锂离子电池SnS_2负极材料的研究

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锂离子电池用二氧化锡负极材料的研究进展

Aurbach 等[1]制备了纳米晶体 SnO2，尺寸在几个纳米左右。其电化学性能优于微米级或无定形 SnO2，首次放电比容量为 1 800 mAh/g，远高于其理论容量，循环 30 次后，容量保持在 200~300 mAh/g。 Park 等[2]通过热蒸发过程自催化生长制备了 SnO2 纳米线。一维纳米线结构为SnO2 与锂之间的电化学反应提供了更多的表面反应位点和更快的电荷转移速
Chen 等[5]通过水热法制备了尺寸在 6~10 nm 之间的 SnO2 纳米颗粒，并以葡萄糖为碳源制备了碳包覆 SnO2 纳米颗粒复合负极材料，如图 1 所示。经系统研究发现，复合材料中的碳层厚度对电池的性能有重大影响。当碳含量（质量分数）为 8%时，SnO2 表面只有一层超薄的碳层，循环 100 次后，放电比容量为 631 mAh/g，且具有良好的倍率性。而当碳含量增加到 22%和 65%时，电池的性能则表现得不理想。 2.2 一维纳米结构
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上海化工 Shanghai Chemical Industry
Vol.43 No.1 Jan. 2018
综述
锂离子电池用二氧化锡负极材料的研究进展
田青华 1,2 杨凯华 1 章正熙 1 杨立 1
1 上海交通大学化学化工学院（上海 200240） 2 浙江理工大学理学院（浙江杭州 310018）
能。反应（1）被认为几乎不可逆，会导致电池的首效降低，但其形成的 Li2O 可以作为一种缓冲基体来调节反应（2）中产生的巨大体积变化，并抑制 Sn 或 LixSn 纳米粒子间的团聚和粉化，保持电极材料的完整性，使得 SnO2 比单质 Sn 负极具有更高的循环稳定性。但是，当循环多次后，Li2O 的作用被削弱，电池的比容量会发生快速的衰减。为了改善 SnO2 的循环性能和储锂容量，研究人员尝试了许多不同的方法，主要包括设计构建纳米结构的 SnO2 及在此基础上将其与碳素基体复合。

纳米结构SnS2的制备及其在锂离子电池中的应用

河南科技Journal of Henan Science and Technology自从Osaka 及Barousse 等［1，2］提出SnS 2作为锂离子电池负极材料以来，锡硫化合物由于具有较低的放电平台和较高的理论比容量而引起研究者的关注，成为锂离子负极材料研究的热点。

SnS 2具有层状的六边形CdI 2结构（a=0.3648nm ，c=0.5899nm ），两层S 原子将Sn 原子夹于其中（类“三明治夹心”结构），邻近的硫层之间靠范德华力结合，这种层状结构有利于锂离子的嵌入和脱出，预示着SnS 2作为锂离子电池负极材料具有良好前景。

SnS 2与Li 反应的机理分为两步：首次放电，Li +嵌入SnS 2形成金属Sn 和无定形的Li 2S ，该过程不可逆，无定形的Li 2S 可以作为惰性矩阵围绕在活性的Sn 晶粒周围；在之后的充放电过程中，Li +可逆的从生成的金属Sn 中嵌入和脱出。

与块状结构材料相比，纳米结构材料在电学、光学、磁学等研究领域都展示出优越的性能［3］。

迄今为止，已有多种不同纳米结构的SnS 2被合成出来，例如，类富勒烯结构的纳米颗粒、纳米线、纳米带、纳米板、3D-花状结构、芦荟结构、叶状结构等。

本文系统性的介绍了不同纳米结构SnS 2的制备方法及其作为锂离子电池负极材料在国内外的最新研究进展。

1纳米结构SnS 2的制备方法纳米结构SnS 2的合成方法有很多，包括：机械球磨法、水热法、化学浴沉积法、分子束取向附生法、化学气相沉积法、固态反应法等，但是其中有些制备方法需要高温高压、有毒的有机试剂、繁琐的步骤，不利于SnS 2的制备。

下面详细讲述纳米结构SnS 2的常用制备方法。

1.1一维纳米结构SnS 2的制备一维纳米结构包括纳米线、纳米棒、纳米带、纳米纤维、纳米管等，低维度纳米结构材料有利于理解量子尺度收稿日期：2015-5-18作者简介：吴琼（1988.7-），女，硕士研究生，研究实习员,研究方向：电化学。

