锂离子电池高容量硅负极嵌锂过程中的表面成膜研究
硅负极添加剂对锂离子电池的影响_冯明燕
第30卷 第6期 无 机 材 料 学 报Vol. 30No. 62015年6月Journal of Inorganic Materials Jun., 2015收稿日期: 2014-12-05; 收到修改稿日期: 2015-02-27基金项目: 国家自然科学基金(11372217); 天津市重点基金项目(14JCZDJC32400)National Natural Science Foundation of China (11372217); Tianjin Committee of Science and Technoogy (14JCZDJC32400) 作者简介: 冯明燕(1990–), 女, 硕士研究生. E-mail: fmyxinya125@ 通讯作者: 田建华, 教授. E-mail: jhtian@文章编号: 1000-324X(2015)06-0647-06 DOI: 10.15541/jim20140633硅负极添加剂对锂离子电池的影响冯明燕, 田建华, 刘园园, 单忠强(天津大学 化工学院, 天津 300072)摘 要: 选用乙炔黑(AB)、SuperP 、VulcanXC-72和BP2000四种导电剂, 研究其物化性能及含量对硅电极电化学性能的影响; 探讨了粘合剂种类和用量对硅电极电化学性能的影响。
采用场发射扫描电子显微镜对硅电极的形貌进行表征; 采用恒流充放电测试及循环伏安法对硅电极的电化学性能进行测试。
结果表明, 导电剂SuperP 具有良好的导电性、适中的比表面积(75.8 m 2/g)和颗粒尺寸(39.2 nm), 有利于提高硅负极的循环性能及倍率循环性能。
采用15wt%的导电剂 SuperP 与15wt%的粘合剂CMC 所制备的电极循环50次后可逆比容量保持在1143.8 mAh/g 。
关 键 词:锂离子电池; 硅负极; 导电剂; 粘合剂 中图分类号: TM911 文献标识码: AEffect of Silicon Anode Additives on Lithium Ion BatteriesFENG Ming-Yan, TIAN Jian-Huan, LIU Yuan-Yuan, SHAN Zhong-Qiang(School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: Silicon anode of lithium ion batteries was fabricated with different binders and conductive additives(acetylene black, SuperP, VulcanXC-72, BP2000), and the electrochemical performance was investigated in detail. The effect of morphology and addition amount of conductive additives on the electrochemical performance of silicon elec-trode were investigated. Then, the appropriate type and content of binder in the silicon electrode was optimized. The morphology of silicon electrodes were characterized by scanning electron microscope(SEM). Electrochemical per-formances of the silicon electrodes were measured by constant current charge-discharge and cyclic voltammetry(CV). The results shows that SuperP has good electrical conductivity, a suitable surface area of 75.8 m 2/g and average particle size of 39.24 nm, which can improve cycling performance and rate performance of the silicon electrode. With 15wt% SuperP and 15wt% CMC, the electrode exhibits a reversible capacity of 1143.8 mAh/g after 50 cycles.Key words: lithium ion batteries; silicon anode; conductive additives; binders商品化的锂离子电池负极材料主要是石墨碳材料, 其理论容量仅为372 mAh/g, 寻找更高容量和更为环保的非碳类负极材料是目前锂离子电池负极材料研究的重要方向之一。
硅负极sei膜在循环过程的演变
硅负极SEI膜（Solid Electrolyte Interphase）是指在锂离子电池中，锂离子在负极（即硅负极）上嵌入和脱嵌的过程中形成的固体电解质界面膜。
SEI膜的性质对电池的循环稳定性和容量保持率具有重要影响。
本文将从SEI膜的形成机理和演变过程入手，探讨硅负极SEI膜在循环过程中的演变，为锂离子电池材料的研究提供参考。
