锂离子电池负极材料多孔Si和Ge基材料的合成、表征及应用
《锂离子电池硅基负极材料制备与性能研究》
《锂离子电池硅基负极材料制备与性能研究》一、引言随着科技的飞速发展，对便携式电子设备的需求与日俱增，作为这些设备的主要能源，锂离子电池的性能日益受到重视。
而负极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其性能直接影响到电池的整体性能。
近年来，硅基负极材料因其高比容量、低放电平台等优点，逐渐成为研究的热点。
本文将详细介绍锂离子电池硅基负极材料的制备方法及其性能研究。
二、硅基负极材料的制备（一）原料选择与准备制备硅基负极材料，需要的主要原料包括硅源、导电剂和粘结剂等。
其中，硅源的选择对最终材料的性能具有重要影响。
常用的硅源有微米硅、纳米硅等。
此外，还需选择导电性能良好的导电剂和具有良好粘结性的粘结剂。
（二）制备方法目前，制备硅基负极材料的方法主要有化学气相沉积法、球磨法、溶胶凝胶法等。
本文采用溶胶凝胶法进行制备。
该方法首先将硅源、导电剂和粘结剂混合均匀，形成溶胶状混合物，然后通过热处理使混合物凝胶化，最后进行烧结得到硅基负极材料。
三、硅基负极材料的性能研究（一）材料结构与形貌分析通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对制备的硅基负极材料进行结构与形貌分析。
XRD可以确定材料的晶体结构，SEM则可以观察材料的微观形貌和颗粒大小。
（二）电化学性能测试采用恒流充放电测试、循环伏安法（CV）等手段对硅基负极材料的电化学性能进行测试。
恒流充放电测试可以了解材料的比容量、首次效率、库伦效率等；CV曲线则可以反映材料的氧化还原反应过程及电极反应的可逆性。
（三）性能对比分析将所制备的硅基负极材料与商业石墨负极材料进行性能对比分析。
在相同条件下进行充放电测试，比较两者的比容量、循环性能、倍率性能等。
同时，分析硅基负极材料的优势与不足，为后续研究提供参考。
四、实验结果与讨论（一）实验结果通过上述制备方法和性能测试手段，得到了硅基负极材料的结构与形貌数据、电化学性能数据以及性能对比分析结果。
（二）结果讨论结合实验结果和前人研究，对硅基负极材料的制备过程、结构与性能关系进行深入分析。
锂离子电池硅基负极材料
锂离子电池硅基负极材料随着科技的不断发展，人们对电池能量密度的要求也越来越高。
锂离子电池作为目前最常用的可充电电池之一，其性能的提升对于电动车、移动设备等领域的发展至关重要。
而硅基负极材料作为一种新兴的材料，被广泛研究用于提升锂离子电池的能量密度和容量。
锂离子电池的负极材料在充放电过程中起着储存和释放锂离子的作用。
传统的负极材料主要是石墨，其结构稳定、电导率高，但储锂容量有限，无法满足高能量密度的需求。
而硅基负极材料由于其高比容量和丰富的资源，成为了研究的热点。
硅基负极材料的优势主要体现在其较高的比容量。
相比于石墨材料，硅基负极材料可以储存更多的锂离子，从而提高电池的能量密度。
这是因为硅原子的电子结构可以容纳更多的锂离子，使得硅基负极材料的比容量远远高于石墨材料。
此外，硅基负极材料具有优良的导电性能，可以提供更好的电子传导路径，从而降低电池内阻，提高电池的功率性能。
然而，硅基负极材料也存在一些挑战和问题。
首先，硅基材料在充放电过程中会发生体积膨胀和收缩，导致材料的结构破坏和容量衰减。
其次，硅基材料还面临着与锂离子的反应产生的固态电解质界面问题，影响了电池的循环寿命和安全性能。
因此，解决硅基负极材料的体积膨胀和界面问题是当前研究的热点和难点。
为了克服硅基负极材料的问题，研究人员提出了一系列的改进方法和策略。
一种常见的方法是通过纳米结构设计来减小硅基材料的体积膨胀。
纳米结构可以提供更多的表面积，使得体积膨胀分散在更大的空间中，从而减轻了材料的结构破坏。
另一种方法是引入碳材料来包覆硅基材料，形成硅-碳复合结构。
碳材料可以提供更好的电子传导性能和机械稳定性，同时还可以限制硅基材料的体积膨胀。
此外，研究人员还通过合成多孔硅材料、合金化硅材料等方式来改进硅基负极材料的性能。
总的来说，锂离子电池硅基负极材料具有较高的比容量和优良的导电性能，是提高电池能量密度的重要途径之一。
然而，硅基负极材料仍然面临着体积膨胀和界面问题的挑战。
锂离子电池新型负极材料的研究
锂离子电池新型负极材料的研究本文着重介绍了锂离子电池负极材料金属基（Sn基材料、Si基材料）、钛酸锂、碳材料（碳纳米管、石墨烯等）的性能、优缺点及改进方法，并对这些负极材料的应用作了进一步展望。
锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电小及环境友好等显著优点，已被广泛用于3C电子产品(Computer，ConsumerElectronic和Communication)、储能设备、电动汽车及船用领域。
锂离子电池的能量密度（170Wh/kg），约为传统铅酸蓄电池的3～4倍，使其在动力电源领域具有较强的吸引力。
而负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一，可见负极材料在锂离子电池化学体系中起着至关重要的作用，其中研究较为广泛的锂离子电池负极材料为金属基（Sn基材料、Si基材料）、钛酸锂、碳材料（碳纳米管、石墨烯等）等负极材料。
金属基材料1.1锡基材料目前锡基负极材料主要有锡氧化物和锡合金等。
1.1.1锡氧化物SnO2因具有较高的理论比容量（781mAh/g）而备受关注，然而，其在应用过程中也存在一些问题：首次不可逆容量大、嵌锂时会存在较大的体积效应（体积膨胀250%～300%）、循环过程中容易团聚等。
研究表明，通过制备复合材料，可以有效抑制SnO2颗粒的团聚，同时还能缓解嵌锂时的体积效应，提高SnO2的电化学稳定性。