锂电池负极材料研究报告

锂电池负极材料研究报告近年来，随着锂电池应用领域的不断扩大，锂电池负极材料也受到了越来越多的关注。

它们不仅可以用于移动电话、笔记本电脑、电动汽车等储能设备，而且也可以用于电力存储系统和飞机航空航天领域。

锂电池负极材料可以改善电池性能，具有高能量密度、良好的安全性和循环老化性能等特点，成为重要的新能源储能材料之一。

锂电池负极材料的研究以多种不同的材料进行，包括金属氧化物、金属磷酸盐、有机有机电解质材料和有机金属氧化物。

由于金属氧化物，如金属锰和钴的价格波动，以及氧化物构筑层的形成，金属氧化物在电压截至和耐久性方面具有良好的电池性能，但在体积密度和能量密度方面存在瓶颈。

金属磷酸盐，如磷酸铁锂具有很高的能量密度，但在循环老化性能和安全性方面较差。

有机有机电解质材料的主要优点是允许高电压应用，但由于其循环老化性能较差，因此其在较高电压恶化过程中存在不稳定性。

此外，有机金属氧化物，如聚偏氟乙烯醚聚醚醛乙二醇锂具有良好的安全性和循环老化性能，但其能量密度较低。

由此可见，研究锂电池负极材料是一项具有挑战性的任务，旨在实现高电压拓扑、高安全性、高能量密度和良好循环老化性能，以及延长电池使用寿命的锂电池负极材料。

为了达到这些目标，目前的研究已经开发出了新型的锂电池负极材料，包括金属氧化物/金属磷酸盐复合物、有机金属氧化物/有机有机电解质复合物、纳米复合材料、电化学储能材料等。

金属氧化物/金属磷酸盐复合物是新一代锂电池负极材料，具有良好的安全性和超高的能量密度。

它们能够结合金属氧化物和金属磷酸盐的优点，实现两者协同作用，以实现高电压拓扑、高安全性、高能量密度和良好的循环老化性能。

根据不同锂离子电池的要求，金属磷酸盐的电化学性能也有所不同，因此针对具体应用，有必要在金属氧化物/金属磷酸盐复合材料中，根据金属磷酸盐组成，合理设计合适的组分，以提高性能。

有机金属氧化物/有机有机电解质复合物是另一种新型锂电池负极材料，旨在充分利用有机金属氧化物的安全性和有机有机电解质的高电压拓扑，实现高安全性、高能量密度和良好循环老化性能的材料。

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展摘要：随着煤炭、石油、天然气等不可再生能源的枯竭及其一些污染物造成的环境污染，能源已成为影响世界可持续发展的问题。

为了解决这一困境，我们需要开发新的可再生绿色能源来取代传统的化石燃料，而锂离子电池作为新一代储能装置，具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等优点。

它是目前最有前途的储能装置之一。

负极材料作为锂离子电池的核心部件，决定着锂离子电池的性能，而负极材料在锂离子电池中起着重要的作用。

所以，负极材料的研究成为近年来的一个热点。

关键词：锂离子电池；负极材料；研究1锂离子电池负极材料研究锂离子电池的性能取决于负极材料的选择，负极作为锂离子电池的重要组成部分。

目前，具有实用价值和应用前景的负极材料包括碳材料、锡基氧化物、表面改性锂金属材料、锂过渡金属氮化物等材料。

负极材料的已被人们广泛研究，他们在不断地寻找容量高、质量轻、循环性能优良的电池材料。

但现在研究重点仍为碳材料和锡基氧化物。

2锂离子电池对负极材料的要求为了获得高性能的锂离子电池，负极材料需要有以下的特征：（1）在锂离子的嵌入反应中，由于它的变化小，电位较低，且能接近锂，从而确保锂离子电池能够高性能的、平稳的输出电压；（2）锂离子在负极材料中应具有较高的扩散速率，以使电池能以较高的倍率充放电，满足动力型电源的需要；（3）高度可逆的嵌入-脱嵌反应：确保锂离子电池高能量的密度和降低容量的损耗；（4）有优异的电导率、热力学稳定，在与电解质进行混合时，不会发生化学反应，即在电解液中具有良好的化学稳定性和相容性，以保证电池具有良好的循环性能；（5）良好的加工性能、容易制备、资源丰富、价格低廉，对环境无污染。

3锂离子电池负极材料工艺流程在制备锂离子电池负极材料的试制方案时,主要着眼于五大方面的工作:高分子碳材料的选取、碳化工艺的确定、石墨材料的制造、超细粉碎、球化分级和包覆改性等试验工作。

公司充分利用企业优势,从研究各种碳材料的电性能、石墨化性能以及相关的理化性能入手,结合锂离子电池负极材料的性能指标,分别研究了各种碳黑材料、各种焦炭材料、硬碳材料、软碳材料和天然石墨材料。