一、SEI膜的形成机理SEI膜的形成主要是由于硅负极在第一次充放电过程中发生了一系列电化学反应，其中包括：1.1 锂离子嵌入硅负极：在充电过程中，锂离子从正极流向负极，在硅负极表面发生嵌入反应，形成金属硅锂化合物。
1.2 电解质分解：电解质中的溶解盐在电场的作用下发生还原和氧化反应，生成固体氧化物和有机化合物，形成SEI膜的基础。
1.3 基团聚合：形成的固体氧化物和有机化合物会发生进一步的重排和聚合反应，形成致密的SEI膜。
二、SEI膜的演变过程在锂离子电池的循环过程中，SEI膜会发生演变，主要包括以下几个阶段：2.1 初始形成阶段：在第一次充放电循环中，SEI膜经历了较大的形成和膨胀过程，形成了比较厚的SEI膜。
2.2 稳定阶段：在经过数次循环后，SEI膜逐渐稳定下来，电池的循环性能得到改善。
2.3 衰减阶段：随着循环次数的增加，SEI膜会逐渐发生衰减，这主要是因为SEI膜的致密程度下降，导致电池容量下降和循环稳定性变差。
三、影响SEI膜演变的因素SEI膜的演变过程受到多种因素的影响，主要包括：3.1 电解液的性质：电解质中的添加剂、溶解盐浓度和溶剂的选择都会对SEI膜的形成和演变产生影响。
3.2 硅负极的结构和形貌：硅负极的表面形貌和结构对SEI膜的形成和稳定性有着重要影响。
3.3 充放电循环条件：电池的充放电循环条件，包括电流密度、温度和充放电速率等因素都会对SEI膜的演变产生影响。
四、改善SEI膜的方法为了改善硅负极SEI膜的稳定性和循环性能，研究者们提出了多种方法，主要包括：4.1 表面涂层：通过在硅负极表面涂覆一层稳定的SEI材料，可以改善SEI膜的稳定性并提高电池循环性能。
锂离子电池负极材料的研究及应用进展
锂离子电池负极材料的研究及应用进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源及其存储技术受到了广泛关注。
锂离子电池作为一种高效、环保的能源存储技术，广泛应用于电动汽车、移动电子设备以及大规模储能系统中。
而负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能量密度、循环寿命和安全性。
因此，研究和开发高性能的锂离子电池负极材料对提升电池性能、推动锂离子电池技术的发展具有重要意义。
本文旨在综述锂离子电池负极材料的研究现状和应用进展。
我们将简要介绍锂离子电池的基本工作原理和负极材料的主要性能指标。
然后，我们将重点综述各类负极材料的制备方法、性能特点以及在实际应用中的表现。
在此基础上，我们将讨论当前负极材料研究领域的热点问题和发展趋势，包括硅基负极材料、锂金属负极材料以及新型二维负极材料等。
我们将展望锂离子电池负极材料的未来发展方向，以期为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供有益的参考和启示。
二、锂离子电池负极材料分类锂离子电池的负极材料是影响电池性能的关键因素之一，其性能直接影响到电池的容量、能量密度、循环寿命和安全性能。
根据材料的性质和应用需求，锂离子电池的负极材料主要分为以下几类：碳材料：碳材料是目前商业化锂离子电池中应用最广泛的负极材料，主要包括石墨、软碳和硬碳等。
石墨具有良好的层状结构，可以提供较高的比容量和良好的循环稳定性。
软碳和硬碳则具有较好的嵌锂能力和较高的能量密度。
合金材料：合金材料如锡、硅、锗等具有较高的理论比容量，是下一代锂离子电池负极材料的热门候选。
然而，合金材料在充放电过程中存在较大的体积变化，容易导致电池循环寿命下降。
目前的研究主要集中在如何缓解合金材料的体积变化和提高其循环稳定性。
氧化物材料：氧化物材料如过渡金属氧化物（如CoO、Fe2O3等）和锂氧化物（如Li4Ti5O12）等也具有一定的应用潜力。
这些材料具有较高的能量密度和良好的循环稳定性，但导电性较差，需要进行改性以提高其电化学性能。
高比能量锂离子电池硅基负极材料研究进展
高比能量锂离子电池硅基负极材料研究进展谭毅;王凯【摘要】硅的理论嵌锂比容量是石墨材料比容量的十倍以上,脱锂电位低,资源丰富,倍率特性较好,故高比能量的硅基材料成为了电动汽车?可再生能源储能系统等领域的研究热点?但由于其在脱嵌锂过程中巨大的体积膨胀效应会导致硅电极材料粉化和结构崩塌,并且在电解液中硅表面重复形成的固相电解质层(SEI)使极化增大?库伦效率降低,最终导致电化学性能的恶化?为了解决上述问题,加快实现硅基电极的商业化应用,本文系统总结了通过硅基材料的选择和结构设计来解决充放电过程中体积效应的工作,并深入分析和讨论了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,重点介绍了硅碳复合材料和SiOx(0<x≤2)基复合材料?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.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】9页(P349-357)【关键词】硅基材料;负极材料;锂离子电池;综述【作者】谭毅;王凯【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院, 大连 116024;大连理工大学辽宁省太阳能光伏系统重点实验室, 大连 116024;大连理工大学材料科学与工程学院, 大连 116024;大连理工大学辽宁省太阳能光伏系统重点实验室, 大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TM912锂离子电池由于脱锂电位低,资源丰富,绿色环保,比能量较高、无记忆效应和工作电压高等优势,在手机、笔记本电脑及数码相机等电子产品领域得到了广泛应用。
高比能量的锂离子电池从电子终端设备走向电动汽车和储能技术领域势在必行[1-2]。