Zhou等通过化学沉积和高温烧结法制备SnO2/石墨复合材料，其在100mA/g的电流密度下，比容量可达450mAh/g以上，在2400mA/g电流密度下，可逆比容量超过230mAh/g，实验表明，石墨作为载体，不仅能将SnO2颗粒分散得更均匀，而且能有效抑制颗粒团聚，提高材料的循环稳定性。
1.1.2锡合金SnCoC是Sn合金负极材料中商业化较成功的一类材料，其将Sn、Co、C三种元素在原子水平上均匀混合，并非晶化处理而得，该材料能有效抑制充放电过程中电极材料的体积变化，提高循环寿命。
用作锂电池负极材料的多孔生物质碳的合成及表征
第49卷第6期2021年3月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.6Mar.2021用作锂电池负极材料的多孔生物质碳的合成及表征田月茹，张露，顾元香(青岛科技大学环境与安全工程学院，山东青岛266042)摘要：以藕片为碳源制备生物质多孔碳用作锂电池负极材料，在不同电流密度下的倍率性能测试中，0.1A/g电流密度下电池首次充放电容量最高可达500mAh/g,经过60圈循环后电流密度再次恢复到0.1A/g,生物质多孔碳放电比容量仍然高达500mAh/g0在电流密度0.5A/g下，比容量最高可达212mAh/g左右，经过700次循环比容量仍可维持200mAh/g,其放电容量保持率为99.4%,显示出材料良好的循环稳定性。
说明该碳材料不仅具有较高的循环稳定性还具有较好的倍率性能。
关键词：生物质多孔碳；锂电池；负极材料中图分类号：X24文献标志码：A文章编号：1001-9677(2021)06-0045-03 Synthesis of Porous Biomass Carbon as Anode Materialfor Lithium Ion Batterries*TIAN Yue-ru,ZHANG Lu,GU Yuan-xiang(College of Environmental and Safety Engineering,Qingdao University of Science and Technology,Shandong Qingdao266042,China)Abstract:Porous biomass carbon was prepared by using fresh buckwheat as a carbon source,and it was used as an anode material for lithium-ion batteries.The rate capability material was tested at different current densities.The first discharge can reach500mAh/g at the current density of0.1A/g.After60cycles,the discharge specific capacity was still as high as500mAh/g when the current density was restored to0.1Ah/g.At the current density of0.5A/g,specific capacity can maintain212mAh/g and retention rate of its discharge capacity was99.47%after700cycles,which showed the material good cycle stability and rate performance.Key words：porous biomass carbon；anode material；lithium ion batteries锂离子电池作为一种绿色能源，因其比容量大、寿命长、无记忆效应、工作电压高、环境友好等优点已经被广泛应用于各种便携式电子产品中，成为有热门的储能系统⑴幻。
锂离子电池负极材料介绍及合成方法
锂离子电池负极材料介绍及合成方法目前，锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等。
正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负极材料等。
作为锂离子电池负极材料要求具有以下性能：（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；（2）在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度，即可逆的x值尽可能大；（3）在插入/脱插过程中，锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样尽可能大；（4）氧化还原电位随x的变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电；（5）插入化合物应有较好的电导率和离子电导率，这样可减少极化并能进行大电流充放电；（6）主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的SEI膜；（7）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发生反应；（8）锂离子在主体材料中有较大的扩散系数，便于快速充放电；（9）从实用角度而言，主体材料应该便宜，对环境无污染。
一、碳负极材料碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。
