基于Li_2MnO_3的富锂类高比容量锂离子电池正极材料的研究进展

综述了近几年来基于Li2MnO3的高比容量二元和三元富锂类锂离子电池正极材料的研究进展.重点讨论了富锂材料zLi2MnO3.(1-z)LiMO2(0<z<1,M=Mn0.5Ni0.5,MnxNiyCo(1-x-y),0<x,y<0.5)的结构特点和富锂材料的嵌脱锂机理;总结了二元和三元富锂材料的制备、电化学性能和材料的改性以及材料现阶段存在的问题,探讨了这类富锂材料今后的研究热点和方向.

高比容量锂离子电池正极材料NCA的制备及性能

为寻找高比容量正极材料,采用不同的合成方法制备出了一系列高比容量的锂离子电池三元正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA).材料的粒径分布、SEM、XRD和电化学测试结果表明:采用碳酸盐共沉淀方法合成的前驱体粒径均匀,再经过洗涤和干燥后,将前驱体与氢氧化锂以1∶1.05的比例进行研磨混合均匀,高温800℃煅烧10~20 h,自然降温后获得具有粒径均匀,比容量高(180 mAh/g)等优异性能的NCA正极材料.

高比容量正极材料LiNi0.80Co0.15Al0.05O2的结构和性能研究

以偏铝酸钠为铝源,采用共沉淀法在自主设计的反应釜中合成类球形Ni0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体,再氧化煅烧得到LiNi0.80Co0.15Al0.05O2(NCA)三元正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、能量色散X射线(EDS)和电池充放电测试等方法对该材料的结构、形貌、电化学性能等进行表征。结果表明:前驱体中Ni、Co和Al元素分布均匀;煅烧得到的LiNi0.80Co0.15Al0.05O2材料具有良好的层状结构;该材料在0.2C充放电过程中,首次放电比容量为204.1mAh/g,充放电100次后的容量保持率为88.3%,具有良好的电化学性能。

二次离子电池高比容量负极碳载体的研究进展

二次离子电池商业化负极石墨的比容量已接近理论比容量.合金型负极和金属负极因具有高比容量而受到广泛关注,但其循环性能差和安全性问题限制了实际应用,据此提出载体设计策略.碳材料具有来源广泛、易于调控等特性,常用作二次离子电池高比容量负极的载体.本文从碳载体的孔结构、比表面积、电子导电率、离子导电率、杂原子掺杂和界面修饰的角度出发,综述了其在硅基、磷基、锗基、锡基负极以及金属锂、钠等负极中的研究进展,展望了碳载体的发展前景和方向.

方铁锰矿Mn_(2)O_(3)作为正极材料的高比容量可充电水性锌离子电池

由于具有低成本、高安全性、组装简易方便等优点,水性可充电锌离子二次电池被认为是太阳能和风能的最佳储能装置,尤其是锌锰二次电池。目前,锰正极材料的研究较多集中在二氧化锰上,同时,也有关于Mn_(2)O_(3)的研究,但比容量及能量密度皆较低。本文合成了方铁锰矿Mn_(2)O_(3)并将其用于水性锌离子电池的正极材料,在0.2 C倍率下充放时,获得了475 mAh·g^(-1)的高比容量及637 Wh·kg^(-1)的高能量密度。Mn_(2)O_(3)在充放电过程中,具有两个氧化还原峰和两个充放电平台,分别对应H^(+)和Zn^(2+)的脱嵌反应,同时,由于H^(+)较Zn^(2+)半径小,更容易发生脱嵌反应,在大电流密度充放条件下,对容量的贡献率更大;在充电过程中,Mn_(2)O_(3)被逐渐氧化为ε-MnO_(2),+4价锰在放电过程中发生了两电子的转移,从而使其具有高比容量。

锂离子电池高比容量负极用粘结剂

随着锂离子电池向高比能量方向发展,传统的石墨负极材料将逐渐被合金、金属氧化物等高比容量负极材料所取代。高比容量负极材料在循环过程中易产生较大的体积变化,从而导致电极循环性能衰退,限制了其实际应用。除从材料本身入手外,变换粘结剂是改善高比容量负极材料电化学性能的有效途径。本文对近十年来锂离子电池高比容量负极用粘结剂的发展进行了总结。对聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂进行改性处理,提高其黏弹性,可以显著改善电极的电化学性能。与PVDF相比,水性羧甲基纤维素(CMC)粘结剂可以明显提高Si基电极的电化学性能。CMC用作高比容量负极材料粘结剂明显优于PVDF的原因包括其利于电极浆料分散、与电解液不反应以及能够与活性物质之间形成化学键(共价键或氢键)等。同时,CMC本身的结构参数(分子量、取代度、阳离子)、CMC加入量、浆料pH值及电极孔隙率均对CMC电极的性能具有重要影响。聚丙烯酸(PAA)及海藻酸钠粘结剂由于含有更多的羧基(—COOH)基团,对高比容量负极材料具有更好的效果。其他新型粘结剂在高比容量负极性能的提升方面也具有较大潜力。

高比容量钠离子电池合金系负极材料的研究进展

随着科技发展以及人们对能源需求的日益加剧,单靠锂离子电池很难满足未来储能的迫切需求.钠离子电池由于钠源丰富、成本低廉,在能量密度要求相对较低的大规模储能等领域具有巨大应用前景.合金系负极材料由于比容量高、工作电压低、合成简单等优点而备受关注.针对钠离子电池合金系负极材料研究进展进行综述,总结并分析合金系材料作为钠离子电池负极材料的可行性以及面临问题,为今后钠离子电池高比容量负极材料的制备与研究提供借鉴.