锂离子电池SnS_2负极材料的研究

第38卷第2期河北工业大学学报2009年4月V ol.38No.2JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY April2009文章编号：1007-2373(2009)02-0074-04锂离子电池(1)→S n+2L i2SS n+x L i++x e L i x S n(0≤x≤4.4)(2)其中Sn同锂离子的合金化反应是可逆的，代表了电化学循环过程中几乎所有的循环可逆容量．Li2S的收稿日期：2008-11-27基金项目：河北省教育厅自然科学指导项目（Z2006309）作者简介：张海芳（1982-），女（汉族），硕士生．75张海芳，等：锂离子电池SnS 2负极材料的研究第2期作用是做为一个非活性的缓冲相，形成非活性Li 2S/活性Sn 体系，缓解Sn 在脱嵌锂过程中的体积膨胀．本文成功制得了SnS 2，并研究了其在不同倍率下的充放电性能以及循环伏安特性．1实验1.1SnS 2纳米材料的制备将0.71g SnCl 4/°160140120100806040200强度001100101110111图1SnS 2的XRD 图Fig.1XRD patterns of SnS 25001000150020003.02.52.01.51.00.50.0容量/mAh1电压/V76河北工业大学学报第38卷S n S 2+x L i ++x e x )L i ++(4→S n +2L i 2S (0<x <y ≤2)(4)而1.9V 左右和1.3V 左右出现两个平台便对应反应(3)和(4)，放电曲线上0.5V 左右的缓坡和充电曲线上0.5V 左右的平台分别对应于锡和锂的合金化反应和去合金化反应．2.2.2首次库仑效率首次库仑效率是衡量电池性能的重要指标，表1是SnS 2不同倍率下的库仑效率数据，从表中可以看出，以SnS 2作为负极材料的电极首次库仑效率并不高，只有20%左右，这是因为，反应(1)中，大量的锂被消耗，还有SEI 膜的形成也消耗了部分锂，从而造成了大的不可逆容量．这在一定程度上影响了SnS 2的应用，有待进一步的改进．表1不同倍率下SnS 2的首次库仑效率Tab.1Initial coulombic efficiency of SnS 2at diffent current rate （1C =400mAh/g ）倍率首次放电容量/(mAh/g )首次充电容量/(mAh/g )首次库仑效率/%0.1C 1871.5308.616.50.5C 1313.835326.91C1377.8345.1252.2.3循环性能从图3可以看到，一方面，电流倍率越小，电化学反应越接近平衡条件，电池容量越能充分发挥，因此容量越高；另一方面，较小的电流倍率虽可以使电池保持较高的放电容量，但其循环性能并未改善．相反的，采用较高的电流倍率可以使电极的容量保持率维持在一个较高的水平，这种现象产生于一些与时间相关的过程，如电解质的插入与分解、活性粒子上表面膜的形成以及电极导电性能的降低等．同时采用小的电流倍率时的容量越高，说明嵌入或脱出电极的锂越多，这意味着电极所需要承受的绝对体积变化也越大，大的体积变化也是导致电极粉化、失活以及循环性能衰减的原因．总体来看，SnS 2虽然具有一定的可逆容量，但可逆容量损失较大，循环性能较差根据合金型机理，材料循环性能与合金化过程中电极体积的变化密切相关．据文献报道，金属锡形成合金过程中其体积的最大变化超过300%，这么大的体积变化势必引起电极材料的粉化、崩裂而失效，导致循环性能变差．2.2.4循环伏安特性在第1次循环的阴极过程中，在1.6V 出现第1个还原峰，该峰对应于SnS 2的不可逆分解．因为从图4中可以看到：该峰的出现是不可逆的，在第2、3循环过程中的同一位置，该峰不再出现．随着循图3SnS 2不同倍率下的循环性能曲线（1C =400mAh/g ）Fig.3Cycling performance curves of SnS 2at diffent current rate(1C =400mAh/g )图4SnS 2电极前三次的循环伏安曲线Fig.4Cyclic voltammograms of SnS 2510152025302000180016001400120010008006004002000周期/次容量/m A h10.00.51.0 1.52.0 2.50.00150.00100.00050.0000-0.0005-0.0010-0.0015-0.0020-0.0025-0.0030电压/V电流密度/m A h13次循环1次循环2次循环120.5C 1C 0.1C77张海芳，等：锂离子电池SnS2负极材料的研究第2期环扫描到更低的电位，在1.0~0.3V之间开始形成一个很宽的还原峰，这个还原峰则是由锂离子嵌入Sn 所致，为可逆还原峰．