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。

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.

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。

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。

锂离子电池硅碳负极材料应用前景光明

按照使用领域划分,锂离子电池分为消费类电池、动力电池和储能电池。无论应用在哪个领域,人们都希望所使用的锂离子电池能存更多的电(能量密度高)、用更长的时间(循环寿命长)、充电时间更快(倍率性能优)。要实现以上愿景,“地基”就是高性能的正、负极材料。以动力电池为例,虽然锂离子电池负极材料仅占电芯总成本约10%、占电芯总质量约8%,但负极材料对电芯的能量密度提升有显著作用。研究表明,负极材料中硅基负极的能量密度较目前可用的同类电池高出20%~40%,是当前产业化前景较好的下一代负极材料。

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。

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、高安全场合应用。为此,本文系统研究了LiNbO_(3)薄膜的电化学性能,结果表明:LiNbO_(3)薄膜呈现高比容量(410.2 mAh·g^(-1))、高倍率(30C时比容量80.9 mAh·g^(-1))和长循环性能(2000圈循环后的容量保持率为100%),以及高的室温离子电导率(4.5×10^(-8)S·cm-1)。在此基础上,基于LiNbO_(3)薄膜构建出全固态薄膜锂离子电池Pt|NCM523|LiPON|LiNbO_(3)|Pt,其展现出较高的面容量(16.3μAh·cm^(-2))、良好的倍率(30μA·cm^(-2)下比容量1.9μAh·cm^(-2))及长循环稳定性(300圈循环后的容量保持率为86.4%)。此外,该电池表现出优秀的高温性能,连续在100℃下工作近200 h的容量保持率高达95.6%。研究表明:LiPON|LiNbO_(3)界面不论在充放电循环还是高温下均非常稳定,这有助与提升全电池综合性能。

基于稻壳基无定形碳的负极材料对锂离子电池低温性能的影响

碳基材料是目前锂离子电池最常用的电极材料,然而低温使基于碳基电极的锂离子电池(LIB)容量损失巨大。本文将农业废弃物——稻壳通过高温碳化制得多孔碳,多孔为锂离子(Li^(+))提供更多传输路径及活性位点,并促进Li^(+)在低温下的传输与扩散。研究发现,不同碳化温度对稻壳衍生活性炭(RHC)的微观结构有影响,基于不同RHC电极构建的电池性能也不同。其中,碳化温度为1 000℃获得的RHC-10负极具有最高的剩余可逆比容量,在0.2 C和2 C倍率下循环100圈后可达230和147 mAh/g;在不同倍率下循环10圈后再次在0.2C倍率下循环时,仍能保持最高的可逆比容量;在-20和-40℃可逆比容量分别可达175和98 mAh/g,表现出优异的低温充放电性能。

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。

琼脂包覆和NH_(4)F改性纳米硅用作锂离子电池负极材料的研究

硅负极材料由于具有成本低、比容量高和安全可靠的优势,成为高能量密度锂离子电池的理想材料之一。但是,在锂嵌入过程中会产生严重的体积膨胀,且材料导电性差及循环稳定性差等问题限制了硅负极材料的商业应用。为此,通过一锅水浴法采用琼脂和NH_(4)F对纳米硅实现碳包覆和掺杂改性,制备琼脂衍生碳/NH_(4)F@纳米硅复合材料(Si@FNC),对其结构、形貌和电化学性能进行研究。结果表明:经NH_(4)F掺杂改性处理后,Si@FNC复合材料的循环稳定性和导电性能显著提高。当掺杂的NH_(4)F与纳米硅粉质量比为1∶5时,在500 mA·g^(−1)的电流密度下,Si@FNC复合材料首次放电比容量为2001.0 mAh·g^(−1),循环充放电200次后仍保持在836.7 mAh·g^(−1),展示出优异的电化学性能,对推广高容量硅碳负极材料具有一定的参考价值。

锂离子电池微米硅负极材料研究进展

高性能负极材料的发展是锂离子电池新材料领域的一大主题。相比于商业化的石墨负极,硅具有储锂容量高的天然优势,无疑是下一代高容量负极材料的发展方向。纳米硅负极材料虽然具备很高的理论比容量,但低的振实密度和面积载量严重削弱了体积比容量和质量比容量。因此,设计高振实密度微米硅基负极可以赋予更好的综合性能。本文首先阐明了微米硅应用存在的问题,然后综述了微米硅结构设计、碳复合和黏结剂设计等改性方法,为微米硅的研究提供了借鉴。

