高能量密度锂离子电池电极材料研究进展_李军
锂离子电池正极材料改性研究进展

N C A 材 料 ,由场发射扫描电镜(FESEM )结 果 可 知 , N C A 材料均匀地分散在石墨烯纳米片当中,电性能 测试结果显示,包 覆 后 材 料 在 0.1 t 放电比容量由 194.8mA‘h’g—1提升至 a n .Qm A'h'g—1, 倍 率 性 能 、循 环性能都得以提升。
成 一 层 保 护 层 ,防 止 电 解 液 分 解 时 对 材 料 结 构 的 破 坏 。通过对改性后的材料进行表征可以发现,L P A N 掺杂包覆不但提高了锂离子的迁移率,同时也提高 了正极材料的电化学性能。W A N G 161等通过化学沉 淀 法 在 事 先 利 用 M g 掺 杂 的 L i C 〇02 表面包覆了 Z K X F 、层 。通过电化学测试后发现改性后的材料在 3~4.5 V 的电压范围内仍具有良好的循环稳定性,同 时容量保持率也得到了提高。分析可知,元 素 Mg 的掺杂可以稳定L i C 〇0 2的晶体结构,同时包覆层抑 制 正 极 材 料 和 电 解 液 发 生 副 反 应 ,这样电 池 的 循 环 性能就得到了很大的提升。
由于富镍材料相对钴酸锂体系具有更高的容量 密 度 ,同 时 成 本 更 低 &对 环 境 污 染 小 ,因此被视为 未来电池正极材料的候选材料。由于高镍层状正极 材料的结构稳定性以及热稳定性较差,因此会引起 电 池 容 量 的 衰 减 问 题 ,这 将 严 重 影 响 电 化 学 性 能 , 通 过 分 析 发 现 材 料 的 失 效 主 要 归 因 于 :① 在 高镍锂 电 正 极 材 料 中 ,由 于某些的原因 导 致 一 些 过 渡 金 属 的阳离子与过渡锂离子发生混合占位的现象,称为 阳离子的混排。在 高 镍 系 材 料 中 主 要 存 在 N i /L i 的 混 排 [7]。② 材 料 表 面 容 易 发 生 相 变 ,且 此 相 变 过 程 是不可逆的。③ 界 面发生副反应。④ 当材料在截止 电压较高的充放电环境下长期进行充放电循环时, 晶格边界处由于材料应力放电深度变化的诱导产生 微裂纹。
Research on Advanced Materials for Li-ion Batteries

先进锂离子电池材料的研究摘要:为了满足移动电子产品和电动汽车的功率和能源需求,锂离子技术急需使用非传统材料来实现优化。
本文介绍了我们对于专用于阴极和阳极材料的最新研究进展,这些材料很有希望能够满足像费用、安全性、寿命、耐久度、功率密度以及能量密度这些决定性因素。
纳米无机化合物已经被广泛的调查了。
通过微孔(硬碳球)、合金(Si,SnSb)以及转化反应(Cr2O3,MnO)的研究,尺寸效应在锂的存储中逐步显露出来了。
纳米/微米下岩心外壳的组成、离散分布的复合材料和表面销连接结构都能证明它们的循环性能。
在LiCoO2和LiMn2O4表面上涂层被发现是一种很有效的能够增强它们的热稳定性和化学稳定性的方法,具体的实现方法正在讨论中。
在LiFePO4上进行的理论模拟和实验显示,在LiFePO4晶格中掺杂碱金属和硝酸盐这种办法是有可能增长它的电导率的,并且不会妨碍锂离子在内部管道中的传输。
1. 引言为了实现未来能源的可持续发展,新的能源技术很关键。
对于电动车辆和油电混合动力车发展而言,锂离子电池将会发展成一种关键性启动技术。
自从研究人员于二十世纪八十年代后期在索尼工业大学开发了第一个工用化锂离子电池后,人们为了提高电池材料付出了很多汗水。
使用纳米尺寸和纳米结构的材料给可充电锂离子电池的能量密度,特别是非常高的充放电速率和更好的循环提供了机会。
在纳米尺度上,对离子在储存和运输行为中的异常表现的综合研究可能会生成先进的能源储存设备。
特别是,到目前为止尖晶石锂锰氧化物和橄榄石LiFePO4是最有可能作为混合动力(HEV)和电动车辆(EV)电池的阴极材料来使用的。
对于我们以纳米尺寸或纳米结构的阳极材料和经过修改的阴极材料作为下一代锂离子电池的研究,本文提出了一个全面的回顾。
2. 阳极材料2.1. 硬碳球建立在插层概念基础上的可充电锂电池是在1972年由Armand首次提出的。
出于安全性的考虑,作为阳极材料使用的金属锂已经被合金、氧化物、硫化物和含碳材料替代了。
锂离子电池能源材料研究进展

21 0 1年 8月
上 海 大 学 学 报 ( 然 科 学 版) 自
J U N LO H N H I NV R I ( A U A CE C ) O R A FS A G A IE S Y N T R LS IN E U T
V0 . 7 1 1 No. 4 Au g.201 1
,
.