在反向的阳极过程中，第1个氧化峰出现在1.0V，此峰是上述第二个还原峰的逆过程，即是锂离子从锡中脱出，在第2、3次的循环伏安过程中，这一可逆峰在0.6V和1.2V分为两个峰．3结论通过水热法制得SnS2材料，并将其作为锂离子电池负极材料，在不同电流倍率下进行充放电，发现采用较高的电流倍率可以使电极的容量保持率维持在一个较高的水平，但是总体来说其循环性能还有待进一步的提高．参考文献：[1]Hitomi Mukaibo，Atsuhito Yoshizawa，Toshiyuki Momma，et al．Particle size and performance of SnS2anodes for rechargeable lithium batteries [J]．Journal of Power Sources，2003，119-121：60-63．[2]Toshiyuki Momma，Nobuhiro Ahiraishi，Atuhito Yoshizawa，et al．SnS2anode for rechargeable lithium battery [J]．Journal of Power Sources，2001，97-98：198-200．[3]Julien C，Perez-vicent C．Vibrational studies of lithium-intercalated SnS2[J]．Solid State Ionics，1996，89（3-4）：337-343．[4]Gou Xing-long，Chen Jun．Pan-Wen Shen Synthesis，characterization and application of SnSx（x=1，2）nanoparticles [J]．Materials Chemistryand Physics，2005，93（2-3）：557-566．[5]Tae-Joon Kim，Chunjoong Kim，Dongyeon Son，et al．Novel SnS2-nanosheet anodes for lithium-ion batteries [J]．Journal of Power Sources，2007，167（2）：529-535．[6]Li Qing，Ding Yi，Wu Hao，et al．Fabrication of layered nanocrystallites SnS and SnS2via a mild solution route [J]．Materials Research Buttlein，2002，37（5）：925-932．［责任编辑田丰］我校主持承担的“十一五”国家科技支撑计划重点项目课题在京启动我校参与组织的“十一五”国家科技支撑计划重点项目“高性能非金属矿物材料的制备技术研究”于2008年获科技部和财政部正式批准立项，并于2009年2月在北京全面启动研究．这是我校材料学科教授首次参与组织成功的国家三大主体科技计划项目．该项目针对我国非金属矿物材料行业能源资源消耗大、环境污染严重等制约行业发展的瓶颈问题，重点从关键工艺装备技术、高附加值产品精细加工技术、非金属矿物材料功能化新技术研究等3个方面突破如下9项关键技术：1）高性能非金属矿物填料先进加工技术及装备；2）粘土矿物尾矿高效综合利用关键技术；3）高性能云母绝缘材料在线检测与控制技术；4）炼油催化剂专用高岭土关键制备技术；5）高纯熔融石英材料制备技术及应用；6）功能性复合矿物材料的制备技术；7）高性能节能矿物材料关键制备技术；8）新型电池用天然石墨材料的制备技术；9）非金属矿物材料基础信息测试技术及关键仪器研究．项目下设9个课题．材料学院能源与生态环境功能材料研究团队梁金生研究员主持承担了其中的“高性能节能矿物材料关键制备技术研究”课题，国拨经费391万元；丁燕副教授作为课题负责人之一，还主持承担了其中的“非金属矿物材料基础信息测试技术及关键仪器研究”课题的研究，国拨经费440万元．主持承担国家三大主体科技计划项目课题是材料学院科研工作的历史性突破，也说明材料学科的科研实力及在全国的影响力有了显著提升．［学摘］。

