锂离子电池

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锂离子电池

锂离子电池是指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池,它既保持了锂电池高电压、高容量的主要优点,又具有循环寿命长、安全性能好的显著特点,在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面展示了广阔的应用前景,迅速成为近几十年来广为关注的研究热点。

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化学进展 (92)

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综述
中性或弱酸性体系下锌基水系电池负极材料研究进展

吴贤文, 龙凤妮, 向延鸿, 蒋剑波, 伍建华, 熊利芝, 张桥保

化学进展. 2021, 33(11): 1983-2001. https://doi.org/10.7536/PC210453 https://cstr.cn/32298.14.PC210453

摘要 (1942) PDF全文 (1535) HTML (377) 可视化收藏引用

吴贤文, 龙凤妮, 向延鸿, 蒋剑波, 伍建华, 熊利芝, 张桥保. 中性或弱酸性体系下锌基水系电池负极材料研究进展[J]. 化学进展, 2021, 33(11): 1983-2001.

Xianwen Wu, Fengni Long, Yanhong Xiang, Jianbo Jiang, Jianhua Wu, Lizhi Xiong, Qiaobao Zhang. Research Progress of Anode Materials for Zinc-Based Aqueous Battery in a Neutral or Weak Acid System[J]. Progress in Chemistry, 2021, 33(11): 1983-2001.

锌具有原料丰富、质量轻便、金属导电性与延展性好以及理论比容量高等优势,可以作为绿色可充电电池的理想电极材料。其中,以中性或弱酸性水溶液为电解质、锌为负极的锌基水系电池具有安全性高、电池材料廉价无毒、制备工艺简单、环境友好等特点,在储能和动力电池领域具有极高的应用价值和发展前景。但电池充放电过程中伴随的锌枝晶、析氢、腐蚀、钝化等问题限制了其实际应用。本文综述了锌基水系电池负极存在的问题及当前的解决策略,并对其负极研究发展方向进行了展望。
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综述
柔性锂离子电池的电极

张长欢, 李念武, 张秀芹

化学进展. 2021, 33(4): 633-648. https://doi.org/10.7536/PC200528 https://cstr.cn/32298.14.PC200528

摘要 (2469) PDF全文 (1778) HTML (547) 可视化收藏引用

张长欢, 李念武, 张秀芹. 柔性锂离子电池的电极[J]. 化学进展, 2021, 33(4): 633-648.

Changhuan Zhang, Nianwu Li, Xiuqin Zhang. Electrode Materials for Flexible Lithium-Ion Battery[J]. Progress in Chemistry, 2021, 33(4): 633-648.

科技进步使可穿戴设备等便携式电子产品得到了快速发展,柔性电池作为其核心部件,受到越来越多研究者的关注。锂离子电池因具有良好的循环稳定性和较长的使用寿命等优点,成为各类产品的主要电源。为满足电子产品柔性化、微型化发展需求,开发高能量密度的柔性锂离子电池成为亟待解决的问题,作为其关键材料之一的柔性电极是重要的研究方向。本文阐述了柔性锂离子电池电极的研究进展,包括基于自身带有电化学活性的碳材料、Mxene材料的一体化柔性电极,基于非电化学活性的聚合物材料、纺织材料、金属基的一体化柔性电极,以及为满足可穿戴设备可编织和大尺寸形变使用需求的宏观柔性新型电极结构设计,分析并探讨了柔性电极目前存在的问题,以期为未来高能量密度柔性锂离子电池的研究提供新的思路。
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综述
锂离子电池二氧化钛负极材料

陈阳, 崔晓莉

化学进展. 2021, 33(8): 1249-1269. https://doi.org/10.7536/PC200744 https://cstr.cn/32298.14.PC200744

摘要 (4017) PDF全文 (1787) HTML (564) 可视化收藏引用

陈阳, 崔晓莉. 锂离子电池二氧化钛负极材料[J]. 化学进展, 2021, 33(8): 1249-1269.

Yang Chen, Xiaoli Cui. Titanium Dioxide Anode Materials for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2021, 33(8): 1249-1269.

锂离子电池是一种能量密度高、安全稳定和使用寿命长的储能器件,已广泛应用于移动电子设备和电动汽车等领域。二氧化钛(TiO₂)具有无毒害、价格低廉、储量大和化学结构稳定等优点,是一种具有应用前景的负极材料。然而,TiO₂的实际应用受限于自身较低电子电导率和锂离子(Li⁺)扩散系数。本文总结了TiO₂三种常见晶型的储锂机制(锐钛矿TiO₂两相固溶储锂机制、TiO₂(B)本征赝电容储锂机制和金红石TiO₂电位控制相变过程);针对其电子传导和Li⁺扩散能力的不足,详细综述了纳米结构维度设计、本征/非本征电子结构调控(元素掺杂、Ti³⁺自掺杂和高导电材料修饰)和异相结优化改性三方面的研究进展。最后展望了TiO₂材料在锂离子电池及其他二次电池领域的发展趋势和应用前景。
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综述
高电压锂离子正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄高温特性

高金伙, 阮佳锋, 庞越鹏, 孙皓, 杨俊和, 郑时有

化学进展. 2021, 33(8): 1390-1403. https://doi.org/10.7536/PC200773 https://cstr.cn/32298.14.PC200773

摘要 (1366) PDF全文 (1027) HTML (279) 可视化收藏引用

高金伙, 阮佳锋, 庞越鹏, 孙皓, 杨俊和, 郑时有. 高电压锂离子正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄高温特性[J]. 化学进展, 2021, 33(8): 1390-1403.

Jinhuo Gao, Jiafeng Ruan, Yuepeng Pang, Hao Sun, Junhe Yang, Shiyou Zheng. High Temperature Properties of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ as Cathode Materials for High Voltage Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2021, 33(8): 1390-1403.