常见的锂离子电池负极材料有软碳、硬碳、中间相碳微球(MCMB)、人造石墨、天然石墨、钛酸锂(LTO)和硅基材料等。
目前,锂离子电池商用负极材料石墨的比容量已接近理论值(372 mAh/g),很难再有质的提升,LTO虽然循环安全性较好,但是比容量太低(176 mAh/g),难以满足未来高比能量电池的发展需求。
碳、硅及磷酸钛锂纳米复合膜锂离子电池负极材料的研究
碳、硅及磷酸钛锂纳米复合膜锂离子电池负极材料的研究随着信息技术、手持式机械和电动汽车的迅猛发展，对高效能电源的需求急剧增长，高能量密度、高功率密度的锂离子电池已经成为目前发展最为迅速的领域之一。
一方面，随着化石类能源的不断消耗，以及人们环保意识的加强，传统能源消耗方式必将发生改变；另一方面，太阳能、风能等新型能源仍然存在很大的局限性，比如供能间歇式的问题。
所以，锂离子电池的发展是必然趋势。
锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一类新型电池，在锂离子电池中采用可使锂离子嵌入和脱出的碳材料代替纯锂作为负极，锂离子电池具有安全性能高、循环寿命好、高比能量、高电压、等优点，在众多储能器件中优点突出。
提高锂离子电池的关键在于正负极材料，而正极材料的比容量很难提高，因此提升锂离子电池储能密度要在负极材料上着手。
硅作为负极材料，理论比容量高，自然界储量丰富，储锂电位低，是最具潜力的新一代锂离子电池负极材料，具有十分广阔的发展应用前景。
但需要解决硅在脱、嵌锂过程中的体积效应，以及低电导率问题，解决方法主要是纳米化和缓冲介质。
采用PVD法制备多层膜结构的碳、硅及磷酸钛锂复合薄膜，纳米硅层和碳缓冲层都可以有效缓解了硅在充放电过程中的体积膨胀，从而改善锂离子电池的循环效应，磷酸钛锂的引入能够增加硅的离子电导率，加快了活性物质活化。
实验发现，复合薄膜的循环性能欠佳，猜测是由于薄膜的结晶性不好引起的，因此对薄膜进行不同温度的热处理，发现薄膜的结晶性发生改变，循环性能能够得到很大改善。
1.1前言随着社会以及科技的进步，不论是基础工业，还是新兴科技产业，都对能源有着越来越大的需求,能源作为社会发展的重要动力，一直受到极高的重视，各类新型能源不断诞生，如风能、太阳能、地热能等。
考虑到持续长时间供电，以及石油天然气不可再生问题及对环境造成污染问题，对高能量密度高功率密度的锂离子电池的需求越来越迫切。
现如今，电动自行车、电脑、手机等各类电子产品在人们的生活当中愈发重要，因此对高储能设备的依赖性也越来越大，对二次电池的需求不断增加。
锂离子电池电解液负极成膜添加剂的研究进展
2016年第35卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1477·化 工 进展锂离子电池电解液负极成膜添加剂的研究进展周丹，梁风，姚耀春（昆明理工大学真空国家工程实验室，云南省有色金属真空冶金重点实验室，省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，云南 昆明650093）摘要：解决锂离子电池电极材料和电解液相容性的关键是形成稳定且Li +可导的固态电解质界面膜（SEI 膜），因此，对优质负极成膜添加剂的研究成为锂离子电池研发中的一个热点。
本文综述了锂离子电池电解液成膜添加剂的作用原理，具体介绍了各类负极成膜添加剂的研究现状，从成膜反应机理和理论计算方面详述了近几年来负极成膜添加剂的研究进展。
分析了所存在的问题主要是如何快速地挑选出更适宜、更高效的成膜添加剂，并指出了成膜添加剂未来的发展趋势为：①研究各添加剂与电解液的反应机理，着重开发对锂离子电池副反应小的负极成膜添加剂；②通过选择两种或两种以上的添加剂的协同作用，以弥补一种添加剂的不足；③提高无机成膜添加剂在电解液中的溶解度。
关键词：锂离子电池；电解质；成膜添加剂；固态电解质界面膜（SEI 膜）中图分类号：O 646.5；TM 912 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）05–1477–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.031Research progress of negative film-forming additives in electrolyte forLi-ion batteriesZHOU Dan ，LIANG Feng ，YAO Yaochun（The National Engineering Laboratory for Vacuum Metallurgy ，Kunming University of Science and Technology ，Key Laboratory for Nonferrous Vacuum Metallurgy of Yunnan Province ，State Key Laboratory Breeding Base of ComplexNonferrous Metal Resources Clear Utilization in Yunnan Province ，Kunming 650093，Yunnan ，China ）Abstract ：Forming a stable solid electrolyte interface film (SEI film) is the key to solve the compatibility between lithium ion battery electrode material and electrolyte. Therefore ，the research of high quality anode