Si/C复合材料的制备及作为锂离子电池负极的性能研究

硅基材料以其超高的理论容量(～4 200 mAh/g,Li4.4Si)受到广泛关注. 但是锂的嵌入会造成硅的晶格结构发生巨大变化(>300%),并逐渐粉化,导致材料循环性能很差. 该研究通过高能球磨、水热以及焙烧等处理方法制备Si/C复合材料,有效改善其性能.     

碳锡复合材料在锂离子电池负极中的应用

碳材料是目前广泛采用的负极材料,但是低电化学容量一直制约着锂离子电池的发展。锡基材料由于高电化学容量,是一种有巨大发展潜力的锂离子电池负极材料,但仍存在充放电过程中循环寿命差、材料体积变化大、易粉化等问题。因此,需要寻找一种可以结合两种材料优势的方法。简要介绍了碳基、锡基材料的发展现状及存在的问题,并简述了碳锡复合材料的研发方向及前景。     

稻壳制备锂离子电池炭负极材料

研究了炭化温度、升温速率以及碱处理浓度对稻壳制备锂离子电池负极材料结构及充放电性能的影响。通过差热热重分析曲线(DT-TGA)、元素分析、X射线粉末衍射(XRD)以及电化学性能测试手段对材料进行了表征。结果表明:在最佳实验条件下,材料首次充电容量为678mA.h/g,首次放电容量为239mA.h/g,循环10次的容量保持率为86.2%。     

锂离子电池Sn-Co/C负极材料的制备与性能研究

采用高温碳化裂解技术,并通过高能球磨处理,制备得到改性的高容量Sn-Co/C负极复合材料.采用X射线衍射技术测试材料的物相结构、利用扫描电镜测试材料的表面形貌.同时利用恒电流充放电和交流阻抗技术测试材料的电化学性能.结果表明,高能球磨处理后,Sn-Co/C出现非晶、纳米晶的混合组织.电极的首次放电和充电容量分别为1098.9 mAhg-1和771.3mAhg-1,经40次循环后容量仍保持在425.1 mAhg-1;改性Sn-Co/C具有更高的锂离子扩散系数,这有利于提高合金材料的充放电性能.     

MnO/石墨烯复合材料的制备及其作为锂离子电池负极的研究

通过原位复合方法合成碳包覆MnO/石墨烯(C@MnO/GN)复合材料并探究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,MnO纳米颗粒(直径约为30~50nm)均匀分散在石墨烯片层上,且颗粒外面包裹一层厚度约为5nm的碳层.电化学测试结果表明该材料作为锂离子电池负极具有优异的倍率和循环性能.0.2和0.5A/g电流密度下,比容量分别为800和700mAh/g;10A/g电流密度下比容量仍能保持在372mAh/g;当电流密度调回0.5A/g时,其比容量仍能恢复到730mAh/g.该材料也表现出优异的循环性能,在5和10A/g电流密度下依次循环100圈,容量保持率几乎100%.     

锂离子二次电池的炭负极材料

论述了多种作为锂离子二次电池负极的炭材料的性能，结构特征与在电池反应过程中的特点及其影响因素，对于这些炭材料的进一步改进，开发出实用化的炭材料有一定理论和实践意义。     

稻壳制备锂离子电池负极材料的研究

研究了升温速率、热解温度、碱浓度对稻壳制备锂离子电池负极材料的结构和电化学性能的影响.利用差热-热重(DT-TGA)分析、元素分析、X射线衍射(XRD)等测试手段对不同条件处理后的炭材料进行表征,通过电化学分析其充、放电性能.结果表明:该材料属于无定形炭材料,首次充电容量为678.0 mA·h/ g,首次放电容量为239.0 mA·h/ g,十次循环以后容量基本稳定,可逆容量保持在206.1 mA·h/ g左右.     

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

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。     

用于锂离子电池负极的多孔硅材料制备

多孔硅具有大量孔洞,能有效缓解体积膨胀带来的压力,有望成为锂离子硅基负极材料的一个研究方向.采用光助电化学腐蚀、二次化学腐蚀制备高孔隙率n型多孔硅材料,通过优化后的光助电化学腐蚀,样品的孔径约为800～1 000nm,多孔层厚度(平均孔深)约为155μm,孔隙率约74%.二次腐蚀后,样品孔径增加到1.1μm,多孔层厚度减小到110μm,孔隙率增加到84%,表明二次腐蚀增加了样品的孔径和孔隙率.以二次腐蚀的多孔硅材料为负极的锂离子半电池在0.05C的恒流充放电循环测试下,循环20次后充放电比容量保持在188和198mAh/g,效率保持90%以上.实验结果表明,多孔硅锂电极比单晶硅锂电极具有更长的循环寿命,可有效提高锂电池的性能.     

SnO2基锂离子电池负极材料研究进展

 作为一种N型半导体,二氧化锡基负极材料由于其拥有较高的理论比容量（782 mA·h·g^-1）、高能量密度等优势受到了广泛关注。然而,由于二氧化锡负极材料在充放电过程中的体积效应和本身导电性较差等导致的其循环性能和倍率性能较差,从而制约了其作为锂离子电池负极材料的应用。本文从二氧化锡的纳米化及复合化（包括其与金属氧化物、无定型碳、碳纳米管和石墨烯等复合）2 方面综述了二氧化锡基锂离子电池负极材料的研究进展,同时对SnO₂基锂离子电池负极材料的发展方向进行了展望。     

锡基复合氧化物负极材料的研究

采用共沉淀法制备了SnFeO2.5和SnPbO2两种锡基复合氧化物粉末.XRD分析表明,这两种锡基复合氧化物在26°～28°处都有波峰,属无定形结构;SEM的形貌观察发现SnFeO2.5颗粒分层紧密堆积、团聚在一起,SnPbO2颗粒为棱柱状、表面光滑.将其分别作为Li+电池负极材料的活性物质,利用恒电流电池测试仪研究它们的电化学性能,发现这两种锡基复合氧化物都有较高的电化学容量.     

