锂离子电池负极材料Li2MgSi的Li脱嵌性质研究

使用基于平面波展开的第一原理赝势法,研究了锂离子电池负极材料Li2MgSi在各种脱锂量下的锂脱嵌形成能、相应的体积变化、能带结构、电子态密度以及电荷密度分布.计算结果表明:脱锂量越大需要的能量越大,随脱锂量的变化,平均一个锂的脱嵌形成能在-1.21～-1.61 eV之间.脱锂过程中,体积先膨胀后收缩,整个过程中体积变化很大,是导致材料循环性能较差的重要原因.在脱锂过程中材料显示了由半导体性到金属性又到半导体性的特征.     

钾离子电池高容量铋基合金负极材料研究进展

钾具有储量丰富、成本低、较低的电极电势且与锂元素相似的物理化学性质,因此,钾离子电池有望成为在低速电动车和规模储能等应用领域中部分替代锂离子电池的有力竞争者.由于钾原子半径和质量较大,导致电极材料在嵌钾/脱钾过程中存在较大的体积变化及固体电极中的低离子扩散速率和较差的反应动力学.合金负极具有高的理论比容量、合适的电极电势等优点,是极具前景的钾离子电池负极材料.铋负极的理论储钾容量较高,但充放电过程中存在体积变化、电极材料的粉化等问题.近年来,人们对钾离子电池高容量铋基负极材料及与之相匹配的电解液进行了广泛的研究.本文总结了铋基材料作为高容量负极材料在钾离子电池的应用,对材料结构设计、合成方法和新型电解液等进行综述,同时对合金负极材料的未来发展方向和应用前景进行了展望.     

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.     

共溶剂对石墨电极界面SEI膜成膜机制和膜性能的影响

在锂离子电池负极材料中 ,石墨类炭材料具有优良的嵌脱锂性能、充放电电位平台低且平稳、循环性能稳定等突出优点 ,仍然是目前锂离子电池的首选负极材料 .本文选用具有良好贮锂结构的人工石墨为研究对象 ,组配了 6种常用的电解液体系 ,考察了石墨电极在不同化学组成的液体非水电解质体系中的电化学嵌脱锂性能 ,确定了电极界面SEI膜的化学组成 ,探讨了共溶剂对电极界面SEI膜成膜机制和膜性能的影响 .以碳酸乙烯酯 (EC)为主体溶剂 ,分别与共溶剂组分二甲基碳酸酯 (DMC)、二乙基碳酸酯 (DEC)、二甲氧基乙烷 (DME)按1∶1混合 ,使用无水L…     

高容量型锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅基负极材料由于其具有高容量而被广泛研究,该材料在充/放电过程中巨大的体积变化、低的循环寿命和初始库仑效率阻碍了其商业化应用. 本文分析了硅基负极材料的工作原理,回顾了其在脱/嵌锂过程中的晶体结构、表面/界面的变化以及提高其电化学性能的方法,讨论了锂离子电池硅基负极材料的前景.     

锂离子电池负极材料Li2.5Cu0.5N的Li脱嵌性质

使用基于平面波展开的第一原理赝势法,计算了锂离子电池非碳基负极材料Li2.5Cu0.5N在各种脱锂量下的Li脱嵌形成能以及相应的体积变化,讨论了脱锂前后材料的电荷密度,电子状态密度等电子性质.计算表明,Li2.5Cu0.5N晶体中LiN层的锂的脱出能要比LiCu层的锂小得多,即LiN层中的锂更容易脱嵌.结果还表明,各种脱锂量的Li脱嵌能大致在-2.72～-4.08 eV/Li之间.当脱锂量小于30%,材料的体积变化较小,随着脱锂量的增大,材料的体积变化较大.     

超声浸渍包覆天然石墨的电化学性能

首次使用超声浸渍法在天然石墨表面包覆热解炭用作锂离子电池负极材料，使用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法研究了这种复合材料的电化学嵌脱锂性能．结果表明，超声浸渍有利于天然石墨的均层包覆和深度包覆，可以改善天然石墨的界面性质，防止溶剂化锂离子插入石墨层间造成的结构层离，提高了天然石墨用作锂离子电池负极的电化学性能．共溶剂的种类和性质影响包覆石墨电极的嵌脱锂性能，在不同共溶剂的EC基电解液中，DMC表现出与包覆石墨最佳的相容性．     

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.     