film-forming additive in electrolyte for lithium ion battery attracts much attention. The principle of film-forming additives for organic electrolyte in Li-ion batteries was reviewed. The research status of a variety of additives was particularly introduced. The recent progress on negative film-forming additives was reviewed in detail ，from the perspectives of film formation mechanisms and quantum calculation. The main problem was how to select more suitable and efficient film-forming additives. In addition ，the possible trends in this area were proposed ：①Understanding the mechanism of additive reacting with the electrolyte ，especially for the negative film forming additive which has minimum side effects for lithium ion battery ；②Combining two or more additives together to compensate the deficiencies of one additive ；③Increasing the solubility of inorganic film-forming additives in the electrolyte.Key words ：Li-ion battery ；electrolytes ；film-forming additives ；solid electrolyte interface (SEI)第一作者：周丹（1991—），女，硕士研究生。
硅负极嵌锂过程
硅负极嵌锂过程简介硅负极嵌锂是一种新型的锂离子电池负极材料，具有高容量和高能量密度的特点。
在锂离子电池中，正极材料嵌锂/脱锂的过程是电池充放电循环中的关键环节之一。
而硅负极材料由于其特殊的结构和化学性质，使得其嵌锂过程相对复杂，需要深入研究和优化。
本文将详细介绍硅负极嵌锂过程的原理、影响因素以及相关优化措施。
原理嵌锂机理硅负极材料在充放电循环中发生嵌锂/脱锂反应。
在充电过程中，锂离子从正极经过电解液迁移到负极表面，并与硅形成化合物。
这个过程也被称为嵌入反应。
在放电过程中，这些化合物会释放出嵌入的锂离子，使其返回到正极。
反应方程式硅负极材料与锂离子之间的嵌锂反应可以用以下方程式表示：Si + xLi+ + xe- ↔ LixSi其中，x代表嵌入的锂离子的数量，e-代表电子。
反应机制硅负极材料在充放电循环中经历了多个阶段的反应。
在充电过程中，硅表面形成一层锂化合物膜，阻止进一步的锂离子嵌入。
这个过程被称为SEI（固体电解质界面）膜形成。
当电池开始放电时，SEI膜开始分解，并释放出嵌入的锂离子。
然后，硅会逐渐膨胀，并最终导致材料破裂。
影响因素粒径和结构硅负极材料的粒径和结构对其嵌锂性能有重要影响。
较小的粒径可以增加材料的表面积，并提高锂离子与材料之间的接触面积，从而促进嵌锂反应。
此外，纳米级结构也能够缓解硅在充放电循环中的体积变化问题。
化学组成硅负极材料通常是由纯硅和其他添加剂组成的复合材料。
添加剂的种类和含量可以影响材料的嵌锂性能。
例如，添加一些碳材料可以提高硅负极材料的导电性，促进锂离子的传输。
循环次数硅负极材料在充放电循环中会发生体积变化，这会导致材料疲劳和破裂。
因此，循环次数对硅负极材料的寿命和稳定性有重要影响。
温度温度对硅负极嵌锂过程有显著影响。
较高的温度可以增加反应速率，但也可能导致材料过早失效。
较低的温度则会降低反应速率，但也可能导致电池容量下降。
优化措施纳米结构设计通过控制硅负极材料的纳米结构，可以改善其嵌锂性能。
纳米硅材料在锂离子电池方面的应用研究
图 ２ 经 ２００ 个循环后的硅纳米管 ＳＥＭ 图［９］
从上图可以看出，硅纳米管在 ２００ 个循环后没有因为在 锂离子的插入和脱嵌过程中而产生的巨大体积变化。硅纳米 管相对于颗粒材料，增加了比表面积，增加了有效电化学反应 的接触面积，可以使更多的活性材料参与电化学反应，进而提 高了比容量。
１．３ 硅纳米线
１．３．１ 纯硅纳米线 Ｋｕｉｑｉｎｇ Ｐｅｎｇ［１０］等报道通过金属催化化学腐蚀的方法制备
出大面积的硅纳米线阵列用在可充电锂离子电池的负极（如图 ３ 所示）。
在 Ｃ／５ 的倍率下，２０ 次循环容量保持在 ３ ５００ ｍＡｈ／ｇ。在 １ Ｃ 倍率下，容量大于 ２ １００ ｍＡｈ／ｇ，这仍然是石墨容量的 ５ 倍。这是由于无电镀蚀刻的硅纳米线有好的导电性和粗糙的 表面积，有助于电荷的输运和锂离子的插入和脱出。
２０１２．４ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．４
５９４
综
述
高的电子电导率，并能在锂离子嵌入和脱嵌过程中适应体积 的变化。
Ｈｕｉｘｉｎ Ｃｈｅｎ［１７］等报道了在电压为 ０．０２～２．０ Ｖ，电流密度 为 ２１０ ｍＡ／ｇ 时，碳包覆的硅纳米线和无碳包覆的硅纳米线其 充放电容量及库仑效率，如表 １ 所示。