随着新能源电动汽车和大容量储能的快速发展,亟需开发高能量密度、高功率密度的锂离子电池。镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)由于具有高电压平台(4.7V)、较高的能量密度和功率密度、资源丰富、成本低等优点,被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。然而,在高温条件下,LiNi_0.5Mn_1.5O₄会与电解液发生严重的界面副反应,导致循环性能变差,这严重制约了其商业化进程。因此,改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄的高温特性成为锂离子电池领域的研究热点之一。本文对近期LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相关研究的主要成果进行综述,以LiNi_0.5Mn_1.5O₄的基本特性和现存挑战入手,着重关注离子掺杂、表面包覆和表面掺杂等策略提升材料的高温性能,并为后续研究提出建议和展望。
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研究论文
锂离子电池高压电解液

黄国勇, 董曦, 杜建委, 孙晓华, 李勃天, 叶海木

化学进展. 2021, 33(5): 855-867. https://doi.org/10.7536/PC200634 https://cstr.cn/32298.14.PC200634

摘要 (3604) PDF全文 (2518) HTML (688) 可视化收藏引用

黄国勇, 董曦, 杜建委, 孙晓华, 李勃天, 叶海木. 锂离子电池高压电解液[J]. 化学进展, 2021, 33(5): 855-867.

Guoyong Huang, Xi Dong, Jianwei Du, Xiaohua Sun, Botian Li, Haimu Ye. High-Voltage Electrolyte for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2021, 33(5): 855-867.

锂离子电池作为一种绿色可充电电池,具有较高能量密度以及功率密度,是便携式电子产品的首选,并逐渐应用于动力汽车领域。为了更好地满足其应用需求,需要进一步提高当前锂离子电池的能量密度。不同于高压正极材料的快速发展,传统电解液在较高工作电压下容易分解,很大程度上阻碍了高能量密度锂离子电池的商业化应用。作为锂离子电池的重要组分,电解液对其多方面性能均具有重要影响,因此亟需提高电解液的工作电压以解决锂离子电池能量密度较低的问题。本文从新型有机溶剂以及高电压添加剂两方面入手,综述近年来国内外高压电解液的研究进展,介绍理论计算对于设计高压电解液的作用,并对高压电解液的发展及前景做出总结和展望。
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综述
锂离子电容电池关键电极材料

蔡克迪, 严爽, 徐天野, 郎笑石, 王振华

化学进展. 2021, 33(8): 1404-1413. https://doi.org/10.7536/PC200764 https://cstr.cn/32298.14.PC200764

摘要 (1802) PDF全文 (1112) HTML (264) 可视化收藏引用

蔡克迪, 严爽, 徐天野, 郎笑石, 王振华. 锂离子电容电池关键电极材料[J]. 化学进展, 2021, 33(8): 1404-1413.

Kedi Cai, Shuang Yan, Tianye Xu, Xiaoshi Lang, Zhenhua Wang. Investigation of Electrode Materials for Lithium Ion Capacitor Battery[J]. Progress in Chemistry, 2021, 33(8): 1404-1413.

锂离子电容电池兼具锂离子电池和超级电容器的优势,凭借高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优势成为具有前景的新型储能系统。然而,电池型电极和电容型电极之间的动力学不平衡、能量密度不太理想和循环稳定性较差等关键问题仍然存在,若要有效解决该问题需要在该领域开发出新型正负极电极材料。因此,本文详细介绍了锂离子电容电池正负极材料(例如金属氧化物、碳材料、硫化物等)的研究进展以及技术路线,并针对目前存在的问题进行了分析,同时对电极材料未来的研究方向进行了展望,以及对其他化学电源的研究提供了新思路和手段。
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综述
锂离子电池富锂锰基层状正极材料的稳定性

鲁志远, 刘燕妮, 廖世军

化学进展. 2020, 32(10): 1504-1514. https://doi.org/10.7536/PC200220 https://cstr.cn/32298.14.PC200220

摘要 (2574) PDF全文 (1406) HTML (390) 可视化收藏引用

鲁志远, 刘燕妮, 廖世军. 锂离子电池富锂锰基层状正极材料的稳定性[J]. 化学进展, 2020, 32(10): 1504-1514.

Zhiyuan Lu, Yanni Liu, Shijun Liao. Enhancing the Stability of Lithium-Rich Manganese-Based Layered Cathode Materials for Li-Ion Batteries Application[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(10): 1504-1514.

富锂锰基层状正极材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂,M=Ni,Co,Mn等)因其比容量高、成本低廉以及环境友好等优点,被认为是未来锂离子电池正极材料的最佳候选者之一。然而,该正极材料存在长循环中电压衰减过快、循环性能不佳和倍率性能较差等问题,严重阻碍了该材料的商业化应用。在这篇综述中,我们结合最新的研究进展从富锂锰基层状正极材料的稳定性出发,阐述了该材料的结构特性及电化学行为,并从体相掺杂和表面修饰两个方面,综述了提升富锂正极材料循环过程中稳定性的手段。最后,我们对该领域的发展趋势进行展望并认为体相掺杂和表面调控相结合的联合改性机制是未来该领域发展的方向。
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综述
废旧锂离子电池正极材料及电解液的全过程回收及再利用

穆德颖, 刘铸, 金珊, 刘元龙, 田爽, 戴长松

化学进展. 2020, 32(7): 950-965. https://doi.org/10.7536/PC191106 https://cstr.cn/32298.14.PC191106

摘要 (3636) PDF全文 (5108) HTML (682) 可视化收藏引用

穆德颖, 刘铸, 金珊, 刘元龙, 田爽, 戴长松. 废旧锂离子电池正极材料及电解液的全过程回收及再利用[J]. 化学进展, 2020, 32(7): 950-965.

Deying Mu, Zhu Liu, Shan Jin, Yuanlong Liu, Shuang Tian, Changsong Dai. The Recovery and Recycling of Cathode Materials and Electrolyte from Spent Lithium Ion Batteries in Full Process[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(7): 950-965.