近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。
目前，已研究开发的锂离子电池负极材料主要有：石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球（MCMB）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有应用价值。
锂离子电池ge基负极材料的制备及其储锂性能研究
全文摘要全文摘要作为储能设备的锂离子电池（LIBs）具有能量密度高、功率大、寿命长和环境友好等特点。
但市售LIBs石墨负极的理论容量仅有372 mAh g-1，这难以满足能量储存系统的建立、大型电动汽车等发展的要求。
负极材料是LIBs的重要组成部分，因而，高容量负极材料的开发成为提高LIBs性能的决定因素。
作为锂离子电池负极材料，Ge具有比容量高，操作电压低、电子传输速率快等优势，有望替代石墨负极。
但在循环过程中，Ge体积膨胀严重，造成它的循环性能差，阻碍了实际应用。
为了提高Ge负极材料的循环稳定性，研究者提出了纳米结构化和碳材料复合两种方法。
具有不同相貌的纳米结构具有表面积大，离子/电子传输快的特点。
而碳质材料具有高的导电性、好的机械柔韧性以及热和化学稳定性。
在前人工作的基础上，本文开展了以下两方面的内容：（一）以市售的GeO2、GO和纯水为原料，基于溶解-重结晶的机理制得了GeO2/graphene复合物。
复合物制备过程中所用的化学试剂和仪器无毒且便宜。
用作LIBs负极材料进行性能测试时，结果表明：该电极具有好的循环性能和高的可逆容量：首次充电容量高达1637 mAh g-1，循环80圈后可逆容量保持在640 mAh g-1。
（二）针对传统1 D纳米结构合成过程复杂、使用贵金属催化剂的缺点，本文通过静电纺丝的方法合成了Ge/CNFs。
该材料表现出良好的储锂性能：在100 mA g-1的电流密度下，循环30圈后仍具有643.2 mAh g-1的可逆容量，约为石墨负极的2倍。
这主要归因于：（1）多孔结构能够增加电极与电解质的接触面积；（2）Li+较短的扩散距离；（3）电子沿1 D方向快速传输，提高了电极的导电性。
关键词：锂离子电池Ge负极静电纺丝石墨烯IAbstractAbstractLithium-ion batteries (LIBs), as energy storage devices, have the characteristics of high energy density, high power density, long service life and environmental friendliness. Nevertheless, the graphite anode (372 mAh g-1) has a very low specific capacity, which is unable to fulfil the establishment of energy storage systems as well as the demands of large electric vehicles development. To further improve the performance of LIBs, the attention is then focused on the electrode materials with hig her specific capacity. As the anode of LIBs, Ge is of great interest since it has higher specific capacity than traditional carbon anodes. However, the poor cyclability due to the large volume change of Ge upon insertion/extraction of lithium has been an impediment to its practical application.In order to improve the cycle stability of the Ge anode materials, strategies for nanostructure and hybridization with carbonaceous material have been proposed. Nanostructure with versatile morphology can provide high surface area, fast lithium and electron transportation. While, carbonaceous material exhibit superior electrical conductivity, good flexibility as well as excellent thermal and chemical stability.Based on the summary of literature research, the main content of this paper is as follows:(1) Based on the mechanism of dissolution-recrystallization, a facile green solution route using only GeO2 powder, graphene oxide and purified water has been developed to prepare a GeO2/graphene