56 5
创刊
期 特刊
上 海 大 学 学 报 ( 然 科 学 版) 自
第 l 卷 7
能、 风能 、 生物 质 能 、 热 能和 潮汐 能 等 ) 着 重要 的 地 有
意义. 锂离子 电池是有效储存这些 不连续能源的重 要 储 能媒 介 , 可将 不 连续 能源 转变 成 连续 性 的能 源 . 锂离子电池因其高 比能量 、 高电压和广泛的应用 较 性 而 日益 受 到重 视 , 已逐渐 替 代传 统 镍 氢 电池 、 镍 镉 电池 、 酸蓄 电池 , 广泛 应用 于 当今 信 息 时代 的各 铅 被 种 电子设 备 , 如移 动 电话 、 数码 相 机 、 摄像 机 、 字 处 数 理 机 等. 近年来 , 锂离 子 电池在 新一 代 混 合 动力 汽 车 ( y r e c cl eil,H V)和 纯 电 动 汽 车 hb d l t a i e r vhce E i ( lc cl e i e E 上 的应 用也 日益 受 到关 注. eet a vhc , V) i r l 目前 , 实验 室 所 研 究 的锂 离 子 电极 材 料 主 要 本 包 括锡 基 纳米 粒 子 、 基/ 复 合 纳 米 材 料 、 纳米 锡 碳 碳 材料 、 碳包 裹磷 酸 铁 锂 复 合 纳 米 材 料 、 化钴 / 复 氧 碳 合 纳米 材料 和 氧化 镍/ 石墨 烯复 合 纳米 材 料 . 些材 这 料 具有 较 大 的 比表 面 积 、 短 的锂 离 子 扩 散 路 径 长 较 度, 尤其是 中空的剩余体积空间, 能够在储存锂离子
中科院物理所高能量密度金属锂电池研究取得重要进展

电池 的严重过充现象,循环库仑效率接近 1 0 0 % ,循环稳定性明显提高。 与此同时, 较常规低盐浓度电解液体系而言 ,由于高盐浓度电解液体系具有高的阴阳离 子浓 度 ( 7 m o l L i T F S I /1 L D O L - D M E ) ,高 的锂 离子 迁移 数 ( 0 . 7 3 )以及较 高 的粘度 ( 7 2 c P ) , 有效 避 免 了 由于 金属锂 沉 积不 均匀 所带 来 的金属锂 枝 晶 生长 ( 高锂 离子 浓 度有利 于金 属锂 负 极 的均 匀物 质交 换 ;高 的阴离 子浓 度和 粘度 ,有助 于 降低金属 锂 负极表 面 由于 阴离 子耗尽 所 产 生 的空 间 电荷 层 ,从而 降低 了金 属锂 非均 匀沉 积 的 电场 驱动 力 ;高粘 度 体系 在一 定程度 上 增加了锂枝 晶生长的阻力) ,使得金属锂负极在循环过程中的稳定性大大提高。 中科 院物理所研究人员发现新型稀磁半导体 中科院物理所靳常青研究员领导的研究组在 国家 自然科学基金重大研究计划、 重大国际 合作及面上项 目的连续支持下, 近期在稀磁半导体研究上取得重要进展, 发现 了一类新的稀 磁半导体材料, 实现了稀磁半导体 自旋和 电荷的分离注入, 得到高的铁磁居里转变温度 ( T c ) 。 在半导体中引入 自旋,同时利用 电子的电荷和 自旋双重量子属性,将为解决 M o o r定律 预期的半导体芯片存储密度的瓶颈效应提供重要解决方案 。 需要具备两个基本物理条件 , 既 要有局域磁矩, 又要有引发局域磁矩长程量子序 的低浓度载流子 。 在几类 已知的主要稀磁半 导体 中 ,磁矩 和 载 流 子均 由同一 种 掺 杂元 素提 供 ,不能 分 别注 入和 调 控 。以最 典 型 的基于
另 外一种 解释 认 为是 电子通 过 磁机 制配 对 以后 ,在隧 道谱 上面 产 生的一个 后 果 。无论 是那 种
锂离子电池的研究进展综述

锂离子电池的研究进展综述锂离子电池的研究进展刘文 2015200807近十年以来,通过对新电极材料和新存储机理的开发研究,基于锂的可重复充电电池技术得到了飞跃发展,电池性能不断提高。
得益于纳米技术的不断探索发现,传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。