作为发展势头迅猛的新型储能形式,锂离子电池缓解了能源领域对化石燃料的依赖,同时减轻了日益严峻的环境压力,但是数量巨大的废旧锂离子电池具有危险废弃物和高附加值可用资源的双重属性。因此,通过不同技术手段的创新和组合,实现组成成分日益多样化的废旧锂离子电池的高效回收和再利用具有巨大的挑战和特殊重要的现实意义。本文从预处理工艺出发,详细阐述了放电失活、分类拆解、粉碎筛分、酸浸除杂等一系列过程的技术手段和要求;从原料再生、结构修复以及再制备三个方面探讨了具有代表性的再利用思路,分析了各技术方法的优势和存在的问题。此外,对废旧电解液的无害化处理和回收进行了专题讨论,重点介绍了超临界CO₂萃取工艺。最后,针对现阶段存在的问题提出展望,为后续开展废旧锂离子电池回收的相关研究及工业应用提供参考。
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综述
废旧锂离子电池正极材料资源化回收与再生

王官格, 张华宁, 吴彤, 刘博睿, 黄擎, 苏岳锋

化学进展. 2020, 32(12): 2064-2074. https://doi.org/10.7536/PC200119 https://cstr.cn/32298.14.PC200119

摘要 (3564) PDF全文 (3139) HTML (461) 可视化收藏引用

王官格, 张华宁, 吴彤, 刘博睿, 黄擎, 苏岳锋. 废旧锂离子电池正极材料资源化回收与再生[J]. 化学进展, 2020, 32(12): 2064-2074.

Guange Wang, Huaning Zhang, Tong Wu, Borui Liu, Qing Huang, Yuefeng Su. Recycling and Regeneration of Spent Lithium-Ion Battery Cathode Materials[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(12): 2064-2074.

随着电子设备的普及和电动汽车行业的迅速崛起,作为提供能量来源的锂离子电池发挥着重要的作用。以钴酸锂、磷酸铁锂以及三元正极材料为代表的锂离子电池产销量不断增加;与此同时,为了提供更长的续航时间以及续航稳定性,新型锂离子电池材料的研究工作也在不断推进。在此背景下,锂离子电池正极材料的失效、废弃以及资源化回收再生的过程就显得愈发重要,如何在下游解决报废锂离子电池处理的问题也逐渐提上日程。基于此,本文分别从湿法和火法再生两个角度对废旧锂离子电池正极材料的回收和再生过程进行了介绍,包括回收条件优化的方法、较为新颖的回收再生方法以及再生材料的性能等,并总结了回收再生过程的杂质元素,包括铝、铜等元素对再生材料结构和性能的影响以及工业上常用的回收废旧锂离子电池的方法和环境影响。最后对锂离子电池回收的方法进行总结并进行展望。
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综述与评论
锂离子电池的电化学阻抗谱分析研究进展

庄全超, 杨梓, 张蕾, 崔艳华

化学进展. 2020, 32(6): 761-791. https://doi.org/10.7536/PC191116 https://cstr.cn/32298.14.PC191116

摘要 (5645) PDF全文 (3631) HTML (1403) 可视化收藏引用

庄全超, 杨梓, 张蕾, 崔艳华. 锂离子电池的电化学阻抗谱分析研究进展[J]. 化学进展, 2020, 32(6): 761-791.

Quanchao Zhuang, Zi Yang, Lei Zhang, Yanhua Cui. Research Progress on Diagnosis of Electrochemical Impedance Spectroscopy in Lithium Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(6): 761-791.

CSCD(48)

锂离子电池的电化学阻抗谱（EIS）是研究电化学系统最有力的实验方法之一，在过去的20多年中，EIS 被广泛应用于锂离子电池研究和生产领域，包括研究电极界面反应机理和容量衰减机制，测定相关电极过程动力学参数和电池的健康状态、荷电状态以及电池的内阻。本文分析了锂离子电池中电极极化过程包含的3 个基本物理化学过程———电子输运、离子输运和电化学反应过程，探讨了每一基本物理化学过程包含的步骤及其EIS 谱特征，详细论述了与电子输运相关的基本物理化学过程———接触阻抗和感抗产生的机制；介绍了多孔电极理论及其在锂离子电池中的应用，阐述了基于多孔电极理论进行阻抗谱数值模拟的建模原理与方法。综述了石墨、硅、二元3d 过渡金属氧化物、LiCoO₂、尖晶石LiMn2O4、LiFePO4、尖晶石Li4Ti5O12、过渡金属氟化物材料等电极的典型阻抗谱特征和各时间常数的归属问题。最后讨论了EIS现存的问题及未来的发展方向。
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锂离子电池有机硅功能电解液

汪靖伦, 冉琴, 韩冲宇, 唐子龙, 陈启多, 秦雪英

化学进展. 2020, 32(4): 467-480. https://doi.org/10.7536/PC190721 https://cstr.cn/32298.14.PC190721

摘要 (2723) PDF全文 (1285) HTML (361) 可视化收藏引用

汪靖伦, 冉琴, 韩冲宇, 唐子龙, 陈启多, 秦雪英. 锂离子电池有机硅功能电解液[J]. 化学进展, 2020, 32(4): 467-480.

Jinglun Wang, Qin Ran, Chongyu Han, Zilong Tang, Qiduo Chen, Xueying Qin. Organosilicon Functionalized Electrolytes for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(4): 467-480.

高安全高电压电解液的开发是锂离子电池电解液发展的重要方向。有机硅化合物由于具有独特的理化性能,使其成为锂离子电池电解液领域的研究热点之一。本文综述了有机硅电解液的研究进展,重点从功能分子设计的角度介绍含碳酸酯基、氨基甲酸酯基、腈基、离子液体、含氟类的有机硅功能电解液溶剂制备及电池性能表现;详细阐述具有结构多样性的有机硅化合物用作高电压添加剂、高安全添加剂、高/低温添加剂、储存/耐自放电添加剂、吸酸吸水添加剂及其在不同电池材料体系中的应用。最后,对有机硅电解液的研究趋势和应用前景进行了展望。
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碳在锂离子电池硅碳复合材料中的作用

张伟, 齐小鹏, 方升, 张健华, 史碧梦, 杨娟玉

化学进展. 2020, 32(4): 454-466. https://doi.org/10.7536/PC190832 https://cstr.cn/32298.14.PC190832

摘要 (2999) PDF全文 (1903) HTML (436) 可视化收藏引用

张伟, 齐小鹏, 方升, 张健华, 史碧梦, 杨娟玉. 碳在锂离子电池硅碳复合材料中的作用[J]. 化学进展, 2020, 32(4): 454-466.

Wei Zhang, Xiaopeng Qi, Sheng Fang, Jianhua Zhang, Bimeng Shi, Juanyu Yang. Effects of Carbon on Silicon-Carbon Composites in Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(4): 454-466.

