新一代动力锂离子电池磷酸锰锂正极材料的研究现状与展望

磷酸锰锂正极材料具有能量密度高、成本低、安全性高和热稳定性好等优点,目前已成为锂电产业界研究的热点,有望成为继磷酸铁锂之后的新一代正极材料.然而,磷酸锰锂的电子电导率和锂离子扩散率均很低,其电化学性能提高较为困难,至今尚无法制备出满足实际应用的高性能磷酸锰锂正极材料,严重制约了磷酸锰锂材料及其电池的发展.本文从磷酸锰锂的结构特性出发,对近年来国内外在碳包覆、离子掺杂、纳米化和控制晶体形貌等改性研究、全电池研究、专利情况以及商业化尝试等多方面进行了综述,并对磷酸锰锂的发展进行了展望.

富锂锰基正极微观结构的优化研究

利用多种表征技术对不同压实密度下富锂锰基正极的微观结构及电化学性能进行研究。研究了不同压实密度下活性物质颗粒形貌及结构的演变以及不同压实程度对电极电子、离子电导率的影响。结果表明:适当压实导致电极内活性材料颗粒发生重排,增加了活性材料与导电碳网络间接触,降低了电极孔隙率;同时这些因素直接影响电极的薄层电阻、电子及离子电导率,这对锂离子电池的容量发挥及循环寿命都有重要影响。该研究结果将有助于设计和优化具有更大比能量和比功率的富锂正极材料电极。

合金材料在金属锂负极中应用的研究进展

从锂合金负极、锂负极表面保护与锂沉积基体修饰三个方面概述了合金材料在改善金属锂负极电化学沉积可逆性与稳定性方面的国内外代表性研究工作,讨论了合金材料的效用机制与作用效果,分析了当前研究中仍然存在的不足与需要进一步解决的问题,并对合金材料在金属锂负极研究中的未来发展方向提出了展望。

锂离子电池胀气行为及改性策略的研究进展

电池胀气是电池系统中的一种常见现象。电池胀气是影响锂离子电池性能恶化的重要原因之一,它造成了电池容量的不可逆损失。详细总结了锂离子电池胀气产生的几大主要因素:电解质分解、水含量超标和高温等物理因素;归纳了产气对电池性能的影响,并提出了最新的材料改性、电解液优化和工艺控制等缓解或抑制电池胀气的方法。

石墨烯涂层铜箔集流体在硅基负极中的应用研究

针对硅基负极体积膨胀大,在电池循环过程中易从集流体上脱落的问题,提出了石墨烯涂层改性铜箔集流体的创新思路。石墨烯涂覆增加了集流体表面的粗糙度,从而使集流体与活性物质的粘附力增强,抑制硅基负极中集流体与活性物质脱离的现象发生。与使用商业铜箔集流体的电池相比,使用石墨烯涂层改性铜箔集流体的电池在倍率性能和循环稳定性方面均有明显提升。使用石墨烯涂层改性铜箔集流体的电池在2 C高倍率下,硅基负极放电比容量为467.2 mAh/g;在0.2 C循环80次后,容量保持率仍超过50%,而使用常规铜箔作为集流体的电池容量保持率仅为18.2%。

基于富锂锰基正极材料的复合正极体系研究

富锂锰基正极材料因具有超高放电比容量而受到广泛关注,但电压衰减、循环稳定性不佳、倍率性能较差和高压电解液匹配难度大等问题阻碍了其产业化应用,当前单独应用富锂锰基正极材料仍极具挑战。因此,将富锂锰基正极材料与其他商业化的正极材料进行复合应用,可能是快速推进富锂锰基正极材料产业化应用的有效途径。研究了基于富锂锰基正极材料的复合正极体系。研究结果表明:引入三元材料、钴酸锂或锰酸锂会降低复合正极的电化学性能;引入磷酸锰铁锂后复合正极的倍率性能降低;引入磷酸铁锂后可以提高复合正极的电化学性能,在2.0~4.6 V、1 C下,磷酸铁锂-富锂锰基复合正极循环50次后的容量保持率为97.2%,10 C下放电比容量可达96 mAh/g。

金属锂负极表面构建稳定SEI膜的研究进展

以金属锂为负极材料的锂金属二次电池被认为是最具前景的下一代高比能电池。然而,由于金属锂与电解液之间自发反应生成的固态电解质界面(SEI)在电池循环过程中的稳定性较差,加剧了锂枝晶生长、库仑效率降低和容量衰减等一系列问题,从而限制了锂金属二次电池的商业应用,因此提高SEI的稳定性是锂金属二次电池领域的研究热点。总结了近年来对SEI组分与结构进行调控以改善其稳定性的研究进展,并展望了金属锂表面SEI设计与构建的研究趋势,为金属锂负极的研究提供借鉴。

磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究

将LiMn0.75Fe0.25PO4与LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2以常规搅拌方式制成复合正极,搭配常规人造石墨及陶瓷隔膜,所组装的电池表现出与三元电池相似的电压平台和能量密度,更优的低温性能(-20℃低温放电容量相当于常温容量的74.5%)以及更长的循环寿命(常温循环寿命为3 672次@86.7%),并且能够通过针刺安全测试。而先将LiMn0.75Fe0.25PO4包覆在LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2上,再正常合浆的正极,对比常规搅拌方式得到的正极在针刺安全性方面略有优势。

高电压水系电解液最新研究进展

水溶液较窄的电化学窗口(1.23 V)是限制水系储能装置实现高电压高能量密度的主要瓶颈,综述了导致水系电解液面临的问题与挑战,并总结了当前提高水系电解液电池电压和性能的方法和各自特点。

锂离子电池硅氧化物负极材料的研究进展

硅氧化物（SiOx）因具有高的比容量和良好的循环性能而备受关注,并被认为是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。在首次嵌锂时,SiOx与锂离子发生反应,生成惰性相Li2O和Li4SiO4。惰性相的生成可有效缓冲SiOx的体积效应,同时SiOx为多相纳米均匀分布结构,因此极大改善了其电极材料的循环性能。本文从SiOx的结构与电化学储锂机制方面出发,介绍了其与电化学性能的关系,阐明了SiOx负极材料主要存在的问题,归纳了研究者们的主要改性思路,最后对SiOx负极材料未来发展方向进行了展望。

锂离子电池新型正极材料xLiF-(Ni_(1/6)Co_(1/6)Mn_(4/6))_3O_4的制备及电化学性能研究

采用高能球磨法通过不同球磨时间制备xLiF-(Ni_(1/6)Co_(1/6)Mn_(4/6))_3O_4新型正极材料,并对材料进行石墨烯复合改性,提高其性能。结合X-射线衍射、扫描电镜、电化学性能测试和X-射线电子能谱对所制备的正极材料性能进行表征。结果表明,球磨24h的产物的放电比容量最高,为157. 3mAh·g^(-1)。此外,正极材料添加石墨烯能改善其电化学性能,当石墨烯复合量为20%,在室温、0. 05C(1C=250mAh·g^(-1))、1. 5～4. 8V下,材料首圈的放电比容量为235mAh·g^(-1),相较于无石墨烯的材料,在1C和5C倍率下,放电比容量分别提高到151和114 m Ah·g^(-1)。文中还分析了正极材料放电容量随截止电压的变化,确定了复合正极材料在高电压下有获得更高放电容量的潜力。

高电压锂离子电池用环丁砜基高浓度电解液

本文介绍了一种含双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(Li TFSI)和环丁砜(TMS)的高浓度电解液。采用FT-IR对样品进行结构表征,通过线性扫描伏安法(LSV)和循环伏安法(CV)研究电解液的电化学性能。结果表明,高浓度TMS/Li TFSI(摩尔比2∶1)电解液的电化学和化学稳定性良好,电化学窗口拓宽至5. 02V,可以有效抑制Al箔腐蚀,适用于5V级的镍锰酸锂(Li Ni_(0.5)Mn1. 5O4)正极材料。室温下,基于TMS/Li TFSI高浓度电解液的Li Ni_(0.5)Mn1. 5O4半电池经过大倍率充放电后,0. 1C的比容量基本回复到原始状态;在0. 2C的倍率下实现良好的循环,前25圈的库仑效率大于92%。

石墨烯增强铜基复合材料的挑战及其对策

铜具有优异的电学性能、热学性能和化学稳定性,被普遍应用于各工业领域。但铜的力学性能相对较差,而限制铜的更进一步应用。如何在提高铜的力学性能的同时维持铜优异的电学和热学性能是目前的研究热点。由于石墨烯凸显的力学、热学和电学性能,以及二维片层结构,因而成为增强铜基复合材料力学性能的理想增强体。但研究者们通过不同的合成方法制备的石墨烯/铜复合材料的性能增强并没有达到预期效果,主要是因为石墨烯在铜基体中易于团聚、铜与石墨烯的润湿性比较差及其制备过程中造成石墨烯的结构受损。随着近几年来研究者的不断探索,一些新的解决方法不断出现。主要综述石墨烯增强铜基复合材料面临的挑战及其应对策略方面的研究进展,并指出石墨烯增强铜基复合材料可能的发展新趋势。