锂离子电池二氧化锡负极材料研究进展

由于以碳为负极材料的锂离子电池(LIBs)已很难满足高性能电子产品对高能量密度的需求,因此研究新的锂离子电池负极材料成为近年来主要的研究方向。在金属氧化物中,二氧化锡(SnO_2)以其较高的理论比容量(782 mAh/g)引起了广泛的关注。首先概述了SnO_2的不同形貌如纳米颗粒、纳米棒、纳米片、纳米微球等在锂离子电池方面的特性;然后阐述了通过掺杂或修饰改善其结构及电化学性能;最后展望了SnO_2基负极材料的纳米结构设计与改进在锂离子电池领域面临的挑战。     

锂离子电池硅基负极研究进展

锂离子电池因其高能量密度的优点在能源领域发展迅速.硅基负极由于其高理论比容量被视为是继石墨之后最具发展前景的负极材料,但是硅基负极在嵌脱锂过程中会发生严重的体积膨胀,导致电池容量的衰减和库伦效率的下降,影响了其商业化应用.本文综述了硅基负极的工作原理以及面临的问题挑战,重点从硅基负极的结构设计与改性、粘结剂的开发以及电解液添加剂三个方面对硅基负极进行了系统的阐释,并对其今后的发展趋势进行展望.     

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe₂O₃和Fe₃O₄,理论容量分别为1007 mA·h·g^-1和924 mA·h·g^-1.关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

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。     

锂离子电池非碳负极材料的研究进展

分别对锡基负极材料、钛的复合氧化物，过渡金属氮化物及其它锂离子电池非碳负极材料的研究进行了阐述，并指出它们各自的特点。指出负极材料的研究与开发重点将朝着高比容量，高充放电效率，高循环性能以及低成本方向发展。     

混合溶剂沉淀法合成锂离子电池负极材料MnC2O4

在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)-水混合溶剂中用沉淀法合成锂离子电池负极材料MnC₂O₄,利用X射线粉末衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电测试和电化学阻抗谱研究反应时间对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：不同反应时间下制备的前驱体为柱状正交结构γ-MnC₂O₄·2H₂O,脱水后转变为介孔柱状正交结构β-MnC₂O₄。随着反应时间的延长,MnC₂O₄的粒径增大,比表面积先增大后减小。反应时间为24 h下合成柱状介孔MnC₂O₄颗粒的比表面为10.369 m²/g,平均孔径约为16 nm,在1、4 A/g下循环150次后的放电比容量分别为998、822 mAh/g,显示出较好的电化学性能。     

锂离子电池用硅负极材料的研究进展

硅基材料具有较高的储锂比容量,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅负极在充放电过程中巨大的体积效应以及较低的电导率限制了其商业化应用。目前,提高硅负极性能的措施主要包括:材料纳米化、复合化以及结构特殊化等。本文报告了近年来硅基材料作为锂离子电池负极材料在纳米化、复合化及结构特殊化等研究领域的最新研究进展,并展望了硅基材料作为锂离子电池负极材料的发展前景。     

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%。     

纳米碳管作为锂离子电池负极材料的研究

将两种纳米碳管材料作为锂离子电池负极材料,对其嵌锂行为进行了初步研究。两种材料的首次不可逆容量都很大,这被认为是与电解质在电极材料表面的电化学还原生成的SEI膜有关。对于两种纳米碳管而言,nmcl的不可逆容量远远大于nmc2的不可逆容量,其主要原因是由于nmc1比nmc2的比表面积大。     

天然石墨表面自组装SnO2-FeO(OH)高容量锂离子电池负极

利用双水解反应制备含稳定胶束H₂SnO₃@Fe(OH)₃的胶体溶液,并在静电吸附作用下将其自组装到天然石墨表面,经水热反应构建了表面具有SnO₂-FeO(OH)精细结构的石墨负极体系. 结构表征结果显示:水热反应后天然石墨表面存在致密的纳米结构包覆层,该包覆层是由超细SnO₂纳米晶颗粒(粒径 < 6 nm)弥散的非晶态FeO(OH)组成. 电化学测试结果表明:在石墨表面构建SnO₂-FeO(OH)精细纳米结构不仅能提升其充电/放电容量,而且还可改善其循环稳定性. 在0.1C充放电流密度下,经表面修饰的天然石墨首次充放电效率达到77.5%,循环100次后放电容量仍能维持在384.4 mAh/g,放电容量较商用天然石墨提高了23%.     

Aromatic carbon coated tin composites as anode materials for lithium ion batteries

Aromatic carbon coated tin composites (A/Sn) have been prepared by thermal decomposition of the stannous 1,8-naphthalenedicarboxylate precursors, which is a reformative preparation method. Sugar carbon coated tin composites (S/Sn) also are prepared as a contrast with the A/Sn composites. The morphology and composition of the products were characterized by Scanning Electricity Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). Their electrochemical performance as anode materials for lithium ion batteries were investigated; the results indicated that these materials exhibited good performance, and the cycle stability of A/Sn composites is especially superior to the S/Sn composites due to its special carbon resource.     