随着低比容量硅碳复合材料(<500 mAh/g)在锂离子电池中的商业化应用,硅基负极材料也从实验室研究走向了产业化发展。近年来的研究工作中,许多方法被用来解决硅在循环过程中体积变化(>300%)所带来的一系列问题。在材料结构方面,从最初的硅材料纳米化、硅与其他材料复合等技术手段转变到了硅碳复合材料二次颗粒的结构设计、表面包覆层设计等方法;在应用性能方面,除了早期文献报道的材料比容量、循环性能等参数外,还增加了材料比表面积、振实密度、首次及循环库仑效率等更符合电池实际应用要求的性能参数研究,从而极大地推动了硅基负极材料的商业化应用进程。本文首先综述了近年来硅碳复合材料组成、结构设计的发展脉络,进一步分析了由石墨、软碳、硬碳、碳纤维和石墨烯等碳源合成的硅碳复合材料的结构特点,并对其电化学性能进行分析对比,总结了碳在硅碳复合材料结构及其性能上发挥的作用。最后,对硅碳复合材料制备过程中的结构设计要求和碳材料的选择进行了分析和展望。
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MOFs衍生金属氧化物及其复合材料在锂离子电池负极材料中的应用

陈豪登, 徐建兴, 籍少敏, 姬文晋, 崔立峰, 霍延平

化学进展. 2020, 32(2-3): 298-308. https://doi.org/10.7536/PC190610 https://cstr.cn/32298.14.PC190610

摘要 (2478) PDF全文 (1746) HTML (275) 可视化收藏引用

陈豪登, 徐建兴, 籍少敏, 姬文晋, 崔立峰, 霍延平. MOFs衍生金属氧化物及其复合材料在锂离子电池负极材料中的应用[J]. 化学进展, 2020, 32(2-3): 298-308.

Haodeng Chen, Jianxing Xu, Shaomin Ji, Wenjin Ji, Lifeng Cui, Yanping Huo. Application of MOFs Derived Metal Oxides and Composites in Anode Materials of Lithium Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(2-3): 298-308.

锂离子电池作为比能量最高的二次电池,广泛用于便携电子设备、新能源汽车和大规模储能电站等领域。目前商用锂离子电池正面临着一些技术瓶颈,如能量密度低和使用寿命短等。关于锂离子电池负极材料的报道有很多,但大多无法克服锂化前后巨大的体积膨胀、电极材料粉末化和电极阻抗大等缺点。金属-有机骨架衍生金属氧化物及其复合材料因具有低而平的充放电电位平台、高容量和稳定的循环性能等优点,被广泛应用于锂离子电池。本文将从单金属氧化物、双金属氧化物、双组分金属氧化物复合材料和金属氧化物/碳复合材料四个模块进行综述,总结其合成方法、形貌与电化学性能之间的关系,并展望其未来发展的机遇与挑战。
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高性能锂离子二次电池隔膜

王惠亚, 赵立敏, 张芳, 何丹农

化学进展. 2019, 31(9): 1251-1262. https://doi.org/10.7536/PC190304 https://cstr.cn/32298.14.PC190304

摘要 (1547) PDF全文 (1006) HTML (255) 可视化收藏引用

王惠亚, 赵立敏, 张芳, 何丹农. 高性能锂离子二次电池隔膜[J]. 化学进展, 2019, 31(9): 1251-1262.

Huiya Wang, Limin Zhao, Fang Zhang, Dannong He. High-Performance Lithium-Ion Secondary Battery Membranes[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(9): 1251-1262.

随着电动汽车对锂离子电池功率要求的不断提高, 高性能锂离子电池逐渐成为了人们研究的热点。隔膜作为锂离子电池的关键部件之一, 发挥着隔离正负极材料以及为锂离子迁移提供通道的作用。此外, 隔膜的热稳定性也直接影响着锂离子电池的安全性能。聚烯烃微孔隔膜由于其出色的化学稳定性、机械强度以及价格低廉而被广泛应用于锂离子电池中。然而, 其热稳定性差以及不易湿润等缺点给高性能锂离子电池的广泛应用带来很大隐患。因此, 本文探讨了聚烯烃微孔隔膜的表面改性, 以此为出发点, 介绍了基于聚合物表面改性的聚烯烃微孔隔膜、基于无机纳米颗粒的聚烯烃微孔隔膜、基于有机-无机复合材料的聚烯烃微孔隔膜的研究进展。在基于无机纳米颗粒的聚烯烃微孔隔膜的介绍中, 本文还对原子层沉积法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等先进表面改性方法进行了简单介绍。随后, 从湿法制备、相转化法、呼吸图法、静电纺丝法以及原位聚合法5种方法出发, 对其他聚合物微孔隔膜的研究进展进行了介绍。最后, 本文对将来高性能隔膜材料的研究方向上作出展望, 旨在为高性能锂离子二次电池隔膜材料的研究和应用提供参考。
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锂离子电池正极界面修饰用电解液添加剂

蒋志敏, 王莉, 沈旻, 陈慧闯, 马国强, 何向明

化学进展. 2019, 31(5): 699-713. https://doi.org/10.7536/PC180815 https://cstr.cn/32298.14.PC180815

摘要 (4144) PDF全文 (3079) HTML (522) 可视化收藏引用

蒋志敏, 王莉, 沈旻, 陈慧闯, 马国强, 何向明. 锂离子电池正极界面修饰用电解液添加剂[J]. 化学进展, 2019, 31(5): 699-713.

Zhimin Jiang, Li Wang, Min Shen, Huichuang Chen, Guoqiang Ma, Xiangming He. Electrolyte Additives for Interfacial Modification of Cathodes in Lithium-Ion Battery[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(5): 699-713.

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7 V)、LiNiPO₄(5.1 V)和富锂锰基等电极材料在较高的充电截止电压下表现出较高的能量密度和较低的成本,具有很好的应用前景。另外,提高LiCoO₂和三元电池体系的充电截止电压是提升电池能量密度的简单有效措施。但是,当电池充电截止电压提高时,不仅会造成电解液在正极/电解液界面的氧化分解,还会加速正极中金属阳离子在电解液中的溶解,造成电池循环性能和安全性下降。采用不同的正极界面修饰用电解液添加剂,既可以有效钝化正极/电解液界面,抑制电解液的分解,还可以有效抑制正极结构的破坏。本文从添加剂的分子结构出发,介绍了磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂在正极界面的相关研究成果,并对不同添加剂的作用机理进行了详细的解释和归纳;另外,介绍了添加剂的联用技术在不同电池体系中的最新研究成果;最后,对新型正极界面修饰用电解液添加剂的开发进行了展望。
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锂离子电池硅基负极及其相关材料

赵云, 亢玉琼, 金玉红, 王莉, 田光宇, 何向明

化学进展. 2019, 31(4): 613-630. https://doi.org/10.7536/PC180916 https://cstr.cn/32298.14.PC180916

摘要 (3148) PDF全文 (1864) HTML (449) 可视化收藏引用

赵云, 亢玉琼, 金玉红, 王莉, 田光宇, 何向明. 锂离子电池硅基负极及其相关材料[J]. 化学进展, 2019, 31(4): 613-630.