从表 １ 中很明显可以看到碳包覆的硅纳米线比无碳包覆
锂离子电池硅基负极材料研究与进展
Research progress in silicon -based anode materials for lithium -ion batteries
HAO Haobo 1,2 , CHEN Huimin 1 , XIA Gaoqiang 2 , FAN Xiecheng 2 , ZHAO Peng 1,2
Key words: lithium-ion battery; silicon anode material; review; SiO; carbon coating
收稿日期: 2020-10-15
基金项目: 新疆维吾尔自治区高校科研计划科学研究重点项目(XJEDU2019I025)
通信作者: 陈惠敏, 教授, 主要从事功能材料的制备研究。 E-mail: chm@ cjc. edu. cn
为了克服纯硅负极材料在锂离子电池应用中存在的
这些缺陷, 提高锂离子电池性能, 研究者进行了多种改
进研究, 包括硅的纳米化
成硅 / 金 属 合 金
覆
[28-34]
[23-27]
[8-17]
, 合成氧化亚硅
[18-22]
, 合
以及对硅材料进行表面碳包
。 本文对锂离子电池硅基负极材料的研究进展进
行了综述, 并对硅基负极材料的发展趋势进行了展望。
摘 要: 随着消费类电子产品及新能源汽车的发展, 高能量密度的锂离子电池逐步成为了研究热点。 当前使用的石
墨负极材料的理论比容量为 372 mAh / g, 亟需研发高容量的负极材料。 硅作为负极材料, 其比容量为石墨的 10 倍,
且脱锂电位低, 被认为是最具潜力的新型负极材料。 纯硅负极材料在锂离子电池应用中, 由于其巨大的体积膨胀效
锂离子电池硅负极材料嵌锂结构及其性能演变
锂离子电池硅负极材料嵌锂结构及其性能演变
石红德;刘峰斌;司丽娜;阎红娟;张淑婷;陈强华
【期刊名称】《材料科学与工程学报》
【年(卷),期】2022(40)4
【摘要】利用第一性原理方法研究了锂原子在硅材料中的嵌入,考察了锂原子在不同的掺杂位点和掺杂浓度时掺锂体系的稳定性、结构变化、能带图和态密度图等。
研究结果表明,锂原子在体硅材料中的掺杂方式是间隙掺杂而非取代掺杂,最稳定的嵌入位点是硅中四面体中心(Td)位点;当浓度达到12.5%时,体积膨胀率明显增大。
随着锂原子的嵌入,体硅材料呈金属化特征。
【总页数】5页(P663-667)
【作者】石红德;刘峰斌;司丽娜;阎红娟;张淑婷;陈强华
【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.锂离子电池SiO/C负极材料制备与嵌锂性能研究
2.纳米碳纤维作锂离子电池负极材料的嵌锂性能
3.具有电容和脱嵌锂特性的锂离子电池复合负极材料性能
4.天然石墨/锑复合材料作为锂离子电池负极材料嵌/放锂性能研究
5.锂离子电池硅基负极材料嵌锂行为的第一性原理研究
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锂离子电池电解液负极成膜添加剂研究进展
电动车 。随着科 技 的不 断进 步 ， 锂离子 电池 性能 的 对
要求 越来 越 高 。开发高 能量 密度 、 拓宽 电池 使用温 度 范 围 、提 高 电池 安全 性 能等 问 题 给广 大锂 离 子 电池
收 稿 日期 ： Ｏ ７ ｏ 一 ｌ ２ ｏ 一 ４ Ｏ
是 电 子绝 缘体 却 是 Ｌ 优 良导体 ， ｉ 以经 过 该 钝 ｉ 的 Ｌ 可 化层 自由地嵌 入 和脱 出 。关于该 钝 化层 ， 提 出 了 人们
ＭａｅｉｓＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉ ， ｏｔ ｈｎ ｎｖｒｔ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ Ｇ ａｇｈ ｕ Ｃ 嘲 ， １ ６ １ ｈｎ） ｔｒ ｌ ｃ ｃ ｎ ｎ ｉ ｒ ｇ ＳｕｈＣ ｉ Ｕ ｅｓ ｙｏ ｅ ｈｏ ｇ ， ｕｎｚｏ ， ｌ ０ ４ ， ｉ ａ ｅ ｅ ｎ ａ ｉ ｉ ｆ ｏ ｇ５ Ｃ ａ
数 种模 型 去模 拟 ， 中最 著 名 的是 “ 其 固体 电解 质 相界 面膜 ” ｏｉ ｅｅｔ ｌｔ ｉｔ ａｅ简称 Ｓ Ｉ 。多 种分 （ ｌ ｌ ｒ ｙｅ ｎｅ ｃ ｓ ｄ ｃｏ ｒ ｆ Ｅ 膜）
基 金 项 目： 东 省 攻 关 计划 （ 号 ２０ Ａｌ７ ４ ｏ ） 广 州 市 广 编 Ｏ６ ｏ ｏ ０ ３ 和 科技攻关计划 （ 号 ２０ｚ 一 ２３ ） 编 Ｏ ６ ３ Ｄ ０ １ 作者 简 介 ： 宗 平 （９ ２ ， ， 东 省 人 ， 士生 蔡 １８ 一） 广 男 硕 Ｂｉｇａ ｈ ： ＡＩ ｏｇ ｐｎ（９ ２ ） ａｅ ｃｎ ｉａｅｆｒ ａｔｒ ｏ ｒｐ ｙ Ｃ ｎ－ ｉｇ１８ 一， ｌ， ａｄｄ ｔ ｏ ｓ ． Ｚ ｍ ｍ ｅ
与此 相似 ，ｕ ｔ 人研究 发现 Ｐ （ 酸 内酯） Ｚ ｏｌ ｇ 等 Ｓ丙磺 也
能 够显著 提高 锂离子 电池 的电化学 性能 。 Ｗｒｄ ｉ 【 则 在 ｌ ｏ ＬＬＣＯ Ｐ 中添 加 ５ ｏ ｎｇ 等 ｇ ｍ ｌ ｉＩ ｄ Ｃ ／ ％ （ 体积 分数 ） 亚硫 酸 乙烯 酯 （ Ｓ 或 亚 硫酸 丙烯 酯 （ Ｓ Ｅ） Ｐ）
锂离子电池负极材料的表面改性研究
锂离子电池负极材料的表面改性研究锂离子电池是一种广泛应用于电子设备和电动汽车等领域的重要能源储存装置。
在锂离子电池中，负极材料的性能对其续航能力和循环寿命有着重要影响。
然而，传统的负极材料在使用过程中存在一些问题，如容量衰减、循环寿命短等。
因此，对负极材料进行表面改性已成为提高锂离子电池性能的重要途径。