目前锂二次电池负极材料研究的主要方向

目前锂二次电池负极材料研究的主要方向
人们最早研究的锂二次电池的负极材料是金属锂，这是因为锂具有最负的电极电位(-3.045V)和最高的质量比容量(3860mA·h/g)。

但是，以锂为负极时，充电过程中金属锂在电极表面不均匀沉积，导致锂在一些部位沉积过快，产生树枝一样的结晶(枝晶)。

当枝晶发展到一定程度时，一方面会发生折断，产生“死锂”，造成不可逆的锂；另一方面更为严重的是，枝晶刺破隔膜，引起电池内部短路和电池爆炸。

除此之外，锂有极大的反应活性，可能与电解液反应，也可能消耗活性锂和带来安全问题。

正是由于锂枝晶和锂与电解液反应可能造成的许多问题，从而使以锂为负极的二次锂电池未能实现商业化。

目前主要在三方向展开研究工作：
①寻找替代金属锂的负极材料；
②采用聚合物或熔盐电解质，避免金属锂和有机溶剂的反应；
③寻找合适的电解液配方，使金属锂在沉积溶解过程中保持光滑均一的表面。

历史上对锂合金的系统研究始于高温熔融盐体系，研究体系包括Li-A1、
Li-Si、Li-Mg、Li-Sn、Li-Bi和Li-Sb。

有机电解液体系中锂的电化学合金化反应的系统研究是从Dey的工作开始的，后来的研究表明室温条件下锂可以和很多金属在电化学过程中发生合金化反应。

Huggins对各种二元和三元锂合金作为负极在有机溶剂体系中的行为做了系统的研究，特别是锂锡体系、锂锑体系和锂铅体系的热力学和动力学行为进行了报道。

Tags：锂电池锂二次电池二次锂电池锂离子电池。

锂离子电池合金负极材料的研究进展

03
同时，科研人员还在探索合金负极材料的复合结构、三维构型等方向，以进一步改善其电化学性能。
合金负极材料中的锂枝晶问题
在锂离子电池充放电过程中，锂枝晶的生长和沉积是合金负极材料面临的重要问题。锂枝晶会降低电池的安全性和循环性能，因此需要采取有效的措施来解决这一问题。
目前，研究者们正在积极探索抑制锂枝晶的方法，如采用电解液添加剂、控制充电电流和电压、优化电池结构等。此外，科研人员还在研究新型的合金负极材料，以从根本上解决锂枝晶问题。
VSBiblioteka 方法本研究采用实验研究法，通过制备不同合金元素的负极材料，测试其电化学性能、物理性能和结构特性等指标，分析合金元素种类和含量对负极材料性能的影响。同时，结合理论计算和模拟仿真等方法，深入探究合金负极材料的反应机制和动力学过程。
02
锂离子电池负极材料概述
锂离子电池工作原理
1
锂离子电池是一种可充电电池，主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。
硅基合金负极材料
硅基合金负极材料是近年来研究的热点之一，具有高容量、低成本和良好的电化学性能等优点。
硅基合金负极材料的研究主要集中在硅基二元合金，如硅基铝、硅基铜等。
然而，硅基合金负极材料也存在一些问题，如体积效应、容量衰减等，需要进一步改进和完善。
镁基合金负极材料
镁基合金负极材料是一种具有潜力的新型负极材料，具有高能量密度、良好的循环性能和较低的成本
合金负极材料的体积效应
合金负极材料在充放电过程中会发生体积变化，产生所谓的“体积效应”。这种体积效应会导致电极结构不稳定、容量衰减等问题，严重影响了锂离子电池的循环性能和使用寿命。
为缓解合金负极材料的体积效应，科研人员正在探索各种方法，如采用纳米结构、多孔结构、复合结构等设计，以及优化合金元素组成等。此外，科研人员还在研究新型的合金负极材料，如过渡金属氮化物、过渡金属碳化物等，这些新型材料具有优异的电化学性能和稳定性，有望成为未来锂离子电池的重要候选材料。

锂离子电池负极材料的调研报告

锂离子电池负极材料的调研报告锂离子电池作为一种重要的储能设备，在电动汽车、便携电子产品等领域有着广泛的应用。

其中，负极材料是锂离子电池中的重要组成部分，直接影响着锂离子电池的性能和循环寿命。

本文将对常见的锂离子电池负极材料进行调研，以期了解其原理和性能特点。

一、石墨负极材料石墨是一种常见的锂离子电池负极材料，其具有良好的导电性和化学稳定性。

石墨负极材料的工作原理是：锂离子在充电过程中嵌入石墨层，由于其结构特点能够在锂离子的嵌入和脱嵌过程中保持较稳定的结构，从而实现了电池的充放电循环。

石墨的主要性能特点包括较高的比能量、较低的价格以及良好的循环寿命。

二、硅负极材料硅是一种具有较高比容量的负极材料，其比容量可以达到4200mAh/g，远高于石墨的372mAh/g。

但是，硅负极材料的应用受到结构膨胀和收缩的限制，在循环过程中容易出现严重的容量衰退和电池损坏。

因此，目前研究者们通过控制硅负极材料的结构和表面涂层等方式，以提高其循环稳定性和电池寿命。

三、炭负极材料炭负极材料具有良好的循环寿命和较高的比容量，常用的炭负极材料有天然石墨、人造石墨、活性炭等。

与石墨相比，炭负极材料的比容量更高，但是其导电性较差，需要通过掺杂或改进电极结构来提高导电性能。

四、金属氧化物负极材料金属氧化物作为一种新型锂离子电池负极材料，具有较高的比容量和较低的价格。

常见的金属氧化物负极材料有锡氧化物、钛酸锂等。

金属氧化物负极材料的主要问题是循环稳定性较差，容易出现容量衰退和电池寿命短的情况，需要进一步研究改进。

五、锂离子电池负极材料的未来发展方向目前锂离子电池负极材料的研究方向主要包括提高比容量、延长循环寿命和提高安全性能。

未来，研究人员需要在材料的设计合成、结构调控和表面改性等方面进行深入研究，以找到更合适的负极材料，提高锂离子电池的性能。

总结：锂离子电池负极材料是影响锂离子电池性能和寿命的重要因素。

目前常见的负极材料有石墨、硅、炭和金属氧化物等。

锂离子电池负极材料研究及未来发展

锂离子电池负极材料研究及未来发展作者：墨玉随着煤、石油、天然气等不可再生能源的日渐枯竭，以及其燃烧带来的环境污染问题，能源和环境已经成为影响当今世界可持续发展的两大难题。