Yun Zhao, Yuqiong Kang, Yuhong Jin, Li Wang, Guangyu Tian, Xiangming He. Silicon-Based and -Related Materials for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(4): 613-630.

CSCD(2)

锂离子电池是目前电脑、通讯、消费电子品以及未来电动车动力系统的主要能源。硅基负极材料因其具有较高理论比容量(4200 mAh·g^-1,为石墨10倍以上),被视为最理想的下一代锂离子电池负极材料。然而硅负极在充放电过程中巨大的体积膨胀造成极片材料的粉化脱落、SEI膜的持续增长、正极锂离子的不断消耗,以及现有商业化粘结剂与硅表面较弱的相互作用等诸多缺陷,造成电池容量快速的衰减,阻碍了硅基材料在锂离子电池中的商业化应用。本文对硅基负极材料及其相关电池材料,如硅材料结构、粘结剂、电解液及添加剂等,进行了系统全面的总结。最后对硅基材料目前研究进展和未来发展方向做出总结与评述,以期为下一代硅基电池体系发展提供参考。
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综述
锂离子电池硅纳米粒子/碳复合材料

李振杰, 钟杜, 张洁, 陈金伟, 王刚, 王瑞林

化学进展. 2019, 31(1): 201-209. https://doi.org/10.7536/PC180415 https://cstr.cn/32298.14.PC180415

摘要 (2157) PDF全文 (1902) HTML (269) 可视化收藏引用

李振杰, 钟杜, 张洁, 陈金伟, 王刚, 王瑞林. 锂离子电池硅纳米粒子/碳复合材料[J]. 化学进展, 2019, 31(1): 201-209.

Zhenjie Li, Du Zhong, Jie Zhang, Jinwei Chen, Gang Wang, Ruilin Wang. Silicon Nanoparticles/Carbon Composites for Lithium-Ion Battery[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(1): 201-209.

CSCD(2)

硅由于其超高的理论比容量有望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅在充放电过程中巨大的体积膨胀(~300%)会导致材料粉化从集流体上脱落,同时不断形成固相电解质层,造成不可逆容量损失,而材料纳米化和碳复合是解决这些问题的有效手段。本文介绍了硅在循环过程中容量衰减机理,并综述了硅纳米粒子与碳材料复合的最新进展,主要包括包覆型、核壳型以及嵌入型硅碳负极材料,并对核壳型与嵌入型做了重点探究,最后对硅纳米粒子/碳复合材料存在的问题进行分析并展望其研究前景。
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综述
自组装多级结构在锂离子电池中的应用

赵云, 金玉红, 王莉, 田光宇, 何向明

化学进展. 2018, 30(11): 1761-1769. https://doi.org/10.7536/PC171129 https://cstr.cn/32298.14.PC171129

摘要 (1026) PDF全文 (570) 可视化收藏引用

赵云, 金玉红, 王莉, 田光宇, 何向明. 自组装多级结构在锂离子电池中的应用[J]. 化学进展, 2018, 30(11): 1761-1769.

Yun Zhao, Yuhong Jin, Li Wang, Guangyu Tian, Xiangming He. The Application of Self-Assembled Hierarchical Structures in Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2018, 30(11): 1761-1769.

CSCD(2)

锂离子电池作为比能量最高的二次电池，在可持续能源领域扮演越来越重要的角色。为寻求下一代更高性能的锂离子电池，人们在探索许多高比容量电极材料。然而，这些材料通常具有锂化前后体积变化大、电极阻抗大等缺点，需要制备成纳米结构才能够获得较好的电化学储锂性能。而纳米结构具有比表面积高、振实密度低等缺点，导致电池的首次库仑效率低、循环寿命短和比能量低。将纳米材料组装成多级结构能够有效地降低整体的比表面积、从而限制固体界面膜形成对锂的消耗量，提高首次库仑效率；与纳米颗粒的无序堆积相比，多级结构材料往往具有较高的堆积密度和接触面积，进而提高电池的能量密度。本文主要介绍锂离子电池中多级结构的制备及其在锂离子电池中的应用：制备方面主要介绍了溶剂热法、乳液法、喷雾干燥法和模板法，以及相关参数对最终多级结构的影响；在应用方面，主要针对不同多级结构材料以提高锂离子电池性能为主线进行综述。
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综述
基于高温化学转化的废旧锂离子电池资源化技术

林娇, 刘春伟, 曹宏斌, 李丽, 陈人杰, 孙峙

化学进展. 2018, 30(9): 1445-1454. https://doi.org/10.7536/PC180424 https://cstr.cn/32298.14.PC180424

摘要 (2028) PDF全文 (1174) 可视化收藏引用

林娇, 刘春伟, 曹宏斌, 李丽, 陈人杰, 孙峙. 基于高温化学转化的废旧锂离子电池资源化技术[J]. 化学进展, 2018, 30(9): 1445-1454.

Jiao Lin, Chunwei Liu, Hongbin Cao, Li Li, Renjie Chen, Zhi Sun. Recovery of Spent Lithium Ion Batteries Based on High Temperature Chemical Conversion[J]. Progress in Chemistry, 2018, 30(9): 1445-1454.