一、纳米技术致力于解决传统电池领域的哪些重大问题?1. 体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎传统嵌入式电极材料在充放电过程中的体积变化较小。
而对于新型的高容量电极材料而言,由于充放电过程中,大量Li物种嵌入和脱嵌,发生巨大的体积变化。
经过多次循环之后,活性颗粒和电极材料会开裂和破碎,影响电学传导,并造成容量降低,最终导致电池失效,大大缩短了电池的使用寿命。
据报道,合金型负极材料的体积膨胀率中,Si为420%,Ge和Sn为260%,P为300%。
而传统的石墨负极只有10%。
图1. 活性颗粒和电极材料在充放电过程中开裂和破碎的过程硅极负极的解决方案纳米材料一个天然优势就在于,其尺寸较小,可以在颗粒和电极层面上有效抵抗力学上的破坏。
高容量电极材料有一个基本参数,叫做临界破碎尺寸。
这个参数值取决于材料的反应类型(譬如合金反应,转化反应)、力学性能、结晶度、密度、形貌以及体积膨胀率等一系列参数。
而且,电化学反应速率对于颗粒的开裂和破碎影响重大,充放电速率越快,产生的应力就越大。
当颗粒尺寸小于这个临界尺寸时,锂化反应引起的应力就能得到有效控制,从而缓解颗粒的的开裂和破碎行为。
研究表明,Si纳米柱的临界尺寸是240-360 nm,Si纳米线的临界尺寸是300-400 nm,这一区间范围主要是受到电化学发宁速率的影响。
晶化Si纳米颗粒的临界尺寸大约是150 nm。
图2. Si纳米线负极材料可以适应应力的影响因此,颗粒的破碎问题可以通过使用低于临界尺寸的各种纳米结构材料来实现,譬如纳米柱、纳米线、纳米颗粒、纳米管、纳米棒、以及纳米复合材料等。
至于电极的破碎问题主要是采用一系列胶粘方法将Si纳米颗粒粘结在集流器上实现。
锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展任崇;孔继周;周飞;杨小艳;唐州;李军秀【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2013(027)013【摘要】富锂锰基正极材料xLi2 MnO3·(1-x)LiMO2具有高比容量(200~300mAh/g),能很好地满足锂电池在小型电子产品和电动汽车等领域的使用要求,是最具潜力的下一代动力锂离子电池正极材料.介绍了富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2的结构特征及其充放电机理;总结了这类材料的合成方法以及改性方法;揭示了该材料的研究现状和亟待解决的问题;并展望了其今后的发展方向.【总页数】8页(P29-35,49)【作者】任崇;孔继周;周飞;杨小艳;唐州;李军秀【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;江苏凯力克钴业股份有限公司,泰州225404;江苏凯力克钴业股份有限公司,泰州225404【正文语种】中文【中图分类】TM912【相关文献】1.锂离子电池高容量富锂锰基正极材料研究进展 [J], 夏永高;刘兆平2.锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展 [J], 饶媛媛;曾晖;王康平;刘兴亮;王强3.锂离子电池用富锂锰基正极材料的研究进展 [J], 岳鹏4.锂离子电池用富锂锰基正极材料掺杂改性研究进展 [J], 翟鑫华;张盼盼;周建峰;何亚鹏;黄惠;郭忠诚5.低温熔融盐浸渍法构建富锂锰基锂离子电池正极材料的表面异质层 [J], 黄志雄;金子涵;卢俊杰;汤贝贝;陆君龙;季红梅;杨刚;施少君因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
锂离子电池高容量富锂锰基正极材料研究进展
摘 要 :富锂锰基 正极 材料 因具有 高的放 电比容量 ,有 望成为下一代 400W-h/kg动力 电池最有前景 的正极材料 。
本文简要 介绍 了本研 究 团队在 富锂锰基 正极 材料方 面的研 究进展 。通过 团队多年研发 ,材料的首次 不可逆容 量、