负极预嵌锂对锂离子电容器性能的影响

采用SLMP(stabilized lithium metal powder)研究预嵌锂过程对锂离子电容器性能的影响.通过高倍率光学显微镜研究加入电解液后预嵌锂负极的变化;通过对比不同嵌锂含量对半电池与全电池性能的影响,分析得出含量对锂离子超级电容器的容量、能量密度和功率密度的影响,发现超稳态锂粉的质量分数在14%左右时,锂离子电容器可以获得较好的性能.     

室温离子液体对水热生长纳米α-Fe2O3形貌与电性能的影响

纳米Fe2O3是一种多用途型功能材料,已被广泛应用于气敏、染料、催化等方面,近年来,作为有重要应用前景的锂离子电池电极材料引起了人们的关注[1].本文探讨了室温离子液体对水热生长纳米Fe2O3的形貌、结构及其用作锂离子电池负极材料时嵌脱锂性质的影响.     

高能量密度锂离子电池负极材料研究进展

过渡金属氧化物、锡基、硅基负极材料,由于其高比容量以及丰富的储量近年来引起人们的广泛关注.这些负极材料在脱嵌锂时体积将会发生大的膨胀和收缩,使电极材料承受大的形变应力,容易使活性材料粉化,并进一步导致循环性能恶化.该缺点严重限制了这类高能量密度负极材料的进一步应用,本文总结了影响这类材料循环性能的关键因素,并结合这一领域近几年的研究进展,深入讨论了微结构对这类高能量密度锂电池负极材料循环性能的影响,以及人们如何通过特殊的结构设计来改善因颗粒粉化导致恶化的循环性能.     

硼粉粒径对锂硼合金结构和电化学性能的影响

金属锂具有高比容量、低密度、低电化学电位,是锂二次电池负极的候选材料,但金属锂在循环过程中不可控的锂枝晶生长和剧烈的体积变化易造成巨大的安全隐患。Li-B合金因存在三维多孔纤维状骨架可以降低局部电流密度,缓解锂枝晶的生长并减少体积变化。采用不同粒径的无定形硼粉制备Li-B合金负极,研究硼粉粒径对Li-B合金的结构和电化学性能的影响。研究结果表明：由平均粒径为1.49μm的硼粉制备的锂硼合金的骨架孔隙尺寸最小,锂在沉积/溶解过程中会出现堵塞。由平均粒径为3.12μm的硼粉制备的锂硼合金,具有大小合理、分布均匀的骨架孔隙,有利于锂的沉积、溶解;Li-B合金对称电池具有最低的过电位(0.13 V)和最低的界面电阻,以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂为正极的全电池具有最高的比容量。     

锂离子电池负极材料NiSi_2嵌锂性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究锂离子电池负极材料NiSi_2的嵌锂路径。首先计算Li嵌入NiSi_2各反应的嵌锂形成能、理论质量比容量和体积膨胀率,然后研究Li_xNi_8Si_4(x=0,1,4)的电子结构,计算其能带结构、态密度和差分电荷密度。研究结果表明:Li嵌入NiSi_2最有可能的3步反应路径为12Li~++12e~-+7NiSi_2→Li_(12)Si_7+7Ni Si,13Li~++13~e-+8NiSi→Li_(13)Si_4+4δ-Ni_2Si和Li~++e~-+δ-Ni_2Si→Li Ni_2Si;Li_xNi_8Si_4呈现出金属特性,Ni-Si之间形成较强的共价键,能够有效缓解嵌锂过程中的体积膨胀,稳定基体骨架,从而提高材料的循环性能。     

高性能锂离子电池SiO/C复合负极材料研究

以SiO为硅源,柠檬酸为碳源,通过高能球磨和高温热解制备了一种循环性能优异的锂离子电池SiO/C复合负极材料.采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的物相和形貌进行了表征.具有孔状结构的柠檬酸热解碳对纳米SiO不仅具有良好的包覆效果,也能有效缓冲电化学嵌脱锂过程中硅颗粒释放出来的体积变化.电化学性能测试表明,SiO/C复合负极材料电极循环100次后容量仍高达803.1mA.h/g,容量保持率为89%.     