composite. It is worth noting that the solvent, reagents, as well as instruments we used in the preparation process of the composites are innocuous and inexpensive. The results of battery performance test show that the synthesis of compound electrode has good cycle performance and reversible capacity. The composite electrode exhibits a high initial reversible charge capacity of 1637 mAh g-1, exhibiting a high charge capacity of 640 mAh g-1 after 80 cycles.(2) the conventional synthesis of 1 D nanostructures involved the complicated process and the use of expensive catalyst. Here, we report a facile preparation of aIIAbstractGe/CNFs by electrospinning. In half cell test, Ge/CNFs composite electrode shows a high initial reversible charge capacity of 643.2 mAh g-1 after 30 cycles under the current density of 100 mAh g-1. The excellent electrochemical performance of Ge/CNFs may be ascribed to the following reasons: (1) the porous structure can increase the contact area of the electrode and the electrolyte; (2) the short diffusion distance of Li+; (3) the fast transfer of electron along the direction of one-dimensional, which improved the electrical conductivity of electrode.Keywords: Lithium-ion battery, Ge anode, electrospinning, grapheneIII目录目录全文摘要 (I)Abstract (II)目录 .......................................................................................................... I V 第1章绪论 . (6)1.1 锂离子电池简介 (6)1.1.1 锂离子电池的发展历史 (6)1.1.2 锂离子电池的组成及工作原理 (7)1.2 锂离子电池负极材料 (8)1.2.1碳负极材料 (8)1.2.2 Ge基负极材料 (9)1.3 实验的选题背景和研究内容 (22)参考文献 (23)第2章GeO2/graphene复合物的绿色合成及储锂性能研究 (31)2.1 引言 (31)2.2 实验部分 (32)2.2.1 材料制备所用化学试剂和仪器 (32)2.2.2 氧化石墨的制备 (33)2.2.3 GeO2/graphene复合物的制备 (33)2.2.4 材料表征 (34)2.2.5 电化学测试 (34)2.3 结果与讨论 (34)IV目录2.4 本章小结 (41)参考文献 (42)第3章多通道Ge/CNFs的静电纺丝法合成及其储锂性能的研究 (46)3.1 引言 (46)3.2 实验部分 (47)3.2.1 材料制备所用化学药品和仪器 (47)3.2.2 材料的制备 (48)3.2.3 材料表征 (48)3.3.4 电化学测试 (49)3.3 结果与讨论 (49)3.4 本章小结 (57)参考文献 (57)个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果 (61)致谢 (62)V第1章绪论第1章绪论温室效应，能源生产和能量储存已成为当今社会讨论的热门话题。
多孔硅基复合材料和石墨烯硅复合材料的制备及其在锂电池中的应用
多孔硅基复合材料和石墨烯/硅复合材料的制备及其在锂电池中的应用近年来,随着便携式电子产品的普及和电动汽车的快速发展,高能量密度和大倍率性能的锂离子二次电池的研究引起了人们的广泛关注。
硅作为典型的合金型负极材料,在已知的锂离子电池负极中具有最高的理论比容量(4200 mAh·g-1),被认为是下一代理想的负极候选材料。
但是由于硅充锂时较大的体积膨胀效应和较低的导电率,导致充放电循环稳定性和倍率性能较差,因此限制了硅基负极锂离子电池的商业化应用。
为了解决以上问题,硅的多孔化和石墨烯包覆是两种可行的技术途径。
前者可以为硅的体积膨胀提供充足的内缓冲空间,从而显著提高循环稳定性。
后者依赖于石墨烯优异的导电性,可以显著提高材料的倍率性能,其网状结构也可以承载硅的膨胀,抑制粉化脱落。
