行特性,建立储能系统等效电路,并以高比能二次锂电池电极材料的储能系统的经济性指标构建电网运行模型,同时对其加以变量增补约束,以动态描述配电网的运行过程。实例应用结果显示,所提方法能够有效提高储能系统的电热转换效率,建模结果更加可靠。

碳@硒化钴/还原氧化石墨烯锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以葡萄糖和石墨烯为碳源,通过简便的水热工艺成功制备了一系列具有多孔结构的C@CoSe/rGO复合材料。电化学测试结果表明,在200 mA/g电流密度下进行150圈循环测试后,C@CoSe/rGO-2复合材料的可逆比容量为751 mAh/g;在1 000 mA/g和2 000 mA/g大电流密度下进行150圈循环测试,其比容量仍可达525 mAh/g和285 mAh/g。该工作提供了一种简单的方法用于制备比容量高、倍率性能好且循环稳定的锂离子电池负极材料。

锂离子电池负极材料ZnSnO_(3)/C复合物的制备与性能

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点,已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO_(3)复合材料(ZnSnO_(3)/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明:当作为锂离子电池负极材料时,ZnSnO_(3)/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO_(3)电极.在200 mA·g^(-1)电流密度下,ZnSnO_(3)/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^(-1),即使在大电流5000 mA·g^(-1)下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^(-1)的放电比容量,同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO_(3)/C复合材料中具有高电导率的C不仅提高了整个电极的导电性,有利于电子的传输,而且增大了电解液与活性材料之间的接触面积,缩短了锂离子的扩散距离;同时碳包覆层可有效缓冲ZnSnO_(3)在嵌脱锂过程中由于体积变化产生的应力,也能在一定程度上抑制ZnSnO_(3)在循环过程中的团聚.

锂/钠离子电池硬碳负极材料的研究进展

随着锂离子电池的发展和钠离子电池的兴起,硬碳材料作为一种新型负极材料,受到了广泛关注。硬碳来源丰富,价格便宜,具有比锂离子电池石墨负极更高的储锂容量和优异的倍率性能,并且是最有商业化潜质的钠离子电池负极材料。然而,硬碳普遍存在电池首周库仑效率低的问题,且对于硬碳的储锂/钠机制仍存在争论,其比容量仍有较大的提升空间。近年来,研究人员围绕硬碳负极材料的电化学机理展开了各种研究和模型假设,针对硬碳负极存在的问题,提出了各种解决策略。本文介绍了硬碳的基本结构和常用的制备方法,并结合硬碳的优势,梳理了硬碳在锂离子电池和钠离子电池中的应用情况,重点介绍了其在快充、包覆等细分领域的应用进展,并分别针对硬碳提升比容量和改善首周库仑效率的需求,归纳了孔结构设计、元素掺杂、优化材料与电解液界面等不同改性策略。

熔盐法制备Co_(9)S_(8)/C锂离子电池负极材料及其性能研究

以氯化钴为钴源,硫脲为硫源,柠檬酸为碳源,冷冻干燥后,采用熔盐法在不同的温度进行退火处理得到Co_(9)S_(8)与C的复合物CS(CS-600,CS-700,CS-800,CS-900)。系统地探讨了不同的退火温度对产物的晶体结构、形貌及电化学性能的影响。结果发现:和纯Co_(9)S_(8)样品相比,碳复合的Co_(9)S_(8)样品的循环性能与倍率性能得到了较大的提升。在煅烧温度为700℃时,所合成的样品CS-700具有最高的比容量与最好的循环性能,在100 mA·g^(-1)充放电循环100次后,放电比容量可以达到898.6 mAh·g^(-1),可作为锂离子电池负极材料的潜在选择。