天然石墨在室温离子液体电解液中的嵌脱锂性质

室温离子液体是现代化学中的先进液态功能材料之一,用作锂离子电池电解液具有导电性好、不燃烧和易回收等突出优点,是未来动力锂离子电池理想的电解液组分[1].然而,由于离子液体的造价高、粘度大且与电极活性物质的浸润性差,将其用于锂离子电池还需要大量的基础研究工作[2]. 本文研究了天然石墨负极材料在室温离子液体电解液中的电化学嵌脱锂性质,选用多种有机电解液添加剂改善了离子液体电解液与石墨类负极材料的相容性,报道了一种在锂离子电池中有应用前景的室温离子液体电解液体系.1　实验部分　等摩尔的溴化三甲基己基铵(TMHABr)和二(…     

镍钴铝三元锂电池容量“跳水”机理研究

对一款商用镍钴铝（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2， NCA）/石墨锂电池进行固定节点老化实验，结合差分电压分析方法和电化学阻抗谱分析方法辨识出全生命周期内的老化模式，通过观察微观形貌对老化机理进行验证. 分析结果表明，该锂电池容量衰减过程存在2个阶段：第1阶段容量衰减较慢，该阶段的老化模式主要以负极活性材料损失和锂离子损失为主；第2阶段容量衰减剧烈，这是由于负极表面发生了析锂，直接消耗大量可循环锂造成锂离子损失增加，之后金属锂与电解液反应形成钝化层，增加电极在脱嵌锂过程中的机械应力，使得电极活性材料损失增加. 析锂副反应造成了容量“跳水”现象，后续钝化层的形成导致的活性材料损失加剧和析锂副反应的持续发生则是老化第2阶段容量快速衰减的原因.     

锂离子电池材料探析

锂离子电池是高效的能量转化和存储设备。锂离子电池材料对其性能有着直接的影响。现阶段,锂离子电池的正极材料主要有层状的钴酸锂（LiCoO2）,氧化镍锂（LiNiO2）,锰酸锂（LiMnO2）和磷酸铁钽（LiFePO4）等;负极材料主要有各种碳材料与一些非碳负极材料,如硅和钛酸锂（Li4Ti5O12）;电解液主要为非水系电解液;隔膜主要为聚烯烃隔膜。锂离子电池不同构成部分的材料,有着一定的发展．应用历程,对其进行探完,具有广泛的应用前景。     

锂离子电池负极中一步球磨硅碳材料的应用

近年来,硅基类材料的高理论比容量使其在能源存储尤其锂离子电池电极材料的应用受到了广泛的关注。通过简单的高能球磨法制备了硅碳(Si/C)复合材料,同时对比了采用不同硅碳比例进行球磨后的复合材料的形貌及性能情况。球磨Si/C复合材料在作为锂离子电池负极时展现了较好的电化学性能,与碳的复合有效抑制了合金硅材料在充放电过程中由于体积膨胀导致的容量快速衰减,同时,碳硅的混合比例对其电化学性能也起到了较大的影响。通过简单一步球磨方法和调控硅碳比例制备高循环稳定性和高容量的改进方式为硅基类材料在锂离子电池中的实际应用拓展了更大的空间。     

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。     

废弃印刷线路板浸出液中原位电沉积制备三维结构Cu6Sn5/CNTs合金薄膜电极

锡基材料因具有较高的理论容量而被认为是极具吸引力的锂离子电池负极材料。然而,由于合金化和去合金化过程中存在体积膨胀效应,使得电池容量迅速衰减,限制了其实际应用。本文采用废弃印刷线路板（WPCBs）浸出液作为电沉积液,通过原位电沉积法制备无粘结剂的铜锡合金/碳纳米管（Cu₆Sn₅/CNTs）合金薄膜电极,并探究了电沉积液中碳纳米管（CNTs）浓度对合金薄膜电极的影响。实验结果表明,当电沉积液中CNTs浓度为0.2 g·L?1时,易团聚的Cu₆Sn₅合金纳米颗粒均匀分布在CNTs形成的三维网状结构中,这使得Cu₆Sn₅/CNTs-0.2合金薄膜电极组装的电池表现出优异的循环性能和倍率性能,在100 mA·g?1的电流密度下循环50次后,放电比容量为458.35 mAh·g?1,容量保持率为82.58%;在0.1、0.2、0.5、1.0和2.0 A·g?1的电流密度下放电比容量分别为518.24、445.52、418.18、345.33和278.05 mAh·g?1。该研究不仅为锂离子电池负极材料的制备提供了参考,还为资源化利用废弃印刷线路板提供了一种经济有效的策略。