CSCD(1)

鉴于废旧锂离子电池的环境危害性和资源化价值的双重属性，对其进行无害化处理并对其中的有价资源进行回收再利用具有十分重要的意义。目前电池资源化技术主要通过高温或常温条件下的化学转化实现。高温条件下，废旧锂离子电池中有价元素化学转化速率快、回收流程短、物料适应性强，易于实现工业应用，相关技术成为废旧锂离子电池资源化研究热点之一。本文基于物相化学转化方式的差异，系统分析了高温化学还原、熔盐化学焙烧以及短程材料再生等方法的物理化学机理、技术特征及研究现状，并对比了不同技术的优势和存在的问题。在此基础上，提出今后高温化学转化方法实现废旧锂离子电池资源化研究中需要考虑材料的短程清洁循环再生、深入研究其化学转化机理。基于绿色化学原理的工艺设计开发出低能耗、环境友好的资源化工艺路线，真正实现废旧锂离子电池的绿色处理和循环利用。
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综述
锂离子电池富锂材料中离子掺杂、表面包覆、表面氧空位修饰的作用机理及其联合机制

李敏, 王艳丽, 吴晓燕, 段磊, 张春明, 何丹农

化学进展. 2017, 29(12): 1526-1536. https://doi.org/10.7536/PC170732 https://cstr.cn/32298.14.PC170732

摘要 (1865) PDF全文 (995) 可视化收藏引用

李敏, 王艳丽, 吴晓燕, 段磊, 张春明, 何丹农. 锂离子电池富锂材料中离子掺杂、表面包覆、表面氧空位修饰的作用机理及其联合机制[J]. 化学进展, 2017, 29(12): 1526-1536.

Min Li, Yanli Wang, Xiaoyan Wu, Lei Duan, Chunming Zhang, Dannong He. The Mechanism of Ion-Doping, Surface Coating, Surface Oxygen Vacancy Modification and Their Joint Mechanism in Lithium-Rich Material for Li-Ion Battery[J]. Progress in Chemistry, 2017, 29(12): 1526-1536.

Baidu(1) CSCD(1)

富锂层状氧化物材料是一种具有类固溶体结构的锂离子电池正极材料，放电比容量可达250 mAh/g，且价格低廉。因此，富锂层状氧化物材料被认为是最有希望的下一代正极材料之一。然而，富锂层状材料还存在诸多问题，如首次库仑效率低、倍率性能差以及容量和电压平台衰减严重，这些问题阻碍其在商业中的应用。本文从富锂层状材料的晶型结构和首次充放电特性出发，主要介绍了离子掺杂、表面包覆以及表面氧空位修饰的作用机理，并进一步分析了不同掺杂离子和不同包覆材料作用于富锂层状材料后性能差异的原因，以及双掺杂和双包覆的优势。最后，本文针对单纯的离子掺杂、表面包覆、表面氧空位修饰在富锂层状材料改性中的不足，提出了基于上述三种改性方式的联合改性机制，并对该机制进行了简要介绍。
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综述
高能量密度锂离子电池用富锂正极材料

严武渭, 柳永宁, 崇少坤, 周亚萍, 刘建国, 邹志刚

化学进展. 2017, 29(2/3): 198-209. https://doi.org/10.7536/PC161104 https://cstr.cn/32298.14.PC161104

摘要 (2090) PDF全文 (2550) 可视化收藏引用

严武渭, 柳永宁, 崇少坤, 周亚萍, 刘建国, 邹志刚. 高能量密度锂离子电池用富锂正极材料[J]. 化学进展, 2017, 29(2/3): 198-209.

Wuwei Yan, Yongning Liu, Shaokun Chong, Yaping Zhou, Jianguo Liu, Zhigang Zou. Lithium-Rich Cathode Materials for High Energy-Density Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2017, 29(2/3): 198-209.

Baidu(5) CSCD(4)

随着移动通讯设备和电动汽车的发展，对高比能量密度锂离子电池的需求越来越大。目前商业化动力电池主要采用的磷酸铁锂和三元正极材料放电比容量均低于180 mAh/g，难以满足一次充电行驶500公里以上的要求，因此，正极材料的比容量已成为限制锂离子电池能量密度提高的瓶颈。富锂材料具有大的比容量（≥250 mAh/g）和高的放电电压（3.8 V），理论能量密度高达900 Wh/kg，是未来动力电池的理想正极材料，因而研究高比容量富锂正极材料具有非常重要的现实意义。本文回顾了锂离子电池正极材料的发展和目前商业化正极材料比容量低的现状，综述了新一代大比容量富锂正极材料的结构特征和电化学性质，以及放电机制和改性研究的最新进展，并指出现阶段高能量密度锂离子电池用富锂材料遇到的问题，且有针对性地提出了解决思路和方法。
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特约稿
含有氟代溶剂或含氟添加剂的锂离子电解液

马国强, 王莉, 张建君, 陈慧闯, 何向明, 丁元胜

化学进展. 2016, 28(9): 1299-1312. https://doi.org/10.7536/PC151212 https://cstr.cn/32298.14.PC151212

摘要 (3184) PDF全文 (6144) 可视化收藏引用

马国强, 王莉, 张建君, 陈慧闯, 何向明, 丁元胜. 含有氟代溶剂或含氟添加剂的锂离子电解液[J]. 化学进展, 2016, 28(9): 1299-1312.

Ma Guoqiang, Wang Li, Zhang Janjun, Chen Huichuang, He Xiangming, Ding Yuansheng. Lithium-Ion Battery Electrolyte Containing Fluorinated Solvent and Additive[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(9): 1299-1312.

CSCD(3)

随着大型移动设备（如新能源汽车等）、储能电站及其他便携式充电设备的日益普及，锂离子电池正逐步占领化学电源市场的主导地位。电解液是锂离子电池的重要组成部分，对电池的许多性能如输出电压、能量密度、输出功率、寿命、温度适用范围和安全性能等具有重要的影响。氟具有很强的电负性和弱极性，氟代溶剂或含氟添加剂具有低熔点、高闪点和高氧化分解电压等优点。氟代溶剂与电极材料之间的润湿性也较好，在高电压电解液、高安全性电解液、宽温度窗口电解液以及其他特殊功能电解液的开发中具有深入的研究和广泛的应用。本文综述了近年来氟代溶剂或添加剂在锂离子电池电解液中的不同应用，分析阐述了其对电池性能提升的机理，总结了以氟代碳酸乙烯酯（FEC）为代表的氟代溶剂的合成方法，最后对用于锂离子电池电解液的氟代溶剂或含氟添加剂的研发方向和发展趋势进行了展望。
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综述与评论
基于非锂金属负极的锂离子全电池

明海, 明军, 邱景义, 余仲宝, 李萌, 郑军伟

化学进展. 2016, 28(2/3): 204-218. https://doi.org/10.7536/PC150816 https://cstr.cn/32298.14.PC150816

摘要 (1385) PDF全文 (3630) 可视化收藏引用

明海, 明军, 邱景义, 余仲宝, 李萌, 郑军伟. 基于非锂金属负极的锂离子全电池[J]. 化学进展, 2016, 28(2/3): 204-218.