本论文在系统调研国内外多孔硅粉制备和石墨烯包覆生长的研究进展基础上,围绕制备方法的简便易行和成本的降低,制备工艺的优化和电池电化学性能的提升,采用铜银双原子金属辅助化学腐蚀法(Metal-assisted chemical etching,MACE)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)、高能球磨法、高温热氧化法等制备工艺,分别制备出碳包覆多孔硅粉(PorousSilicon/C,PSi/C)和石墨烯氧化硅双重包覆硅粉(Si/SiOx/G)两种复合材料,并考察了它们的形貌,结构,电化学等性能,制备了相关的原型器件,取得的创新性成果如下:(1)创新性地提出将铜银双原子MACE法应用于多孔硅粉的制备。
该工艺的优势在于依靠铜银双原子的协同机制,既可以减少了 Ag的使用,降低成本,又可以弥补Cu辅助腐蚀结构不均匀、孔洞不够深入的缺点。
研究发现,反应温度和双氧水浓度的变化均会对多孔硅粉的形貌产生显著影响。
确定恰当的腐蚀参数后,采用高能球磨法进一步缩小粒径,并采用CVD法实现无定形碳的包覆,从而制备出PSi/C复合材料。
锂离子电池多孔硅／碳复合负极材料研究
第 １ 期
三峡大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ Ｇｏ ｒ ｇ ｅ ｓ Ｕｎ ｉ ｖ ． （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
Ｖ ｏ１ ． ３５ Ｎ Ｏ． １ Ｆｅｂ ． ２０１ ３
嵌／ 脱 锂 过 程 中 多孔 硅 颗 粒 所 产 生 的 体 积 效 应 ． 电化学性 能测试 表 明 ， １ Ｏ次 循 环 后 ， 多孔硅 ／ 碳 复 合
负极材 料平 均每周 次容 量衰减 为 ０ ． ４ ｌ ， １ ０ ０次循 环后其 可逆 容量 仍可 维持在 ６ ０ ８ ． ７ ｍＡ ・ ｈ ／ ｇ ．
关 键词 ： 葡 萄糖 ； 多孔硅／ 碳； 负极 ； 锂 离 子 电 池 中图分 类号 ： （ ） ６ １ ３ ． ７ ： Ｔ Ｍ９ １ ２ ． ９ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ｌ ６ ７ ２ — ９ ４ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ｌ 一 ０ ０ ７ ６ — ０ ５
ｌ ｉ ｔ ｈｉ ｕ ｍ ｉ ｏｎ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ａ ｎｏ ｄｅ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｙ ｎｔ ｈｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂｙ ｈｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ — ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｈｙ ｄｒ ｏ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ
Ｉ ｉ ｌ ａ ｓ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｉ ／ Ｃ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ；ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ
锂离子电池负极材料的历史
锂离子电池负极材料的历史
为了提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，科研人员开始寻
求新型的负极材料。
1991年，美国Argonne国家实验室的研究人员
首次报道了采用石墨烯作为锂离子电池负极材料，石墨烯具有优异
的导电性和特殊的结构，能够显著提高电池的性能。
此后，多种新
型材料相继被引入到锂离子电池的负极材料中，如硅基材料、锡基
材料、磷基材料等。
这些新型材料在提高比容量的同时，也面临着
循环稳定性、体积膨胀等挑战，需要进一步的研究和改进。
近年来，随着纳米技术、多孔材料、复合材料等新技术的发展，锂离子电池负极材料的研究进入了一个全新的阶段。
科研人员不断
探索新的材料、新的结构，力求在提高能量密度的同时，兼顾循环
稳定性、安全性和成本效益。
同时，环保和可持续发展的要求也促
使人们寻求更加环保的负极材料，如硅、磷等元素的化合物，以及
生物质材料等也成为了研究的热点。
总的来说，锂离子电池负极材料的历史经历了从金属锂到碳材料，再到新型材料的不断演进和创新，未来随着科技的不断进步，
相信会有更多更优秀的负极材料被发现和应用。
锂离子电池硅基负极复合材料的制备与性能研究的开题报告
锂离子电池硅基负极复合材料的制备与性能研究的
开题报告
一、课题背景
随着移动终端、电动汽车等市场的不断扩大，锂离子电池作为一种
新型高效、环保并具有高能量密度的蓄电池，正得到越来越广泛的应用。
其中，锂离子电池的负极材料对其性能具有至关重要的影响。
目前，市
场上普遍采用的负极材料为石墨，但其容量有限，还存在安全隐患。
因此，研究新型锂离子电池负极材料具有重要的理论意义和实践意义。
二、研究内容
本课题旨在制备一种新型的锂离子电池负极材料——硅基复合材料，并研究其性能。
具体研究内容包括：
1. 制备硅基复合材料，采用溶胶凝胶法、共沉淀法等方法，制备具
有优异性能的硅基复合材料；
2. 分析硅基复合材料的结构性质，采用扫描电子显微镜、X射线衍
射仪等分析手段，探究其微观结构特征；
3. 研究硅基复合材料的电化学性能，采用循环伏安法、恒流充放电
法等手段，评估其电化学性能和循环稳定性。