经过多年的研究，科学家们发现，通过表面改性可以改善锂离子电池负极材料的性能。
首先，表面改性可以改善负极材料的导电性。
在传统的负极材料中，粒子之间存在间隙，电子的传导受到一定的阻碍。
通过在负极材料的表面引入导电性材料，如碳纳米管等，可以填充间隙，提高电子的传导性能，从而减小电阻，提高电池的充放电效率。
其次，表面改性可以增加负极材料与电解液之间的相互作用力。
在锂离子电池中，电解液中的锂离子需要在负极材料表面进行嵌入和脱嵌，完成电池的充放电过程。
然而，传统的负极材料表面往往平整而光滑，对锂离子的吸附能力较差，导致充放电效率不高。
通过在负极材料表面引入具有嵌入性能的功能材料，如氧化钛等，可以增加锂离子在负极材料表面的吸附能力，提高充放电效率。
此外，表面改性还可以增强负极材料的结构稳定性。
在锂离子电池充放电过程中，负极材料往往会发生体积变化，导致负极材料的结构破坏和颗粒团聚。
这些问题不仅会降低电池的循环寿命，还可能引发电池的安全隐患。
通过在负极材料表面引入具有弹性和稳定性的材料，如硅胶等，可以增强材料的结构稳定性，减轻体积变化对材料的影响，提高电池的循环寿命和安全性。
除了上述的几种改性方式外，还有一些新颖的负极材料表面改性方法在研究中呈现出潜力。
例如，通过磷酸盐离子涂层可以降低负极材料与电解液之间的界面电阻；通过纳米结构调控可以改善材料的电化学性能等。
这些方法在提高锂离子电池性能方面具有很大的潜力，但尚需进一步的研究和实践验证。
综上所述，锂离子电池负极材料的表面改性研究是提高电池性能的重要途径。
通过改善负极材料的导电性、增加与电解液之间的相互作用力以及增强负极材料的结构稳定性，可以有效提高电池的充放电效率、循环寿命和安全性。
硅基锂离子电池负极材料的研究进展
TheSocialAngle 社会广角Cutting Edge Education 教育前沿 31硅基锂离子电池负极材料的研究进展文/张梓涵摘要：硅基材料理论比容量高达4200mAh/g，是锂离子电池负极材料中理论比容量最高的研究体系。
又因其具有低嵌锂电位、高能量密度，硅基材料成为了近些年来被广泛研究的对象，有望替代碳负极材料成为新一代锂离子电池负极材料的选择之一。
但同时在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生巨大的体积膨胀（300%以上），使材料逐渐粉化，导致电极活性物质与集流体失去接触，并且伴随着结构的破坏，暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的容量衰减，因而导致电池循环性能的恶化。
本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的相关储能以及失效机理，重点综述了近几年来针对硅基负极材料出现的问题所进行的改性研究，涵盖硅复合材料的制备、性能与不同维度的结构设计等等，并对硅基负极材料在未来领域的应用做出了展望。
关键词：硅基负极材料；锂离子电池1 硅基负极材料工作原理及挑战在现今各种储能电池技术中，锂离子电池具有能量密度高、工作电压高（3.6v 左右）、使用寿命长、无记忆效应、快速可逆充放电、高库伦效率、环境友好（无铅、浓硫酸以及重金属污染物）、政府政策支持等优势，这使其在众多储能系统中脱颖而出，并已在小型电子产品如手机,笔记本电脑及数码相机等中得到广泛应用。
随着科技的进步和需求的增长, 锂离子电池从电子终端设备走向电动汽车和储能技术领域已经成为必然。
这就意味着电子设备对能量密度的需求随之提高，所以提高锂离子电池的能量密度自然成为了重中之重。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜、集流体和封装材料等组成。
负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，对电池使用性能起到关键作用，近些年来被广泛研究。
现今主流的锂离子电池负极材料主要为石墨负极材料，其比容量为372mAh/g，远不能满足市场对下一代高能量密度锂离子电池的续航能力要求。
高容量锂离子电池硅基负极材料的研究进展
高容量锂离子电池硅基负极材料的研究进展徐凯琪;苏伟;钟国彬;魏增福;王超【摘要】Lithium ion battery is the core of new energy vehicles and energy storage technologies and development of high energy density electrode materials is crucial to develop next-generation high-performance lithium ion battery.Silicon-carbon composite is considered to be the most promising one among all silicon-based anode materials, but its cycle life is still to be improved, especially for high capacity composites.Silicon-based anode material has very high theoretical specific capacity, but in actual application its capacity decays rapidly, which seriously affects the large-scale commercialization.Therefore, this paper introduces the research progress of silicon-based anode materials from aspects of its mechanism, major problems in commercialization, improving methods for its electrochemical performance, and so on.It also looks forward future developing trend of silicon-based anode materials.