锂离子电池用Si-Fe复合电极材料的制备及其性能

以Fe粉与Si粉为混合粉原料,研究经机械球磨、退火热处理后混合粉的形貌、结构与恒电流充放电性能,同时对比研究Si-Fe合金粉的性能.研究结果表明:混合粉原料经过高能机械球磨,生成了Si-Fe合金相,而Si-Fe合金的生成改善了Si作为锂离子电池负极材料的循环性能;与工业级Si-Fe合金负极材料相比,合金化程度影响了合金材料的电化学性能,合金化程度越高,合金材料电化学性能越好;而退火热处理也可以在一定程度上改善合金材料的脱嵌锂性能.     

镍掺杂SnO2纳米微球锂离子电池负极材料的制备及其性能

利用简单的一步水热法制备高性能的镍掺杂SnO₂ 纳米微球锂离子电池负极材料. 利用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、高分辨率透射电镜(high resolution transmission electron microscope, HRTEM)、拉曼分析仪、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪以及电化学性能测试仪器(如蓝电测试系统、电化学工作站)分别研究了镍掺杂对SnO₂ 微观形貌、组成、结晶行为及电化学性能的影响, 并得到了最佳反应时间. 实验结果表明：与纯SnO₂相比, 镍掺杂SnO₂ 纳米微球表现出了更好的倍率性能和优异的循环性能. 特别地, 反应时间为12 h 的5 % 镍掺杂SnO₂ 在100 mA/g 电流密度下的首次放电比容量为1 970.3 mA·h/g,远高于SnO₂ 的理论容量782 mA·h/g. 这是因为镍掺杂可适应庞大的体积膨胀, 避免了纳米粒子的团聚, 因此其电化学性能得到了显著改善.     

硬炭微球的制备及其储锂性能研究

以二乙烯基苯(DVB)为交联剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模版剂,通过自组装,制备聚苯乙烯微球。经过氧化和高温炭化转换成硬炭微球。考察了硬炭微球作为锂离子负极材料的电化学性能。结果表明硬炭微球的首次放电比容量为505 mA·h/g,40次循环后保持在304 mA·h/g。     

Sb$_{\mathbf 2}$O$_{\mathbf 3}$/Sb 锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

以多孔锑 (Sb) 为原料利用微氧化法制备了三氧化二锑/锑 (Sb$_{2}$O$_{3}$/Sb) 复合材料. 首先通过梯度试验确定微氧化温度, 接着通过控制微氧化时长来控制产物中 Sb$_{2}$O$_{3}$ 的含量. 在制备的 Sb$_{2}$O$_{3}$/Sb 复合材料中, Sb 能改善复合物的电子传输能力从而提升倍率性能. Sb$_{2}$O$_{3}$ 提供高容量, 且基于转化反应生成的 Li$_{2}$O 能阻止锑金属的团聚, 提高复合物的循环稳定性. 由于这种协同效应, Sb$_{2}$O$_{3}$/Sb 复合材料在电流密度为 200 mA$\cdot$g$^{-1}$ 时的首次库仑效率为 78.2%, 经过 100 圈循环后容量高达 729.6 mAh$\cdot$g$^{-1}$, 而当电流密度为 10 000 mA$\cdot$g$^{-1}$ 时, 容量仍保持为 203 mAh$\cdot$g$^{-1}$. 对比多孔锑, Sb$_{2}$O$_{3}$/Sb 复合材料的循环和倍率性能均有显著提高.     

锂离子电池锑基负极材料的研究进展

综述了锂离子电池锑基负极材料——金属锑簿膜、锑基合金、锑基复合氧化物的研究进展,重点介绍了锑基合金材料的不同制备方法,并阐述了锑基负极材料的研究进展与开发前景。     

特种石墨尾料用作锂离子电池负极的研究

特种石墨尾料具有低灰分、较高的石墨化度和较大的碳微晶尺寸等特点,有望用于锂离子电池的负极材料。通过XRD、SEM和比表面分析仪对特种石墨尾料石墨化处理前后样品的微观结构进行了分析对比,评价了其电化学性能,探讨了特种石墨尾料用于锂离子电池负极材料的可行性及对其进行石墨化处理的必要性。结果表明,特种石墨尾料可以直接用作低端负极材料的生产原料;经过高温石墨化处理后,负极材料的循环性能、首次库仑效率和可逆容量均得到不同程度提升,应用范围进一步扩大。     

CuO作为锂离子电池负极材料的研究进展

负极材料是影响锂离子电池性能的主要因素,CuO材料由于其理论比容量高(670mAh/g)、化学和热稳定性好、易合成、资源储量丰富及环境友好等优点备受人们的关注.主要对CuO材料作为锂离子电池负极材料的储锂机理、制备方法和对材料进行改性提高其电化学性能的方法进行综述,展望了CuO电极材料的研究趋势和发展前景.     

高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成

通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯(MnO/rGO)复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰(p-MnO)更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.