摘要：转化反应过程中锂离子电池负极材料面临容量快速衰减和动力学缓慢的问题.氧空位缺陷可以有效调节过渡金属氧化物(TMO)基电极材料的内在特性,但是,氧空位对电极材料性能的影响机制尚不清楚.本研究通过简单的方法,将丰富的氧空位原位引入到不同TMO(例如Co_(3)O_(4)、Fe_(2)O_(3)和NiO)的晶格中.以Co_(3)O_(4)为例,Co_(3)O_(4−x)中的氧空位能够有效加快界面处的电荷转移,显著提高电导率和赝电容贡献.理论计算表明,氧空位的引入能够降低锂嵌入能垒,且增加费米能级附近的态密度,有利于离子和电子传输.因此,富含氧空位的TMO表现出更优异的循环稳定性和倍率性能.本研究可以为设计用于能源应用的其他TMO电极材料提供参考.

摘要：锂离子电容器通常由一个电池型负极和一个电容型多孔炭正极组成,可输出比传统双电层电容器高两倍的能量密度,但是在高倍率条件下其能量密度低、循环寿命短,因而其广泛应用受到阻碍.本文通过模板法合成了一种结构高度无序、氮/磷共掺杂的分级介孔炭纳米球.这种分级多孔结构有利于锂离子的快速迁移,且高度无序的结构和高杂原子含量为锂离子电荷存储提供了丰富的活性位点.电化学测试表明,该炭纳米球负极具有较高比容量(在0.1 A g^(-1)时,为1108.6 mA h g^(-1)),优异的倍率性能(在8 A g^(-1)时,为276.5 mA h g^(-1)),以及良好的循环稳定性(1000次循环后仍保持85%的容量).以该分级多孔纳米球为负极,自制活性炭为正极所组装的锂离子电容器具有较高的能量密度(103 W h kg^(-1))、功率密度(44,630 W kg^(-1))以及长循环寿命(>10,000圈).该工作揭示了如何通过在纳米/原子尺度上调控炭材料微结构来提高电化学性能的方法,为设计高性能的储能设备提供了新策略.

摘要：硅基负极具有理论容量高、工作电位低、环境友好、丰度高等优点,被认为是下一代锂离子电池中最有希望替代石墨负极的材料之一.然而,硅负极在脱嵌锂过程中体积膨胀大、界面反应剧烈是制约其进一步实际应用的关键问题.合理设计硅纳米结构有助于解决这些问题.本文首先介绍了高容量锂电池用纳米硅负极的基本科学问题,然后重点介绍了其设计、制备、原位表征和失效机理等方面的最新进展,总结到目前为止关键的经验以促进硅负极在实际锂电池中的应用.最后展望了硅负极未来的发展和挑战.