Sn/C复合材料的制备及作为锂离子电池负极材料的性能

采用SnCl2.2H2O乙醇溶液浸渍竹炭和NaBH4还原方法制备出一种锂二次电池负极用Sn/C复合材料。考察了复合材料中Sn含量对产物收率、微观结构及电化学性能的影响。结果表明,Sn2+大部分进入到竹炭的孔道中,并被还原为单质Sn;当单质Sn与复合材料质量比为42.5∶100时,复合电极材料具有555.1mAh/g的可逆容量,循环20次后容量保持在423.8 mAh/g,显示出较好的实用性能。     

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.     

Progress on Sn-based thin-film anode materials for lithium-ion batteries

Thin-film lithium-ion batteries are the most competitive power sources for various kinds of micro-electro-mechanical systems and have been extensively researched.The present paper reviews the recent progress on Sn-based thin-film anode materials,with particular emphasis on the preparation and performances of pure Sn,Sn-based alloy,and Sn-based oxide thin films.From this survey,several conclusions can be drawn concerning the properties of Sn-based thin-film anodes.Pure Sn thin films deliver high reversible capacity but very poor cyclability due to the huge volume changes that accompany lithium insertion/extraction.The cycle performance of Sn-based intermetallic thin films can be enhanced at the expense of their capacities by alloying with inactive transition metals.In contrast to anodes in which Sn is alloyed with inactive transition metals,Sn-based nanocomposite films deliver high capacity with enhanced cycle performance through the incorporation of active elements.In comparison with pure Sn anodes,Sn-based oxide thin films show greatly enhanced cyclability due to the in situ formation of Sn nanodispersoids in an Li2O matrix,although there is quite a large initial irreversible capacity loss.For all of these anodes,substantial improvements have been achieved by micro-nanostructure tuning of the active materials.Based on the progress that has already been made on the relationship between the properties and microstructures of Sn-based thin-film anodes,it is believed that manipulating the multi-phase and multi-scale structures offers an important means of further improving the capacity and cyclability of Sn-based alloy thin-film anodes.     

水解法制备SnO_2纳米材料及作为锂离子电池负极的性能研究

分别使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为表面活性剂以及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为双表面活性剂,采用水解法制备出SnO_2纳米材料,并研究了SnO_2纳米材料的形貌和作为锂离子电池负极时的电化学性能之间的关系.结果表明,所制备的SnO_2纳米颗粒均为球形,大小为45~75 nm,在双表面活性剂的调控下所制备的SnO_2纳米材料体积较大.所制备的SnO_2纳米颗粒均为具有金红石结构的锡石型,属于四方晶系.恒电流充放电循环测试结果表明,SnO_2纳米颗粒具有较高的放电比容量,首次放电比容量大约为1400~1600 m Ah/g,但是循环稳定性较差,循环5次以后样品的放电比容量衰减至400~700 m Ah/g.总之,双表面活性剂调控下,7h煅烧制备得到的SnO_2纳米材料相对较好,具有相对较大的比容量和相对较小的阻抗.     

Co-Mn金属有机骨架衍生的双金属硫化物及其在锂离子电池负极材料中的应用

介绍了一种通过简单的室温搅拌合成具有多孔结构的 Co-Mn 金属有机框架(metal-organic-framework, MOF)材料的方法, 并对制备的双金属 MOF 进行气相硫化, 得到多孔 CoS介绍了一种通过简单的室温搅拌合成具有多孔结构的Co-Mn金属有机框架(metalorganic-framework,MOF)材料的方法,并对制备的双金属MOF进行气相硫化,得到多孔CoS_2/MnS双金属复合材料.与相同方法制备的单金属MnS与CoS2材料对比发现,CoS_2/MnS双金属复合材料表现出了类似花瓣状的多孔片状结构以及更小的粒径,在作为锂离子电池电极材料使用时表现出了最好的储锂性能.这主要归因于类花瓣状的多孔结构:一方面为锂离子提供了更短的传输路径以及更多的接触位点;另一方面也缓解了材料锂化/去锂化过程的体积变化.此外,两种金属硫化物的有机结合也抑制了材料在循环过程中由于体积变化而导致的容量快速衰减.最后,MOF有机配体衍生的碳骨架也为增强材料的导电性起到了积极的作用.     

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.     

多孔碳材料的合成及其在锂离子电池中循环性能的研究

基于多孔有机聚合物及其衍生碳材料在锂离子电池负极材料领域的发展和研究现状,探究了一种孔径可控的多孔碳纳米球的合成方法 .首先,设计合成了6,13-双（双4-溴苯基亚甲基）并五苯化合物,并以此为单元制备了一系列具有规则形貌的新型多孔有机聚合物.通过将不同孔径尺寸的聚合物在不同温度下进行碳化,以此探究碳化温度对材料电化学性能的影响.根据得到的数据可知,多孔碳材料THF-800具有最好的循环稳定性和优异的倍率性能,由此证明THF-800在锂离子电池负极材料领域具有潜在应用价值.此外,对锂离子电池负极材料孔径尺寸进行了调控,可以促进有机材料在锂离子电池中的应用,最终拓展了多孔有机聚合物衍生碳材料在锂离子电池负极材料中的应用范围.