为了解决这两难题，开发新型可再生绿色能源来代替传统化石燃料迫在眉睫。

锂离子电池作为新一代储能装置，具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等优点，是目前最具发展前景的储能装置之一。

[1]电极材料作为锂离子电池的核心部件，决定了锂离子电池的性能，而负极材料在锂离子电池中起着至关重要的作用，所以近年来对负极材料的研究成为热点。

1.锂离子电池研究方向随着经济的快速发展，科技日新月异，电子产品的普及达到史上之最。

作为重要应用领域之一的电动汽车的发展带动了电池性能的提升，同时也对电池提出了更高的要求，包括能量密度的提升，循环寿命的延长等。

目前针对负极材料的研究集中在新型碳材料、硅基材料、锡基材料及其氧化物负极材料。

2.新型碳材料新型碳材料是相对于传统碳材料而言，目前商业上普遍使用石墨这一传统碳材料作为锂离子电池负极材料，但是其理论容量较低，越来越不能满足锂离子电池的发展需求。

新型碳材料如碳纳米管、石墨烯等，由于具有特殊的一维和二维柔性结构、优良的导热性和导电特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜力。

2.1碳纳米材料碳纳米材料主要包括碳纳米管和碳材料的纳米掺杂。

碳纳米管在1991年被发现后就开始受到广泛关注，其具有较高的硬度、强度、韧性及导电性。

虽然碳纳米管拥有较高的高贮锂量，但是碳纳米管难以直接作锂离子电池的负极材料，当碳纳米官作电极材料时会出现首次效率较低、无放电平台、循环性能较差、电压滞后等缺陷。

碳纳米管的结构与插锂机理之间的关系还有待进一步研究，作为负极材料的应用也还有很长一段的路要走。

将碳材料里掺杂入纳米级的电极材料也能有效改善电池性能。

例如在碳材料中掺杂纳米状态的硅原子，硅嵌入锂时形成的Li4.4Si理论容量高达4200mA·h/g。

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁、高效的能源存储技术成为了研究的热点。

锂离子电池，作为一种重要的能量存储和转换装置，广泛应用于电动汽车、移动通讯、便携式电子设备等领域。

其中，负极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响电池的能量密度、循环稳定性和安全性。

因此，对锂离子电池负极材料的研究具有重要意义。

本文旨在全面综述锂离子电池负极材料的研究进展，包括负极材料的种类、性能特点、制备方法以及应用现状等方面。

通过对近年来相关文献的梳理和分析，总结了锂离子电池负极材料的研究现状和发展趋势，旨在为负极材料的深入研究和应用提供理论支撑和参考依据。

本文介绍了锂离子电池的基本结构和工作原理，明确了负极材料在电池性能中的作用。

综述了不同类型负极材料（如碳基材料、金属氧化物、合金材料等）的性能特点和应用优势，分析了其优缺点及适用场景。

接着，重点介绍了负极材料的制备方法，包括物理法、化学法以及新型纳米技术等，并探讨了各种方法的优缺点及发展趋势。

总结了锂离子电池负极材料的研究进展，展望了未来的发展方向，以期推动锂离子电池技术的不断进步和应用拓展。

二、锂离子电池负极材料的分类与特点锂离子电池的负极材料是决定电池性能的关键因素之一，其性能直接影响着电池的容量、循环寿命和安全性。

随着科技的进步和研究的深入，锂离子电池负极材料的种类不断丰富，性能也在持续提升。

以下将简要介绍几种主要的锂离子电池负极材料及其特点。

碳基负极材料：碳基负极材料是最早被应用于锂离子电池中的负极材料，主要包括石墨、软碳、硬碳等。

石墨负极具有良好的导电性、层状结构以及较高的理论比容量，因此在实际应用中占据主导地位。

然而，石墨负极在充放电过程中易发生体积膨胀和收缩，导致电池循环性能下降。

软碳和硬碳则具有更好的循环稳定性和更高的比容量，但其首次不可逆容量损失较大。

锡基负极材料：锡基负极材料具有较高的理论比容量和良好的嵌锂性能，因此受到广泛关注。

锂离子电池负极材料的电化学性能研究

锂离子电池负极材料的电化学性能研究锂离子电池是目前最常用的电池之一，具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点。