锂离子电池硅锗复合负极材料的研究进展

随着电动汽车和储能技术的飞速发展,目前商用锂离子电池以石墨为负极,比容量低,已无法满足储能需求,因此,开发高比能量的锂离子电池迫在眉睫。采用高比容量的硅锗基负极材料替代传统石墨,可以协同发挥二者优势,提高比容量的同时获得高倍率性能,是制备高能锂离子电池的有效途径。然而,硅锗基负极材料在嵌锂过程中的体积膨胀和结构变化是实际应用过程中面临的关键问题。通过对硅锗基负极材料进行结构设计和组分优化,可以有效改善其电化学性能,对制备高能锂离子电池具有重要意义。本文从结构设计、组分优化及电化学性能方面对现阶段硅锗基负极材料进行了系统综述,并对该类负极材料未来发展进行了展望。

高容量锂离子电池正极材料Li_(1+x)V_3O_8的制备及改性研究

采用一种新型有机酸为络合剂制备正极材料Li1＋xV3O8,并用自制的复合纳米凝胶聚合物电解质,组装的扣式电池具有高的比容量和好的循环性能,正极材料Li1＋xV3O8在2.2～4.2 V之间放电曲线中电压平台变的平坦,改变了通常情况下正极材料Li1＋xV3O8的放电曲线形状.实验表明,复合纳米凝胶聚合物电解质和新型络合剂制备的正极材料Li1＋xV3O8在一定程度上可以减缓电池放电时的电压下降,使电池的容量得到明显的提高.

新一代高比能量锂离子电池富锂氧化物正极材料的研究进展

富锂氧化物xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(M为Co、Ni、Mn等)的比容量可达250~300mAh/g,是高比能量锂离子电池正极材料的首选之一。介绍了材料的晶体结构、嵌/脱锂机制和充放电过程中发生的结构相变,分析讨论了材料出现首次不可逆容量大、电压和容量衰减快、倍率性能和低温性能较差等问题的原因,阐述了材料的合成方法及改性技术,如表面包覆、离子掺杂、形貌和晶面调控以及合成层状相-尖晶石相共生结构的异质材料等。最后从基础研究和应用研究两个方面展望了富锂氧化物材料的发展前景。

高容量烧结式氧化镍正极研制

通过改进烧结式氧化镍电极的设计和制造工艺，尽可能提高烧结体体积和孔率，增加活性物质数量并提高活性物质利用率，研制出适合装配ＮｉＭＨ电池的高容量烧结式氧化镍电极，批量制造的电极比容量为５５０ｍＡｈ／ｃｍ３。

红磷/石墨炔复合材料的制备及其储锂性能研究

开发高性能的红磷基负极材料,是实现红磷在锂离子电池中应用的重要环节。结合具有二维平面和均匀分布的孔隙结构的石墨炔材料,首次利用简单有效的球磨方法构筑了一种新型的红磷/石墨炔复合材料。在红磷/石墨炔复合材料中,石墨炔不仅为电子传输和离子扩散提供了一个导电网络,而且缓解了红磷活性材料在充放电过程中的体积变化,从而大大提高了其比容量、循环稳定性和倍率性能。因此,作为锂离子电池负极时,红磷/石墨炔复合材料在首次放电时表现出1688.3 mAh/g的高比容量,库仑效率约为75%,在200 mA/g条件下循环390次后保持1012.2 mAh/g的比容量。

铈掺杂锰酸锂正极材料的制备及其对锂离子电池性能的影响

为了提高锰酸锂正极材料性能,设计了铈(Ce)掺杂的Li_(2)[Mn_((1-x))Ce_(x)]O_(3)作为锂离子电池正极材料,研究了不同掺杂量(x=0,0.5%,1%,1.5%)的Li_(2)[Mn((1-x))Cex]O_(3)正极材料对锂离子电池性能的影响.结果表明:掺杂Ce不影响Li_(2)MnO_(3)的晶体类型和宏观形貌,可以增加Li_(2)MnO_(3)的反应活性,提高锂离子扩散系数.用Ce掺杂高容量的层状Li_(2)MnO_(3)作为锂离子电池的正极材料,当掺杂量x=0.5%时,首次充电容量最高,达到69.4 mAh/g,且稳定循环50圈.

