摘要：锂离子电池(LIBs)因具备寿命长、能量密度高、自放电率低等优点广泛应用于新能源电动汽车、移动电子设备、航天航空、清洁储能等领域。但传统的商业石墨负极材料的理论容量仅为372 mAh·g^(-1),已经无法满足对锂离子电池高容量的需求。Si基负极材料具有高比容量(4200 mAh·g^(-1))、资源丰富、制备工艺简单等特点,被认为是替代石墨的理想负极材料。但是Si的导电性差,在充放电过程中存在巨大的体积效应限制了硅负极的发展。而Si/C复合负极材料能很好地综合两者的优势,形成结构稳定,导电性能好的负极材料。本文从Si/C复合负极材料倍率性能的影响因素、Si/C负极的改性进展以及解决方案等方面综述了Si/C复合负极材料的最新研究进展,以期为Si/C复合负极材料的设计提供新思路。

摘要：富锂层状氧化物是构筑高能量密度锂离子电池富有潜力的正极材料.然而,由于不可逆的结构变化和缓慢的界面动力学,传统的多晶富锂层状氧化物正极材料循环和倍率性能较差.本文提出了一种聚乙烯基吡咯烷酮(PVP-K30)辅助共沉淀制备单晶Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)纳米片的方法.这种方法操作简单、成本低且便于放大生产.所制备的单晶纳米片内部晶格连续且无晶界,缩短了Li+的嵌入/脱嵌路径,加快了电极反应动力学过程.单晶结构还能抑制层状相向尖晶石相的不可逆相变和颗粒内部裂纹的形成,起到稳定层状结构的作用.电化学测试结果表明,所制备的Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)单晶纳米片在0.1 C倍率下的可逆容量为254.5 mA h g^(-1),在5 C高倍率下循环1000次后容量保持率为71.9%.这种简单的制备纳米片单晶材料的方法为提高富锂层状氧化物正极材料的循环性能和倍率性能提供了新的思路.

摘要：全固态薄膜锂电池具有固态电解质层薄、固固界面致密等特点,可作为微小型设备的储能元件。与传统锂离子电池相比,全固态薄膜锂电池内部不含液态电解液,反应与传质过程皆在固相中进行,导致全固态薄膜锂电池的倍率性能一般较差。为解决该问题,该文基于磁控溅射和真空蒸镀技术制备了正极为钴酸锂、固态电解质为锂磷氧氮(LiPON)、负极为金属锂(Li)的全固态薄膜锂电池。采用时频域配合和实验与仿真相结合的方法,系统解析了影响全电池倍率性能的关键因素。运用基于全电池倍率实验电压曲线的曲线平移分析方法及基于一维阻抗模型和阻抗谱的动力学参数辨识方法,分析了电池内部不同部件、不同物理过程对电池倍率性能的影响,结合一维时域模型仿真结果得出如下结论:电池中影响大倍率下放电总容量的主要限制因素为正极材料中的锂离子扩散过程,放电末期正极扩散系数低是大倍率下放电容量衰减的主因;影响瞬态放电功率的主要限制因素为固态电解质中锂离子的电迁移过程,高固态电解质固相过电势是放电功率损失的主因。基于上述结论,该文提出了适当降低固态电解质薄膜厚度和缩短正极离子扩散路径等改进电池倍率性能的初步设计思路,研究了一种全固态薄膜锂电池倍率性能的分析方法并得出了初步结论,可用于进一步指导改进制备工艺。

摘要：为了获得更高的能量密度和更低的成本,高镍化和无钴化成为了镍基正极材料发展的趋势。在各类高镍无钴正极材料中,镍酸锂(LNO)系正极材料因具有较高的能量密度和较低的成本成为了研究的热点,然而其倍率性能较差,难以满足电动汽车、3C数码产品及储能领域日趋增长的快充需求。因此,如何提高其倍率性能,成为了亟待解决的关键问题。本文从原子-晶体-颗粒尺度出发,系统阐述了Li^(+)/Ni^(2+)混排、相变、非理想化学计量配比、颗粒形貌和界面副反应等因素对LNO系正极材料倍率性能的影响,并归纳出制约倍率性能的三个关键因素:体相结构稳定性、界面结构稳定性和锂离子扩散能力。为提高LNO系正极材料的倍率性能,基于以上制约因素提出结构优化(掺杂改性、包覆改性、结构设计)、体系优化(正极掺混、优化电解液添加剂)和工艺优化(优化合成工艺、优化循环制度)等改性策略。最后,基于LNO系正极材料的发展现状,指出了LNO系正极材料发展过程中面临的新挑战。

摘要：二氧化锡(SnO_(2))具有高的理论比容量,有望作为下一代锂离子电池负极材料.然而,Sn向SnO_(2)的不可逆转化以及充放电过程中巨大的体积变化限制了其实际的应用.本文基于三维互连多孔氧化铝模板,设计合成了一种由内腔同时填充NiO和SnO_(2)纳米颗粒的碳管基元相互连接组成的三维碳管网格膜,可以直接作为自支撑的高性能锂离子电池负极.该复合框架利用了NiO和SnO_(2)纳米颗粒的协同作用,不仅能够促进Sn向SnO_(2)的可逆转变,提高首次库伦效率,而且还可以缓释充放电过程中SnO_(2)剧烈的体积变化.此外,相互连接的三维碳管框架可以负载大量NiO和SnO_(2)纳米颗粒,缩短Li+的扩散距离,并作为快速的电子传输通道.因此,这种独特的结构赋予了该电极超高的储锂容量和倍率性能在1 A g^(-1)循环200次后,比容量达到928.5 mA h g^(-1),并且在4 A g^(-1)的高电流密度下仍然具有633.5 mA h g^(-1)的比容量.总之,这种独特的一体化结构在锂离子电池等储能领域具有广阔的应用前景.