而其中的负极材料在电化学性能研究中发挥着至关重要的作用。

本文将探讨锂离子电池负极材料的电化学性能研究，以期为该领域的进一步发展提供一定的参考。

在锂离子电池中，负极材料一般是锂的储存和释放的地方，主要包括石墨、金属锡、金属硅等。

然而，这些材料在长时间循环使用过程中存在一些问题，如容量衰减、循环寿命降低和安全性差等。

因此，研究人员开始探索新型负极材料，以改善电池的性能。

一类新型负极材料是金属氧化物和金属硫化物。

金属氧化物具有较高的比容量和较低的工作电压，在一定程度上可以解决石墨负极材料容量衰减的问题。

举例来说，二氧化钛是一种常用的金属氧化物，具有较高的理论容量和较好的电化学性能。

然而，其电导率较低，限制了其在锂离子电池中的应用。

研究人员通过掺杂、复合和改进电极结构等方式，努力提高二氧化钛的电导率，并取得了一定的成果。

另一类新型负极材料是碳基复合材料。

与传统的石墨负极材料相比，碳基复合材料具有更高的容量和较好的循环寿命。

石墨烯是碳基复合材料中的一种重要代表，具有高导电性、高比表面积和良好的化学稳定性等优点。

然而，石墨烯的制备成本较高，制备过程中容易产生大量的有害废弃物。

因此，研究人员开始寻找其他碳基材料，以替代或改进石墨烯。

此外，锂离子电池负极材料的电化学性能还与电极结构密切相关。

传统的负极材料往往采用粉末状的颗粒结构，这种材料容易堆积在一起，影响电极的充放电性能。

为了解决这个问题，研究人员开始将负极材料制备成纳米结构或纳米复合结构，以增加其表面积和电导率。

同时，还有人提出了一些新颖的电极结构，如纳米线阵列电极、多孔电极等，进一步优化了电极的性能。

总的来说，锂离子电池负极材料的电化学性能研究是一个复杂而重要的课题。

各种新型负极材料的研发和电极结构的改进为锂离子电池的性能提升提供了可能。

三维花型SnS2单相纳米结构负极材料的制备及性能研究

文章编号：1001—9731(2017)11-11204-06三维花型SnS2单相纳米结构负极材料的制备及性能研究彭熙1，李玉胜2,陈秀娟3,张娟1，张鹏林1(1.兰州理工大学#肃省有色金属新材料省部共建_家重点实验室，兰州730050;2.甘肃省兰州石化维达公司U兰州730050;3.兰州理®大学机电工程学院，兰州730050)摘要：以氯化亚锡（SnCl2 •2H20)、硫代乙酰胺（TAA)和无水乙醇为原料，利用一步溶剂热合成了三维花型多级SnS2纳米结构。

XRD、SEM和T EM分析结果表明，所合成的SnS2花型多级纳米结构为六方单相SnS2，该结构为花瓣状纳米片自组装而成，其厚度约为20〜30 nm，花型结构直径约为8 jun^SnS:的彳1〇〇丨晶面的晶面间距为0.31 nm;并初步讨论了三维花型多级SnS2纳米结构的形成机制；而电化学性能测试表明表面改性后的样品在0.01.〜1.2 V电压范围及0.15 C倍率下，首次放电比容量可达1 5.98 mAh/g，首次可逆比容•量为656 mAh/g，循环50次后，可逆比容量为572 mAh/g，容量保持率可达87.关键词：溶剂热法；花型多级纳米SnS2;形成机理；电化学性能中图分类号：TM910 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1001-9731.2.017.11.037〇引言尽管碳材料是,目前广泛使用的锂离于电池负极材料[1]，但其理论比容量仅为372 m A h/g,远低于已发现的硫化物负极材料[_31j L:屮S n S2(二硫化锡）理论比容量达645 m A h/g，是一种潜在的可替代碳材料的负极材料。

然而，实际应用中，锂离子在嵌入与脱出SnS2电极的过程中伴随着较大的体积变化，易出现电极粉化、容量衰减等问题[46]。

研究发现，自组装而成的具有纳米特性的多级结构可缓解上述问题[7]这种纳米结构体系易于通过外界条件控制其形貌，因此，可控合成具有多级结构的纳米材料成为近年来研究的热点，构建取向均一的多级纳米结构能够将微米结构与纳米结构的优点集合起来，其独特的化学物理性质和形貌使得这种多级组装结构具有更优异的性能。