Ming Hai, Ming Jun, Qiu Jingyi, Yu Zhongbao, Li Meng, ZhengJunwei. Lithium-Ion Full Batteries Based on the Anode of Non-Metallic Lithium[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(2/3): 204-218.

Baidu(7) CSCD(1)

可充电锂离子电池对于电子产品特别是手持设备的发展至关重要,其关键作用同样体现在飞速发展的电动汽车领域。此外,对电力系统的调配(削峰填谷)和新能源发电的并网也是很好的选择。但是传统锂离子电池较低的能量密度常被人诟病。传统石墨负极材料的替代物(如金属氧化物、钛基、锡基、硅基、合金等材料)能有效提高锂离子电池的容量和倍率性能,但目前缺乏充分的全电池实验数据予以证实,也鲜有新型负极材料成功用于商业化的锂离子全电池。由此可见,新型负极材料在锂离子全电池中的研究现状及其商业化应用前景等问题亟需面对和斟酌,也应受到锂离子电池研究者的广泛关注。因此,本文从负极材料首圈容量可逆/不可逆的特点着手,对基于非锂金属负极(如石墨、钛酸锂、二氧化钛、氧化锗、氧化铁、锡基、硅基等)的锂离子全电池的最新研究进行了论述。
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综述与评论
锂离子电池有机正极材料

陈军, 丁能文, 李之峰, 张骞, 钟盛文

化学进展. 2015, 27(9): 1291-1301. https://doi.org/10.7536/PC150106 https://cstr.cn/32298.14.PC150106

摘要 (3205) PDF全文 (4197) 可视化收藏引用

陈军, 丁能文, 李之峰, 张骞, 钟盛文. 锂离子电池有机正极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(9): 1291-1301.

Chen Jun, Ding Nengwen, Li Zhifeng, Zhang Qian, Zhong Shengwen. Organic Cathode Material for Lithium Ion Battery[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(9): 1291-1301.

Baidu(1) CSCD(1)

随着储能电源和电动汽车的迅猛发展,开发高能量密度的锂离子电池成为研究的重点之一。锂离子电池性能的提高很大程度上取决于正极材料的特性。目前,广泛使用的无机正极材料普遍存在容量提升有限、生产过程消耗能源大、存在安全隐患和成本高等缺陷。因此,需要开发比容量更高、安全性更好和在自然界中储量更为丰富的绿色能源材料。与无机正极材料相比,有机物正极材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强和体系安全的优点,是一类具有广泛应用前景的储能物质。本文综述了目前国内外已经开展的研究工作,介绍了作为锂离子正极材料的几类主要的有机化合物,包括导电高分子聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和含氧共轭化合物等;对比分析了这些化合物的电化学性能、电化学反应机理及其具备的优势和存在的不足;指出了有机化合物作为锂离子正极材料需要解决的问题及今后研究和改进方向。
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综述与评论
硅基锂离子电池负极材料

牛津, 张苏, 牛越, 宋怀河, 陈晓红, 周继升

化学进展. 2015, 27(9): 1275-1290. https://doi.org/10.7536/PC150155 https://cstr.cn/32298.14.PC150155

摘要 (4208) PDF全文 (91821) 可视化收藏引用

牛津, 张苏, 牛越, 宋怀河, 陈晓红, 周继升. 硅基锂离子电池负极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(9): 1275-1290.

Niu Jin, Zhang Su, Niu Yue, Song Huaihe, Chen Xiaohong, Zhou Jisheng. Silicon-Based Anode Materials for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(9): 1275-1290.

Baidu(43)

硅是目前已知比容量(4200 mAh ·g^-1)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(> 300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层(SEI),最终导致电化学性能的恶化。本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理,总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中巨大体积效应的相关工作,并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法、电化学性能和相应机理,重点介绍了硅炭复合材料。另外,介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机理。最后,对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景。
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综述与评论
锂离子电池锡-金属-碳复合负极材料

孟浩文, 马大千, 俞晓辉, 杨红艳, 孙艳丽, 许鑫华

化学进展. 2015, 27(8): 1110-1122. https://doi.org/10.7536/PC150161 https://cstr.cn/32298.14.PC150161

摘要 (1667) PDF全文 (3100) 可视化收藏引用

孟浩文, 马大千, 俞晓辉, 杨红艳, 孙艳丽, 许鑫华. 锂离子电池锡-金属-碳复合负极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(8): 1110-1122.

Meng Haowen, Ma Daqian, Yu Xiaohui, Yang Hongyan, Sun Yanli, Xu Xinhua. Tin-Metal-Carbon Composite Anode Materials for Lithium Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(8): 1110-1122.

Baidu(7) CSCD(1)

石墨作为锂离子电池的负极材料已经使用了很长时间。但由于其嵌锂容量低,已不能满足动力电池快速发展的需求。而锡可以与锂形成合金,有可能取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是单纯的金属锡在电池循环过程中发生巨大的体积变化,容易导致电极材料的粉化。而碳材料具有较高的导电性,良好的机械性能和储锂性能。为了充分发挥金属锡和碳材料的优势,锡-碳(Sn-C)复合材料得到了广泛研究。本文详细介绍了无定型碳、石墨(G)、石墨烯(GP)、碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)等碳材料作为惰性的导电基体与锡形成的二元复合物,阐述了锡与其它金属(M)形成的碳基三元、多元复合物的结构和性能。通过总结近些年对锡碳复合物结构与性能的研究,相信多元复合和多种结构的应用是提高锡-碳复合负极材料的关键。其中,以Sn-Co-C为基础的多元复合负极材料最有可能走向市场应用。
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综述与评价
过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用

陈汝文, 涂新满, 陈德志

化学进展. 2015, 27(4): 416-423. https://doi.org/10.7536/PC140824 https://cstr.cn/32298.14.PC140824

摘要 (1926) PDF全文 (2236) 可视化收藏引用

陈汝文, 涂新满, 陈德志. 过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(4): 416-423.