三、研究意义
本课题旨在研究新型的锂离子电池负极材料——硅基复合材料的制
备与性能，将有助于推动电化学储能技术的发展，提高锂离子电池的能
量密度和安全性能，具有重要的理论意义和实践价值。
多孔材料在锂钠离子电池负极材料的应用
多孔材料在锂钠离子电池负极材料的应用随着电动汽车和可再生能源的迅速发展，锂钠离子电池作为一种高性能的储能设备，受到了广泛的关注。
负极材料是锂钠离子电池中起到储存和释放锂钠离子的重要组成部分。
多孔材料因其独特的结构和性能，被广泛研究和应用于锂钠离子电池的负极材料中。
多孔材料的应用可以在以下几个方面发挥重要作用：1.增加材料的表面积：多孔结构可以显著增加材料的比表面积，从而提高锂钠离子的储存和释放速度。
通过增加电极材料的比表面积，可以提高电极与电解液之间的接触面积，从而增加锂钠离子的扩散速率。
此外，多孔材料还可以增加锂钠离子的储存空间，提高电极的储能容量。
2.促进离子传输：多孔材料具有高度的孔隙度和孔径分布，可促进锂钠离子的快速传输。
多孔结构中的孔隙可以提供锂钠离子的通道，减少离子传输的阻力，并提高离子的扩散速率。
同时，多孔材料还可以减轻锂钠离子与电极材料的机械冲击，从而提高电极的稳定性和循环寿命。
3.改善电极的机械性能：多孔材料具有较好的柔性和可塑性，可以有效缓解电极材料由于锂钠离子的嵌入和脱嵌引起的体积变化。
锂钠离子电池的充放电循环过程中，电极材料会发生体积的膨胀和收缩，导致机械应力的积累，从而降低电极的稳定性和循环寿命。
而多孔材料的柔性和可塑性可以减轻机械应力的积累，保持电极的结构完整。
多孔材料在锂钠离子电池的负极材料中的应用已经取得了一定的进展。
例如，二氧化钛多孔材料具有良好的导电性和化学稳定性，可以作为锂钠离子电池的负极材料。
石墨烯多孔材料由于其高比表面积和良好的导电性，也得到了广泛的研究和应用。
此外，锂钠离子电池的其他负极材料，如磷酸铁锂、氧化钒等，也可以通过调控结构和添加多孔材料的方式来改善其性能。
总之，多孔材料作为锂钠离子电池负极材料的一种重要组成部分，可以提高电极材料的比表面积，促进锂钠离子的传输，并改善电极的机械性能。
随着多孔材料的进一步研究和应用，相信多孔材料将在锂钠离子电池领域发挥出更大的作用，推动电池技术的进一步发展和应用。
多孔材料在锂钠离子电池负极材料的应用
多孔材料在锂钠离子电池负极材料的应用随着可再生能源的快速发展和电动汽车的普及，锂钠离子电池作为目前最主要的电池技术之一，对于能源储存和利用具有重要的意义。
而电池的性能主要取决于正负极材料的性能。
近年来，多孔材料在锂钠离子电池负极材料中得到了广泛的应用，并取得了显著的研究成果。
多孔材料具有自身特殊的孔结构和较大的比表面积，这些特性使得多孔材料在锂钠离子电池负极材料的应用具备很多优势。
首先，多孔材料可以提供更多的活性材料的接触面积，有效提高电池的效率和储能密度。
其次，多孔材料具有较好的离子传输性能，可以有效提高电池的充放电速率和循环稳定性。
此外，多孔材料还具有较好的机械稳定性和化学稳定性，有助于电池的长寿命和安全性能。
1.石墨烯材料：石墨烯作为一种新型的多孔材料，具有较高的电导率和较大的比表面积。
石墨烯材料的多孔结构可以提供更多的活性材料接触面积，同时有助于离子的快速传输。
石墨烯多孔材料可以作为锂钠离子电池负极的封装材料，以提高电池的循环稳定性和容量保持率。
2.碳材料：碳材料是常用的多孔材料，具有较好的导电性能和稳定性。
碳纳米管、炭黑、多孔炭等多孔碳材料在锂钠离子电池负极材料中得到了广泛的研究和应用。
多孔碳材料可以提供更多的活性材料接触面积和离子传输路径，从而改善电池的性能。
3.二维材料：二维材料具有特殊的层状结构和较大的比表面积，可以提供更多的活性材料接触面积，有利于离子的传输和储存。
石墨烯、过渡金属硫化物等二维材料在锂钠离子电池负极材料中的应用也受到了广泛的关注。
多孔二维材料可以通过调控孔径和孔分布来优化电池的性能。
4.金属氧化物：金属氧化物作为一类重要的负极材料，其表面形成的氧化膜可以提供更多的活性材料接触面积和离子传输通道。
金属氧化物中的多孔材料，如二氧化钛、氮化钛、二氧化锰等，可以通过控制孔结构和孔尺寸来改善电池的性能。
综上所述，多孔材料在锂钠离子电池负极材料中具有广泛的应用前景。
通过调控孔结构和孔尺寸，可以优化电池的充放电性能、循环稳定性和容量保持率。
锂电池硅基负极材料制备及性能表征
锂电池硅基负极材料制备及性能表征贺劲鑫;郑媛媛;靳承铀;缪永华【摘要】SiOx precursor was prepared via high-temperature reaction of SiO2 and Si.The SiOx precursor was firstly coated with a carbon layer by chemical vapor deposition,and then ball-milled with graphite.The carbon-coated SiOx materials were characterized by the powder resistivity tester,laser particle analyzer,scanning electron microscope,transmission electron microscope and X-ray diffraction.The results show that the resistivity of the materials is low.The particle sizes of the materials range from 3 to 30 μm,and the thickness of carbon layer coated on the SiOx precursor is about 100 nm.The transmission electron microscope and X-ray diffraction results show that the materials are composed of nanocrystal Si and amorphous SiOx.The coin-type half cells using the materials show good cycle performance,as the carbon layer and graphite improve the conductivity and also buffer the volume change of the materials during cycling.