镍钴水滑石纳米笼/GO复合材料在锂离子电池负极中的应用

近年来,水滑石(LDH)材料因其组成、结构和形貌易于调节,具有丰富的活性位点,被认为是高性能锂离子电池(LIBs)负极的替代材料,然而水滑石作为负极仍存在电导率差和结构易聚集等问题.于此同时,金属有机框架(MOFs)及碳基材料也由于其优秀的孔隙率、比表面积以及良好的电导率在储能领域得到了广泛的关注.考虑到这二者有望对LDH的主要缺陷有所改进,提出了将原位沉淀、化学刻蚀法和静电吸附法相结合,使镍钴水滑石纳米笼(H-(Ni,Co)-LDHP)能够固定在GO上,从而得到镍钴水滑石纳米笼/氧化石墨烯复合材料(H-(Ni,Co)-LDHP/GO).这种GO上密集分布的中空纳米结构更能有效抑制水滑石纳米片的聚集,并有利于锂离子的脱嵌.H-(Ni,Co)-LDHP/GO纳米复合材料作为锂离子电池的负极,在电流密度为50m A·g^(-1)下,循环第一圈库伦效率可达68%,循环50圈后电容保留率为68.4%.

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。

锂离子动力电池正负极材料的研究进程

随着新能源汽车的快速发展,锂离子动力电池对纯电动汽车的推动作用更加突显。因此,锂离子动力电池的正极和负极材料等材料也成为研究关注的热点。本文介绍了锂离子动力电池运行的基本原理与结构;分析了电池正负极材料的种类,在发展进程中对新能源汽车的影响;提出了多种材料结合将有助于提高比容量的新方向;同时,锂离子电池的寿命、成本、续航里程的提高,新型凝固态、钠离子电池等的研发,必将进一步推动电动汽车的发展。

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。

废旧锂离子电池正负极材料再生循环利用研究进展

随着以新能源汽车为代表的新能源产业迅速发展,大量退役动力锂离子电池随着使用寿命终结而形成新兴的“城市矿产”。因此,在“双碳”背景下,如何高效、环保、低碳地实现锂离子电池资源循环成为当前研究的难点和热点。综述了正负极材料的再生方法和再生用途,目前,正负极材料的再生方法主要包括直接再生(固相法、水热法、熔盐焙烧法)和间接再生(共沉淀法、溶胶凝胶法),并分别概述它们在工业生产应用中的优缺点;负极材料被修复再生后可应用于正负极材料、催化剂、吸附剂、石墨衍生物和石墨聚合物材料的构建,充分展现了资源的可持续循环利用。最后,分析废旧锂离子电池再生利用所面临的困难与挑战,并对废旧锂离子电池再生利用的工业实践进行展望,为实现锂离子电池资源循环提供可行的参考意见。

锂离子电池多孔硅负极材料制备及工艺优化

为了有效改善硅基负极材料的性能及降低制备成本,以微米级单质硅为原料,通过金属辅助化学刻蚀法制备多孔硅负极材料,该方法步骤简单可控、成本低廉,易于大规模生产。采用场发射扫描电镜和电池测试系统,对比分析不同工艺参数下制得的硅负极材料的形貌和性能差异,从而进行工艺优化,并得出较优的工艺参数:Ag NO_(3)浓度约为0.015 mol/L、伽伐尼反应时间选择1~4 min、刻蚀剂中C_(HF)/(C_(H_(2)O_(2))+C_(HF))为70%~90%。在合适的工艺参数下制备的多孔硅负极材料电化学性能明显优于硅负极材料,在0.5C倍率下循环50次后容量仍有1 130.7 m A·h/g,在2C、5C的倍率下仍有929、669 m A·h/g的较高比容量。该方法得到的多孔硅负极材料能够有效缓解单质硅负极材料体积膨胀严重和导电性差的问题,从而有效提高其电化学性能。

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Fe_(3)O_(4)被认为是一种储锂性能优异的锂离子电池负极材料,但目前仍存在导电性差和充放电过程体积膨胀问题。文中以L-精氨酸、对苯二甲醛和九水硝酸铁为原料,通过溶剂热反应得到铁离子掺杂L-精氨酸聚合物(W-Fe_(3)O_(4)@NC precursors),随后高温热解制备了杨梅状碳包覆四氧化三铁(W-Fe_(3)O_(4)@NC)复合负极材料。对W-Fe_(3)O_(4)@NC的形貌、表面化学结构、孔隙率和在锂离子电池负极中的电化学性能进行了表征。结果表明,得益于独特的杨梅状形貌、有益的氮掺杂、高度分散的Fe_(3)O_(4)纳米微粒和均匀的碳包覆,W-Fe_(3)O_(4)@NC在1 A/g电流密度下循环800圈后比容量高达815.1 mAh/g,在5 A/g的大电流密度下,比容量仍保持在232 mAh/g,循环稳定性和倍率性能显著优于纯碳材料(NC)和市售Fe_(3)O_(4)纳米粒子。