倍 率性 能、循 环稳定性得 到明显 的改善 ,而且 ,电压 衰减被有效 的抑 制 同时,研 制 出基 于富锂锰基 正极材料
A bstract:It iS a goal for all—electric vehicles that the requirem ent of the energy density fo r Li—ion batteries must be over 400 W ·h/kg in demand.In this review,the recent progresses of Li—r ich layered oxide cathode m aterials in our group are briefly introduced.After m any years’research.their initial coulombic ef i ciency, the rate capability and cycling performance were improved signif icantly. M oreover, the voltage decay was suppressed effectively ̄ Based on these processes we also manufactured a 24 A·h—class cell using a Li—rich layered cathode and a Nano Si/C anode.The cell is conf irm ed to have the mass energy denc energy density of 577 W ·ll/L. Key words:Li—ion batter ies;Li—rich layered cathode;voltage decay;high energy density:EV
电池能量密度提升技术研究与应用现状评估
电池能量密度提升技术研究与应用现状评估电池能量密度是指单位体积或质量的电池所能存储的电荷量。
提升电池能量密度意味着能够在更小的空间或重量下存储更多的电荷,从而使得电池在许多应用方面更有竞争力。
目前,人们正在积极研究和开发各种技术,以提高电池的能量密度。
本文将就电池能量密度提升技术的研究现状和应用现状加以评估。
一、锂离子电池技术锂离子电池是目前市场上普遍采用的主要充电电池之一。
它具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优点。
近年来,南京航空航天大学研究团队通过独特的三元锂离子电池正极材料的设计,开发出了一种大容量锂离子电池。
该电池的能量密度可达到240Wh/kg,较传统的锂离子电池提高了约50%。
此外,这种锂离子电池还具有快速充电的特点。
二、钠离子电池技术钠离子电池是一种新型离子电池,目前正在积极研究和开发中。
相比之下,钠离子电池的原材料成本低,资源更加丰富,有望成为人们在电动汽车领域中的新选择。
上海交通大学研究团队研发出了一种基于钠离子电池的大容量电池。
这种电池能量密度可达到177Wh/kg,同时还具有长寿命和快速充电的特点。
三、锂硫电池技术锂硫电池是一种新型电池,具有很高的理论能量密度。
近年来,德国亥姆霍兹柏林研究所、美国劳伦斯伯克利国家实验室和新加坡南洋理工大学等国际研究团队在锂硫电池方面取得了很大进展。
他们研发出了更加稳定、长寿命的电极材料,同时通过改进电解液和电极结构等方面的技术,使得锂硫电池的能量密度比传统锂离子电池高出50%以上。
四、固态电池技术固态电池是一种新兴的电池技术,将液态电解质替换为固态电解质。
由于固态电解质的高离子传导性能和稳定性,固态电池有望成为下一代高性能电池的主流技术。
美国劳伦斯伯克利国家实验室以及日本、德国等国际研究团队已经开发出许多种固态电池技术。
目前固态电池的能量密度还不如锂离子电池,但是研究人员正在努力解决这个问题。
总结:综上所述,目前提升电池能量密度的技术主要有锂离子电池技术、钠离子电池技术、锂硫电池技术和固态电池技术等。
高能量密度锂硫电池的研究及应用前景