%锂离子电池是现阶段新能源汽车和储能技术的核心,而开发高能量密度的正负极电池材料是发展下一代高性能锂离子电池的关键.在所有硅基负极材料中,硅碳复合材料被认为最具发展前景,但其循环寿命仍有待提高,特别是高容量的硅碳复合材料.硅基负极材料具有非常高的理论比容量,但在实际应用过程中容量衰减较快,这严重影响了其大规模商业化推广.对此,从硅基负极材料的机理、商业化应用需要解决的主要难题以及其电化学性能的改善方法等几方面介绍其研究进展,并对其未来的发展趋势进行展望.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2017(030)008【总页数】7页(P1-7)【关键词】锂离子电池;硅负极;储能;可再生能源;电动汽车【作者】徐凯琪;苏伟;钟国彬;魏增福;王超【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州 510080【正文语种】中文【中图分类】O646.21可再生能源是未来能源发展的方向，但可再生能源一般具有明显的间歇性，其产生的电能具有很大的波动性，直接大量接入电网将对整个电网系统产生强烈冲击。
锂离子电池固态电解质界面膜(SEI)的研究进展
锂离子电池固态电解质界面膜(SEI)的研究进展梁大宇;包婷婷;高田慧;张健【摘要】固态电解质界面膜(SEI)是指锂离子电池在首次充电过程中由于电解液被氧化还原分解并沉积在电极材料表面形成的界面膜.具有离子导通、电子绝缘特性的SEI膜是锂离子电池能够长期稳定工作的保障条件,对其容量、倍率、循环、安全性能等都有至关重要的影响.然而由于SEI膜的形成过程非常复杂且表征测试的难度极大,当前对SEI膜的特性认识仍然停留在实验观察和模型猜想的阶段,需要对SEI膜的定量分析和可控优化进行进一步的探究.本文综述了SEI膜的形成过程机理、影响因素、研究思路及其现状,并对未来潜在的研究方向展望如下:研究新型正极材料表面SEI膜的形成机理以及作用;探索功能电解液的配方优化,研究新型溶剂、锂盐或添加剂的成膜机理及作用;采用原位分析或理论计算的方法深入研究SEI膜的化学组成和形貌结构;探索有效的人工SEI膜构建方法并实现SEI膜结构的可控优化.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2018(007)003【总页数】6页(P418-423)【关键词】锂离子电池;固态电解质界面膜;成膜机理;电解液【作者】梁大宇;包婷婷;高田慧;张健【作者单位】合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究总院,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究总院,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究总院,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究总院,安徽合肥230011【正文语种】中文【中图分类】TM911锂离子电池在纯电动汽车（EV）、混合动力电动汽车（HEV）以及储能电站等领域有着广泛的应用，已经成为各国研究者们的研究热点和应对当前全球严重能源危机和环境问题的重要途径之一[1-4]。
目前对锂离子电池的研究集中在提高能量密度、倍率和功率性能、循环性能、安全性能以及降低生产制造成本等方面，然而在与锂离子电池相关的几乎所有研究领域都不可避免的要涉及到对固态电解质界面膜（SEI）的分析与讨论。
锂离子电池硅基负极界面反应的研究进展
锂离子电池硅基负极界面反应的研究进展常增花;王建涛;李文进;武兆辉;卢世刚【摘要】硅作为一种极具潜力的锂离子电池负极材料,已引起研究者的广泛关注.然而硅材料储锂过程中伴随着巨大的体积变化,导致电极/电解液界面不稳定,是限制硅电极商业化的主要因素之一.深入了解硅负极的界面反应机理,有助于改善硅负极的界面性质,进而提高硅负极的电化学性能.本文综述了硅负极界面反应的演化机制,包括Li-Si合金化过程、硅表面氧化硅的反应和表面纯化膜的形成,并讨论了其对硅电化学性能的影响.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)002【总页数】15页(P11-25)【关键词】锂离子电池;硅负极;Li-Si合金化;氧化硅;钝化膜【作者】常增花;王建涛;李文进;武兆辉;卢世刚【作者单位】北京有色金属研究总院,北京100088;国联汽车动力电池研究院有限责任公司,北京100088;北京有色金属研究总院,北京100088;国联汽车动力电池研究院有限责任公司,北京100088;北京有色金属研究总院,北京100088;国联汽车动力电池研究院有限责任公司,北京100088;国联汽车动力电池研究院有限责任公司,北京100088;北京有色金属研究总院,北京100088;国联汽车动力电池研究院有限责任公司,北京100088【正文语种】中文【中图分类】O613.7;O646.21;TM912.6环境污染和能源危机使得绿色能源技术得到迅猛发展，锂离子电池以能量密度高、工作电压高、循环寿命长、环境污染小等优势广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等各类小型便携式装置中，并有进一步作为动力和储能电源取代传统镍镉和铅酸等电池的趋势，已成为当今世界极具发展潜力的新型绿色高能化学电源。