%以SiO2废料和工业硅粉为原料,高温反应升华获得SiOx前驱体后,采用化学气相沉积(CVD)的方法在表面包覆一层碳,与石墨球磨作为锂电池硅碳负极材料,并对获得的材料进行了表征.结果表明获得的样品电阻率较低,粒径范围在3～30 μm,SiOx表面包覆有100 nm左右的碳层,晶体结构为纳米晶体Si镶嵌在非晶的SiOx中.采用该负极材料制备了扣式电池并测试其循环性能,结果表明该电池由于表面碳包覆层和石墨的存在,增加了材料的导电性,缓冲了循环过程中Si的体积变化,具有良好的循环性能.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)004【总页数】4页(P485-487,556)【关键词】锂离子电池;硅基负极;循环性能【作者】贺劲鑫;郑媛媛;靳承铀;缪永华【作者单位】中天储能科技有限公司,江苏南通226010;中天储能科技有限公司,江苏南通226010;中天储能科技有限公司,江苏南通226010;中天储能科技有限公司,江苏南通226010【正文语种】中文【中图分类】TM912目前商业化应用的锂离子电池，负极材料多数是基于石墨碳的负极材料，经过多年发展，其比容量已接近理论值(372 mAh/g)，无法满足对高能量密度锂离子电池日益增长的需求。
锂离子电池商业化负极材料
锂离子电池商业化负极材料锂离子电池是目前应用最广泛的可充电电池之一，其负极材料在电池性能和商业化应用中起着重要的作用。
本文将从锂离子电池负极材料的选择、性能要求、商业化进展等方面进行探讨。
锂离子电池的负极材料主要有石墨、硅基材料和金属锂等。
石墨是目前商业化应用最广泛的负极材料，具有良好的循环稳定性和电导率，但其比容量较低，无法满足高能量密度要求。
硅基材料具有较高的比容量，但容易发生体积膨胀、结构破坏等问题，限制了其商业化应用。
金属锂具有极高的比容量，但由于其极度活泼的化学性质，与电解液反应剧烈，容易导致安全问题，因此商业化应用受到限制。
锂离子电池负极材料在商业化应用中需要满足一系列性能要求。
首先是循环稳定性，即能够在多次充放电循环中保持较高的容量和循环寿命。
其次是高容量和高能量密度，即能够储存更多的锂离子并提供更高的电能。
此外，负极材料还需要具备较好的电导率、低成本、易于制备等特点，以满足商业化大规模生产的需求。
商业化锂离子电池负极材料的研究主要集中在改进传统材料和开发新型材料两个方向。
对于传统材料石墨，研究人员通过表面涂覆和改变结构等方法，提高其比容量和循环稳定性。
同时，也在不断开发新型材料，如硅基复合材料、金属氧化物和硫化物等。
这些新型材料具有更高的比容量和能量密度，但仍面临着循环稳定性、安全性和成本等问题。
在商业化应用方面，锂离子电池负极材料的商业化进展取得了显著的成果。
石墨作为主流负极材料，已经实现了大规模商业化生产，具备良好的循环稳定性和成本优势。
而硅基材料和金属锂等新型材料虽然还存在一些问题，但也有不少企业进行了商业化试点和生产。
此外，一些新型材料的商业化进展也值得关注，如钛酸锂、硫化锂等。
总的来说，锂离子电池商业化负极材料的选择和研发是锂离子电池领域的重要研究方向。
在满足循环稳定性、高容量和高能量密度等性能要求的同时，也需要考虑商业化生产的成本和安全性等问题。
随着科学技术的不断发展，相信锂离子电池负极材料的商业化将迎来更大的突破和进展，为电动汽车、储能系统等领域的发展提供更可靠的能源解决方案。
锂离子电池负极材料的分类
锂离子电池负极材料的分类锂离子电池是一种广泛应用于电动汽车、手机、平板电脑等领域的重要能源储存设备。
在锂离子电池中，负极材料起着储存和释放锂离子的关键作用。
根据材料的不同特性和结构，锂离子电池负极材料可以分为石墨材料、硅基材料和金属氧化物材料三个主要类别。
1. 石墨材料石墨是目前最常用的锂离子电池负极材料之一。
石墨具有良好的导电性和稳定的化学性质，能够有效嵌入和释放锂离子。
石墨材料的结构特点是层状结构，锂离子能够在层间进行扩散。
石墨材料通常具有较高的比容量和良好的循环稳定性，但其比容量相对较低，无法满足当前高能量密度锂离子电池的需求。
2. 硅基材料硅基材料是一种具有高比容量潜力的新型锂离子电池负极材料。
硅具有较高的理论比容量，可达到4200mAh/g，远高于石墨材料的372mAh/g。
硅基材料的主要特点是能够通过合金化反应嵌入和释放锂离子。
然而，硅基材料在充放电过程中容易发生体积膨胀，导致电极的结构破坏和容量衰减。
因此，目前的研究重点是开发能够抑制硅材料体积膨胀的复合材料或纳米结构，以提高硅基材料的循环稳定性和可靠性。
3. 金属氧化物材料金属氧化物材料是另一种具有高比容量潜力的锂离子电池负极材料。
金属氧化物材料的结构复杂多样，包括二氧化钛、三氧化二铁、四氧化三铁等。
这些材料通常具有较高的比容量和良好的循环稳定性，但其导电性较差。
因此，目前的研究重点是开发导电性较好的碳包覆或导电剂改性的金属氧化物材料，以提高其电极性能。