高能量密度锂硫电池的研究及应用前景近年来,随着社会经济发展和消费升级,电子产品和能源需求不断增长,面对环保和升级能源的压力,需要寻求一种更具可持续性的能源供应方式,而一种具有潜力的技术就是高能量密度锂硫电池,这种电池可以存储更多的能量,具有更长的运行时间和更低的成本,因而在未来的可持续性发展中有着广阔的应用前景。
1、锂硫电池的特点锂硫电池是一种新型二次电池,其正极材料是硫,负极材料是锂金属或者锂合金,而电解液常用的是C2H5OH和二甲基亚砜,并添加了一些电解质,如LiClO4、LiPF6等。
锂硫电池的能量密度高,理论能量密度达到2600Wh/kg,是传统锂离子电池的3倍以上;同时,锂硫电池的生态友好,其主要材料:硫、锂、碳等均为可再生资源;成本低,因为制造材料成本低,生产工艺简单,生产过程中减少了环境污染,还可以回收利用材料。
2、锂硫电池存在的问题与挑战2.1 充放电循环数目太少锂硫电池的最大问题是充放电循环数太少,通常只有100-200次,远低于传统锂电池的数万次;部分原因是硫正极材料在充放电过程中固态化影响了电池性能,因此需要对硫正极进行改进;另外一个原因是锂金属还原时会发生电化学过程,会形成锂枝晶,导致电池内短路或甚至燃烧等严重问题,因此需要解决锂枝晶和电解液的相互作用。
2.2 安全性低锂硫电池在放电过程中会释放硫独特的气味,而在充电过程中容易燃烧,因此需要加强电池的安全性;目前缺乏有效的电池管理系统,需要加强电池性能监控和优化。
3、锂硫电池的应用前景锂硫电池的应用前景广阔,主要包括交通运输、储能、卫星等领域。
3.1 交通运输锂硫电池可以作为电动汽车的新型电池组件,带来更高的能量密度和更长的续航里程,可以加速新能源汽车在交通领域的推广和应用。
3.2 储能以锂硫电池储能可以解决太阳能、风能等不稳定性可再生能源发电的存储问题,实现可再生能源在电力系统中的大规模应用。
3.3 卫星其高能量密度和低成本,使其成为一种理想的卫星动力源,已被多国空间机构作为卫星电源使用。
《2024年锂离子电池富锂锰基正极材料的研究与电池低成本化分析》范文
《锂离子电池富锂锰基正极材料的研究与电池低成本化分析》篇一一、引言随着电动汽车、移动设备等领域的快速发展,对锂离子电池的能量密度和成本要求不断提高。
正极材料作为锂离子电池的重要组成部分,其性能直接影响着电池的整体性能。
其中,富锂锰基正极材料因具有高能量密度、低成本等优点,成为了研究的热点。
本文将就锂离子电池富锂锰基正极材料的研究及其在电池低成本化方面的应用进行分析。
二、富锂锰基正极材料的概述富锂锰基正极材料以其高能量密度、低成本、环保等优势,在锂离子电池领域得到了广泛应用。
该材料主要由锂、锰、其他元素(如钴、镍等)构成,其独特的层状结构有利于锂离子的嵌入和脱出,从而提高电池的充放电性能。
三、富锂锰基正极材料的制备方法目前,制备富锂锰基正极材料的方法主要有固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
其中,固相法工艺简单,成本低,但产品性能相对较差;溶胶凝胶法可以获得均匀的颗粒尺寸和良好的电化学性能;共沉淀法则可以精确控制材料的化学成分和结构。
在实际应用中,根据需求选择合适的制备方法。
四、富锂锰基正极材料的性能优化为提高富锂锰基正极材料的性能,研究者们从多个方面进行了优化。
首先,通过掺杂其他元素(如铝、铁等)来改善材料的结构稳定性;其次,通过优化制备工艺,如控制煅烧温度和时间等,以获得理想的晶体结构;此外,还可以采用表面包覆技术来提高材料的导电性和循环稳定性。
这些方法可以有效提高富锂锰基正极材料的电化学性能。
五、电池低成本化分析为实现锂离子电池的低成本化,除了优化正极材料外,还需从其他方面着手。
首先,降低原材料成本是关键。
通过优化原料选择和采购策略,降低原材料成本;同时,提高生产效率,降低单位产品的制造成本。
其次,采用新型的电池结构和制造工艺,如软包电池等,以降低电池组装成本。
此外,通过回收利用废旧电池中的有价金属元素,实现资源的循环利用,降低生产成本。
六、结论与展望本文对锂离子电池富锂锰基正极材料的研究及其在电池低成本化方面的应用进行了分析。