近年来人们开始广泛研发锂离子电池在电动汽车方面的应用。
当前纯电动汽车大规模产业化所面临的第一大障碍，就是续航里程的问题，其续航里程是由动力电池系统所能够释放出来的电能决定的，因此动力系统的能量密度就成了制约电动车续航里程的决定性因素。
高容量型锂离子电池硅基负极材料的研究
高能 动力 型锂 离 子 电池 的发展 迫 切 ， 需 要 寻 求
高容 量 、 长寿命 、 安全 可靠 的新 型负极 材料来 替代 石 墨类 碳 负极材 料 ¨ ， 单质 硅 由于其 具 有 很 高 的理 论 容量 （ ４ ２ １ ２ ｍ Ａ ｈ ／ ｇ ） 而 受到 关注 ．同时 ， 硅 的 电
项 目（ ２ ０ １ ２ Ｌ Ｙ Ｍ ０ ０ ４ ８ ） ．
通讯作者 ： 胡社军 ， 教授 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｕ ｓ ｊ ＠ｓ ｅ ｎ ｌ １ ． ｅ ｄ ｕ ． Ｏ １ １ ＇ ．
第 ６期
胡社军等 ： 高容量型锂 离子 电池硅基 负极材料的研 究
６ ９
电位低 于 ５ Ｏ ｍ Ｖ时 ， 形成 一Ｌ ｉ Ｓ ｉ ， 在后 续循 环 过程 中形成 了 —Ｌ ｉ ｌ Ｓ ｉ 和 —Ｌ ｉ １ ＋ Ｓ ｉ ．
摘要： 硅基 负极材料 由于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．在作者 多年从事硅 基负极材料 的研 究基础上 ， 分析 了硅基 负极材料 的工作原理 ， 回
顾了ｓ ｉ 负极 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 ． 关键词 ： 硅 基 材 料 ；负 极 材 料 ；高 容 量 型锂 离子 电池 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ９ １ ２ ３ ． ６ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ６ ０ ５ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｃ ｎ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ ． ０ ０ ９
的整个 充放 电循环 过程 中会产 生 ４种 锂硅 无定形 化Ｌ ｉ Ｓ ｉ ， 当
锂离子电池负极材料的界面反应研究
锂离子电池负极材料的界面反应研究锂离子电池作为一种高效的储能装置，被广泛应用于电子设备和电动汽车等领域。
而其中，锂离子电池的负极材料的性能对电池的容量、循环寿命和安全性起着至关重要的作用。
因此，研究锂离子电池负极材料的界面反应，对于优化电池性能和提高电池使用寿命具有重要意义。
锂离子电池的负极材料通常是碳材料，如石墨和硅材料。
负极材料与电解液之间的界面反应主要涉及锂离子的嵌入和脱嵌过程。
随着电池的循环使用，负极材料与电解液之间的界面会发生一系列复杂的化学反应，如电化学氧化、溶解和析出反应等。
首先，界面反应中的电化学氧化反应会导致负极材料的结构破坏和容量衰减。
在充放电过程中，锂离子从负极材料中嵌入和脱嵌，随着时间的推移，这些反应会引起负极材料的体积变化，从而导致负极材料微观结构的破坏。
此外，电解液中的氧化剂也会与负极材料发生反应，形成固体电解质界面膜（SEI膜），该膜具有一定的稳定性，但过厚的SEI膜会限制锂离子的传输和电子导电，影响电池性能。
其次，溶解和析出反应也是界面反应的重要部分。
电池循环使用时，电解液中的溶剂和盐会与负极材料发生反应，导致溶解和析出反应的发生。
这些反应会在负极材料表面形成固体电解质界面层（SEI层），并逐渐增厚。
然而，SEI层是不可避免的，它能稳定负极材料的表面和减少电解液中的溶解反应。
然而，过厚的SEI 层会增加电池的内阻，降低电池的性能。
了解和控制锂离子电池负极材料的界面反应对于改善电池的性能至关重要。
研究人员通过使用表界面分析技术，如X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM），可以研究界面反应的细节。
研究表明，合适的电解液中添加一定的添加剂，可以改善SEI层的形成，减少电解液中的溶解反应，并提高电池的循环寿命。
此外，研究人员还可以通过改变负极材料的微观结构和表面形貌来优化界面反应。
使用纳米材料、多孔材料和包覆材料等新颖设计，可以提高负极材料的性能和电池的寿命。
硅基嵌锂机理
硅基嵌锂机理
硅基嵌锂机理是指硅基负极材料在锂离子电池充放电过程中的锂离子嵌入和脱出机制。
硅基负极材料具有较高的理论容量和良好的循环性能，是下一代动力电池的重要研究方向。
在硅基负极材料的嵌锂过程中，锂离子与硅基负极材料发生反应，生成锂硅合金。
随着嵌锂的进行，锂硅合金的相变和体积变化导致材料的结构破坏和失稳，从而引起内部应力的积累和松动。
这种内部应力和松动会导致硅材料的容量衰减和衰竭，从而限制了硅材料在动力电池中的使用。
为了解决硅材料的体积膨胀和结构破坏问题，需要深入研究硅基负极材料的嵌锂机理，探索合适的材料制备方法和结构设计方案，以提高硅基负极材料的循环性能和稳定性。
同时，还需要加强对于硅基负极材料与其他材料之间的界面研究，以提高硅基负极材料的电导率和锂离子扩散系数，进一步推动硅基负极材料在动力电池领域的应用。