锂离子电池负极材料的分类主要包括石墨材料、硅基材料和金属氧化物材料。
石墨材料是目前最常用的负极材料，但其比容量有限。
硅基材料具有高比容量潜力，但体积膨胀问题限制了其应用。
金属氧化物材料具有高比容量和良好的循环稳定性，但导电性较差。
未来的研究重点是开发新型负极材料，以提高锂离子电池的能量密度、循环稳定性和安全性，满足不断增长的能源储存需求。
锂、钠和钾离子电池正负极材料
锂、钠和钾离子电池正负极材料引言：随着能源需求的增加以及对环境友好能源的需求，电池作为一种重要的能量储存设备，正受到越来越多的关注。
锂、钠和钾离子电池作为目前最常用的电池类型之一，其正负极材料起着至关重要的作用。
本文将重点介绍锂、钠和钾离子电池正负极材料的特点及其在电池中的应用。
一、锂离子电池正负极材料1. 正极材料锂离子电池的正极材料通常采用氧化物，如锰酸锂（LiMn2O4）、钴酸锂（LiCoO2）和磷酸铁锂（LiFePO4）。
这些材料具有高的比容量、较高的电压、较好的循环寿命和良好的安全性能。
其中，锰酸锂具有较高的价格优势，但其容量衰减较快；钴酸锂虽然价格昂贵，但具有较高的能量密度；磷酸铁锂则具有较高的循环寿命和较好的热稳定性。
2. 负极材料锂离子电池的负极材料主要有石墨和硅基材料。
石墨是目前使用最广泛的负极材料，具有较高的锂离子嵌入/脱嵌容量和良好的循环寿命。
而硅基材料具有更高的理论容量，但由于其体积膨胀导致循环寿命较短。
因此，如何解决硅基材料的体积膨胀问题是目前研究的热点之一。
二、钠离子电池正负极材料1. 正极材料钠离子电池的正极材料与锂离子电池类似，主要采用氧化物，如钠钴酸盐（NaCoO2）、钠铁磷酸盐（NaFePO4）和钠锰酸盐（NaMnO2）。
这些材料具有较高的比容量和较好的循环寿命。
其中，钠钴酸盐是目前研究较为广泛的正极材料，但其价格较高。
2. 负极材料钠离子电池的负极材料主要有石墨和钛酸钠（Na2Ti3O7）。
石墨是目前应用最广泛的负极材料，具有较高的钠离子嵌入/脱嵌容量和良好的循环寿命。
而钛酸钠则具有更高的电压平台和较好的循环性能，但容量较低。
三、钾离子电池正负极材料钾离子电池是一种相对较新的电池类型，其正负极材料的研究还处于初级阶段。
目前，钾离子电池的正极材料主要采用氧化物，如钾钴酸盐（KCoO2）和钾锰酸盐（KMnO2）。
这些材料具有较高的比容量和较好的循环性能。
负极材料的研究主要集中在石墨和钛酸钾（K2Ti6O13）等材料上，但目前仍存在容量衰减快、循环性能较差等问题，需要进一步的研究和改进。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
锂离子电池负极材料多孔Si和Ge基材料的合成、表征及应用锂离子电池作为一种重要的便携式电池其应用日益广泛,成为国际产业界和学术界关注的重点领域之一。
四族元素材料Si和Ge被认为是下一代锂离子电池负极材料的理想候选材料,他们具有如下的优势：地壳含量较为丰富,理论比容量高,嵌锂电位相对低。
Ge相对于Si而言,具有更加快速的锂离子迁移率和电子导电率,从而拥有更加优良的电化学性能,但是其价格也更加的高昂。
但是,Si和Ge都是属于合金型反应机理的材料,这二者材料都面临着在合金化过程中具有较大体积膨胀的这一难题,限制了其实际应用。
因此,Ge和Si材料制备和合成以及作为锂离子电池负极材料的性能成为一
个国际上前沿问题。
本文在概述了这两种材料的研究现状的基础上,提出了制备Ge、Si多孔材料改善二者锂离子电池的循环性能的思路；探究了两种材料的多
孔结构的合成方法,发现了一种可大量制备多孔Si的新型合成方法；并研究了这两种材料的多孔结构对于锂离子电池负极材料性能的提升。
具体而言,论文取得了如下的创新研究成果：(1)通过球磨法制备了Mg2Si
合金材料,首先研究了Mg2Si合金作为锂离子电池负极材料的应用,但是发现纯
的Mg2Si材料作为负极材料其循环性能非常差。
为了改善其循环性能,采用了气相法对其进行表面碳层的包覆,从而发现Mg2Si@C材料的性能尤其是循环稳定性得到了大幅提升,并对表面均匀包覆碳层提升电池循环稳定性的机理进行了探讨。
(2)采用Mg2Si为原料,对其热稳定性进行了系统研究。
研究发现,Mg2Si在
有氧的条件下特定的气氛下高温热处理会分解,可以得到多孔Si和MgO的前驱体,将其酸处理去除MgO之后就可以得到多孔Si材料,这是一种制备非常简单、具备
实用价值的多孔硅制备新途径。
论文对合成过程的粒径因素、氧含量、热处理温度等影响因素进行了详细研究,为该技术的大规模化应用提供了基础。
进一步地,研究不同形式碳包覆制备多孔的Si@C材料,获得了更加好的锂离子电池循环性能。
(3)利用Mg2Si和Mg2Ge为原料,通过球磨和热处理的方法制备得到了多孔SiGe复合材料。
研究发现其反应机理和Mg2Si分解类似；不同Si和Ge比例的材料对于负极材料的性能有着非常大的影响,Ge的比例越高,其电池的循环温度性也越好,但是比容量相对而言比较低。
(4)采用Si0为源,通过简单的热处理和酸处理制备得到多孔Si材料,从而提出了另外一条新的多孔Si的合成路径。
在详细研究SiO在不同的热处理条件的实验之后,发现：在中低温热处理和HF处理条件下,可以得到纳米si分散于SiOx 体系的这一结构；而在高温热处理和HF处理的条件下,可以得到多孔的
Si-SiO2-SiOx这一结构；用这种方法制备的多孔si作为负极材料,其电池具有一定的比容量和稳定的循环性能。
(5)利用Mg2Ge为源,通过改变反应气氛等条件,合成了新型多孔Ge纳米结构和多孔的Ge02纳米结构。
在实验中,通过Mg2Ge高温分解和酸处理得到多孔的Ge,采用氧化性更强的氧气气氛或者延长反应时间得到了多孔的Ge02纳米结构。
经过碳层包覆之后,该结构作为负极材料的锂离子电池表现了优秀的循环性能和倍率性能。