负极材料:突破锂离子电池能量密度天花板的关键

在当前负极材料行业变革的关键时期,石化企业可考虑加速推进硅基负极材料的开发与应用,抢占下一代动力电池负极材料市场。新能源汽车和储能行业的迅猛发展,带动了锂离子电池呈爆发式增长;当前锂离子电池能量密度增速明显放缓,主流产品均已接近能量密度天花板。正极材料容量提升已达瓶颈,开发应用更高比容量的负极材料已成为突破这一天花板的关键。

锂离子电池用富锂层状氧化物正极材料研究进展

富锂层状氧化物xLiMO_(2)·(1-x)Li_(2)MnO_(3)(M=Ni、Co和Mn等)具有高比容量的优势(>250 mAh/g),成为下一代高比能量锂离子电池正极材料的有力竞争者。总结富锂层状氧化物正极材料的研究进展,重点阐述富锂层状氧化物的晶体结构、能级特征、反应机制和存在的主要问题,提出应对目前困境所采取的结构调控和可行策略,为富锂层状氧化物的发展提供研究思路。

AgO有序阵列结构电极材料的制备与表征

在浓氢氧化钠溶液中,通过电化学方法氧化银纳米颗粒制备得到AgO有序阵列结构电极材料。性能表征表明,所制备的AgO材料具有独特的直通孔阵列结构,有利于电解质溶液在孔隙中的扩散,可直接用作Al/AgO电池阴极,无需黏结剂等。与常规AgO阴极材料相比,同等条件下,以AgO有序阵列结构材料为阴极所组成电池的放电性能大幅提高,3 C倍率下质量比容量可达422.6 m A·h·g-1,电极活性材料的利用率为97.8%,7 C倍率下质量比容量依然有387.8 m A·h·g-1,活性物质利用率89.7%。同时,循环性能相比传统电极也得到大幅提升,在第10个循环时依然保持着405.2 m A·h·g-1的质量比容量。制备方法易于操作且高效环保,有利于工业化生产;所得材料具有独特结构和性能优势。

简易制备中空微球锰酸锂的方法及性能研究

通过多层核壳结构的γ-MnO2成功制备了一种由尖晶石单晶组合而成的空心球形尖晶石锰酸锂正极材料,所制备的样品采用X射线衍射、扫描电镜进行了表征,并进一步通过循环伏安、交流阻抗以及恒电流充放电对其电化学性能进行了研究。结果表明,所合成的空心球形锰酸锂颗粒大小均匀,平均直径在8μm左右,由结晶良好的尖晶石八面体单晶组成。电性能测试结果表明,空心球形尖晶石锰酸锂具有高比容量、高倍率以及优异的循环性能。在3.3～4.3V电压范围、0.2C下的首次放电比容量高达145.9mAh/g,50次循环后的容量保持率为95.9%,10C时的首次放电比容量仍为113.3mAh/g,100次循环后的容量保持率达95.5%。

热电池正极材料制备及其改性研究进展

热电池作为一种热激活储备电池,具有激活时间短、储存时间长、机械坚固性强等诸多优点,是现代军用武器行业的理想电源。热电池发展日趋于小型化与微型化,必须提高其电化学性能以适应行业发展,而电化学性能的提升主要取决于正极材料的性能研究。为了使热电池拥有高电压、高比容量、高热稳定性等性能,对正极材料进行改性研究显得至关重要。通过综合概述近年来热电池正极材料FeS_(2)、CoS_(2)、NiCl_(2)、V_(2)O_(5)等研究现状,对组分掺杂、多元复合、结构纳米化、碳包覆等改性方法进行了评述,最后对热电池正极材料未来发展进行了展望。

电池材料电压滞后的研究进展

二次电池广泛应用于储能各领域,在能源供给方面具有重要作用。随着高比容量电池材料的不断发展,有望大大提升二次电池能量密度。然而,大多数具有高比容量的电池材料都存在电压滞后的现象,这将导致电池储能效率大幅度降低,难以实际应用。针对电池材料存在电压滞后的问题,综述了电池材料电压滞后的研究现状,分析了其产生的原因,提出了改善电池材料电压滞后现象的策略。

基于改性电解液实现超稳定V_(6)O_(13)水系锌离子电池的研究

钒基氧化物材料因其高比容量而成为水系锌离子电池正极材料主要候选者,然而却面临在传统水系电解液中的溶解问题。通过构建水-磷酸三甲酯(TMP)复合电解液新体系1 mol/kg Zn(CF_(3)SO_(3))_(2)-20%(wt)H_(2)O-80%(wt)TMP,不仅显著抑制钒基材料的溶解,而且降低水系电解液的凝固点到-46℃,拓展了水系锌离子电池工作温度范围。基于构建的新电解液体系,组装的Zn|V_(6)O_(13)全电池在常温下以0.1 A/g的电流密度稳定循环1800 h后,仍具有423.4 mAh/g的高比容量,能量密度高达302.4 Wh/kg;而且在-40℃低温环境中,以0.1 A/g的电流密度循环500圈后,放电容量保持在83.8 mAh/g。