摘要：锂离子电池作为清洁、高效、便携的储能方式之一，在很多领域内具有广阔的应用前景。如何实现高容量、大功率和长寿命的锂离子电池，依赖于其中各核心部件的结构设计和性能提升。负极材料作为锂离子电池的主要部件之一，所面临的主要问题在于其导电性差和体积效应大。这就容易导致活性材料粉化，从电极表面脱落，因而造成循环容量和倍率性能的下降。

摘要：随着便携、可穿戴电子设备的发展,柔性的超级电容器得到越来越广泛的关注和研究,以适应不同应用领域的储能需求。在柔性超级电容器中,具有高容量、高充放电倍率性能的柔性电极材料的设计和制备至关重要。石墨烯和导电聚苯胺分别具有双电层电容和赝电容的储能特性,是两类最具代表性的超级电容器电极材料。

摘要：低成本磷酸锰铁锂正极材料相比于磷酸铁锂能量密度提升15%,近年来受到广泛关注,但是差的电子/离子电导率导致其功率性能不佳,难以满足实际应用的需求。本工作设计了一种具有多级结构的镁离子掺杂磷酸锰铁锂正极材料,该材料由纳米级一次颗粒自组装的二次球组成,且每个一次颗粒表面都具有均匀的碳包覆层。掺杂在晶格内的镁离子通过增加八面体LiO_(6)间隙提升锂离子扩散速率,表面的碳层能够在二次颗粒内构建完整的导电网络,提升电子电导率。此外,纳微多级结构不仅缩短锂离子迁移路径,还可以避免长循环过程中纳米粒子的团聚。因此,所制备的磷酸锰铁锂材料在0.1C和5C电流密度下分别具有151.8 mAh/g和113 mAh/g的高比容量,1C电流密度下循环1000次后比容量保持率高达96.2%。

摘要：发展具有快充性能(即超高倍率性能)的钠离子电池是目前储能领域研究的重点和热点。普鲁士蓝及其类似物(PBAs)具有有利于钠离子储存和扩散的开放式三维骨架结构,已经被证明作为钠离子电池正极材料具有巨大的潜力。然而,目前所制备的PBAs大多数存在结构缺陷和结晶水,以及其本身较差的电子电导率,导致其倍率性能不理想。本文针对PBAs导电性差的问题,从离子导电和电子导电两个方面进行讨论,首先分析了PBAs中结构缺陷以及结晶水的存在对离子导电的影响以及其本身价键结构对电子电导的影响。综述了近期对于提高PBAs导电性的相关研究:①改变晶体结构,通过减少PBAs晶体内部缺陷及结晶水,从而降低钠离子迁移距离及减少阻碍;②设计特殊的PBAs晶体结构,能有效减少钠离子传输路径;③采用复合导电材料,能构建新的电子运输途径。最后对提高PBAs导电性的三种策略进行了总结和展望,指出应该在优化PBAs结构的基础上,复合导电材料,同时增强离子电导和电子电导,以期达到最佳的倍率性能。

摘要：以单质硫为正极材料的锂硫电池(LSBs),因其高的理论比容量和能量密度,在储能领域中受到广泛地关注。然而,LSBs在充放电过程中会产生可溶性多硫化物(LiPSs),LiPSs在电极之间的穿梭效应会导致电池容量快速衰减,从而阻碍LSBs的实际应用。为了有效地抑制LiPSs在LSBs中的穿梭效应,设计合成了一种基于联吡啶共价有机框架(COFs)材料的纳米片(Tp-Bpy),并将其用作LSBs的多功能插层。Tp-Bpy纳米片得益于联吡啶中均匀分散的氮位点的强吸附和催化活性,以及其纳米结构可提供更多活性位点等特性,能够很好地吸附LiPSs,并对LiPSs进行催化转化,从而抑制LiPSs的穿梭效应。Tp-Bpy纳米片插层在LiPSs氧化还原反应过程中具有更快的转化动力学,以及降低液固转化过程的电化学极化特性。相较于未修饰的传统聚丙烯(PP)隔膜,Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs倍率性能和循环稳定性得到明显提升。实验结果表明,以Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs,在0.1 C下的放电初始容量可达1223 mAh∙g^(−1),在1 C下循环500次后的放电比容量仍有452 mAh∙g^(−1),单圈衰减率低至0.093%。Tp-Bpy纳米片插层材料已成为解决LSBs中LiPSs穿梭效应的主要研究方向之一,本研究为开发新的多功能插层提供了理论支撑。