Chen Ruwen, Tu Xinman, Chen Dezhi. Transition Metal Nitrides for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(4): 416-423.

Baidu(19) CSCD(2)

锂离子电池因其卓越的性能已成为当前使用最广泛的二次电池。过渡金属氮化物因具有低而平的充放电电位平台、可逆性能好与容量大等特点,被广泛应用于锂离子电池负极材料。本文简要综述了过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用现状和研究进展。重点介绍了过渡金属氮化物及其复合物的物理和化学制备方法及其在锂离子电池中的应用研究进展,并且指出过渡金属氮化物应用于锂离子电池中目前面临的问题以及相应解决方案。
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综述与评价
锂离子电池SiO_x(0<x≤2)基负极材料

刘欣, 赵海雷, 解晶莹, 吕鹏鹏, 王可, 崔佳佳

化学进展. 2015, 27(4): 336-348. https://doi.org/10.7536/PC141010 https://cstr.cn/32298.14.PC141010

摘要 (2415) PDF全文 (3811) 可视化收藏引用

刘欣, 赵海雷, 解晶莹, 吕鹏鹏, 王可, 崔佳佳. 锂离子电池SiO_x(0<x≤2)基负极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(4): 336-348.

Liu Xin, Zhao Hailei, Xie Jingying, Lv Pengpeng, Wang Ke, Cui Jiajia. SiO_x(0<x≤2) Based Anode Materials for Lithium-Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(4): 336-348.

随着锂离子电池向电动汽车、可再生能源储能系统等大型应用领域发展,锂离子电池的能量密度、功率密度等性能指标需要进一步提高。在负极材料方面,传统的石墨碳负极材料的比容量有限,已经难以满足高能量密度电池的需求。以Si基材料为代表的新型高比容量负极材料受到了人们的广泛关注。其中,SiO_x材料在发挥高比容量的同时,具有相比纯Si更小的体积变化,因而在循环寿命方面更具实用潜力。本文对目前报道的SiO_x基负极材料的研究工作进行总结,系统阐述了SiO_x材料的基本电化学性能、结构模型、电化学机理及合成方法,分类介绍了改进SiO_x材料电化学性能的各类措施,并对其中SiO及无定形SiO₂材料进行了重点论述。研究表明,氧含量、歧化程度、表面状态等对SiO_x材料的电化学性能具有重要影响;界面团簇混合(ICM)结构模型可更好地对其电化学机理进行理解;通过与第二相(碳、金属、金属氧化物等)复合,造孔,表面改性(包覆、刻蚀等)及其他手段(改变粘结剂及电解液)可有效提升SiO_x基材料的首次库仑效率和循环性能;部分使用SiO_x基材料的全电池具有循环600次后容量保持率达90%的优秀循环性能。SiO_x基材料已成为一种在高比能量锂离子电池中极具应用潜力的负极材料。
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综述与评论
锂离子电池铌基氧化物负极材料

娄帅锋, 程新群, 马玉林, 杜春雨, 高云智, 尹鸽平

化学进展. 2015, 27(2/3): 297-309. https://doi.org/10.7536/PC140932 https://cstr.cn/32298.14.PC140932

摘要 (2943) PDF全文 (2960) 可视化收藏引用

娄帅锋, 程新群, 马玉林, 杜春雨, 高云智, 尹鸽平. 锂离子电池铌基氧化物负极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(2/3): 297-309.

Lou Shuaifeng, Cheng Xinqun, Ma Yulin, Du Chunyu, Gao Yunzhi, Yin Geping. Nb-Based Oxides as Anode Materials for Lithium Ion Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(2/3): 297-309.

Baidu(9)

锂离子电池负极材料钛酸锂由于其高功率和优异的循环性能得到了广泛的研究,但是较低的比容量(175 mAh/g)限制了其应用前景。与钛酸锂相比,铌基氧化物具有相似的嵌脱锂电位和更高的比容量,也展现出良好的倍率性能和循环性能,有望成为新型功率型负极材料。本文综述了多种铌基复合金属氧化物(Nb₂O₅,TiNb₂O₇,LiNb₃O₈等)的晶体结构、电化学性能和嵌脱锂机理,讨论了材料的组成、形貌和制备工艺等对其嵌脱锂性能的影响,并概述其作用机制。此外,本文还归纳总结了铌基材料嵌脱锂行为的共性,并比较了它们与钛酸锂的异同,对其作为高功率锂离子电池负极材料的研究趋势和发展前景进行了展望。
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综述与评论
钛酸锂基锂离子电池的析气特性

王倩, 张竞择, 娄豫皖, 夏保佳

化学进展. 2014, 26(11): 1772-1780. https://doi.org/10.7536/PC140720 https://cstr.cn/32298.14.PC140720

摘要 (1709) PDF全文 (3450) 可视化收藏引用

王倩, 张竞择, 娄豫皖, 夏保佳. 钛酸锂基锂离子电池的析气特性[J]. 化学进展, 2014, 26(11): 1772-1780.

Wang Qian, Zhang Jingze, Lou Yuwan, Xia Baojia. Characteristic of Gas Evolution in Lithium-Ion Batteries Using An Anode Based on Lithium Titanate[J]. Progress in Chemistry, 2014, 26(11): 1772-1780.

目前商用锂离子电池主要使用碳负极材料.零应变的钛酸锂被认为是比碳更安全、寿命更长的负极材料,在混合电动汽车和风/光/电并网、智能电网等领域有独特的应用前景.但是,采用钛酸锂负极的锂离子电池在充放电及储存过程中极易发生气胀,从而导致外壳变形、电池向外析气、电池性能急剧下降等问题,这是制约钛酸锂实际应用的最大障碍.本文首先介绍了钛酸锂基锂离子电池的产业发展状况,其采用的正极材料分别为Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄与LiCoO₂等四种.针对其气胀问题,从钛酸锂电极材料的界面特性、水分、电解液还原分解、负极电位、杂质等方面综述了相关的最新研究进展.同时结合本课题组的研究工作,从材料、工艺、使用等角度指出了气胀的改进措施,最后,提出钛酸锂基锂离子电池气胀方面亟待解决的问题及今后的研究重点.

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