锂离子电池负极材料的研究

锂离子电池负极材料的研究近些年来，随着能源科技的迅猛发展，锂离子电池已成为主流的可充电电池技术之一。

目前，在电动汽车，智能手机，无人机，以及其他多种新兴应用中，随处可见锂离子电池的身影。

它是一种具有高能量密度，高安全性，以及高功率输出的电池。

然而，由于锂离子电池自身设计和制造上存在技术障碍，它们的实际应用仍然存在一定的瓶颈。

由于充电电池的核心组件，为电池的正极和负极材料，所以，锂离子电池的发展，必须面对负极材料的研究难题。

目前，主要的负极材料有金属锰系氧化物以及锂硫化物化合物。

金属锰系氧化物因具备良好的安全性及耐热性，是锂离子电池负极材料的主要选择，但在充放电过程中，它们的充电容量有限，因此只适用于部分应用，而锂硫化物的负极材料则有着较高的充电容量，但它们的热稳定性和安全性尚有改善的空间。

所以，突破上述两种负极材料的技术瓶颈，就成为了当前锂离子电池技术发展的关键。

首先，要开展金属锰系氧化物材料的新型设计，改善其充电容量，增加其热稳定性和高能量密度，以及提升耐久性，期望它能够满足对于汽车电池的高性能应用。

此外，还要深入研究锂硫化物的结构设计及其安全性，尝试从锂硫化物本身的物理化学现象入手，探索如何应用在锂离子电池材料之上，最终提高其热安全性及稳定性。

因此，近年来围绕锂离子电池负极材料的研究，已形成一个广泛而活跃的研究领域，其中包括金属锰系氧化物材料的制备，以及锂硫化物材料的结构设计，安全性研究等多方位技术突破。

其目的，就是为锂离子电池的应用发展，扫清技术瓶颈，将其作为能源转化的高效可靠技术。

在负极材料研究领域，已有诸多成果涌现，其中，各类金属锰系氧化物材料的新颖设计，以及新型锂硫化物材料的研制，都取得了阶段性的成果。

例如，研究者已在金属锰系氧化物材料的设计上开展了一系列的工作，如改变层状结构，采用各类加能剂等，以提高负极材料的输出功率及充电容量，并且还取得了一定的进展；此外，研究者还采用特殊的改性方法，开发出各类具有良好安全性及耐热性的新型锂硫化物材料。

锂离子电池负极材料研究方向

锂离子电池负极材料研究方向《锂离子电池负极材料研究方向》随着能源危机的严峻形势以及对环境友好能源的需求不断增加，锂离子电池作为一种高性能、高能量密度、环境友好的储能装置，在移动电子设备、电动汽车等领域得到广泛应用。

而锂离子电池中的负极材料，作为电荷和离子传输的重要组成部分，关系着电池的性能和寿命。

因此，锂离子电池负极材料的研究变得至关重要。

近年来，科学家们在锂离子电池负极材料的研究方向上取得了许多重要的进展。

一方面，针对现有材料的改良和优化仍然是研究的重点。

目前，锂离子电池常用的负极材料主要有石墨和硅。

石墨具有稳定的循环性能和较高的电导率，但其储锂容量有限，无法满足未来高能量密度电池的需求。

硅作为一种高容量材料，体积膨胀问题一直是制约其应用的关键。

因此，为了提高石墨和硅负极材料的性能，科学家们研究了针对两者的改进方法，如纳米结构的设计和合金化等。

另一方面，新型锂离子电池负极材料的研究也逐渐成为热点。

除了石墨和硅，其他材料如金属锂、金属硫化物、碳基材料等也引起了科学家们的兴趣。

金属锂具有很高的储锂容量，但其在充放电过程中容易形成树枝状晶体，引发安全隐患。

因此，改进金属锂的安全性成为研究的重点。

金属硫化物和碳基材料也因其高能量密度和较低成本受到广泛关注，但其循环稳定性和电导率仍然需要改善。

此外，探索新型材料、开展材料设计和模拟计算等方法也是未来锂离子电池负极材料研究的重要方向。

借助新型材料的发现，研究人员可以拓展材料体系并发现更优秀的电池性能。

同时，通过材料设计和模拟计算，科学家们可以更好地理解材料的结构与性能之间的关系，并提出合理的改进措施。

总之，锂离子电池负极材料的研究方向包括对现有材料的改良和优化，开发新型材料，以及探索材料设计和模拟计算等方法。

通过这些研究，可以改善电池性能，提高储能效率，并推动锂离子电池在储能领域的应用。

锂离子电池负极材料的制备及性能研究

锂离子电池负极材料的制备及性能研究随着移动电子设备需求的不断增加，锂离子电池已经成为了最为流行的可充电电池形式。

为了提升锂离子电池的能量密度和电池寿命，各国科研机构不断研究新型的电池制备工艺和材料。

其中，锂离子电池的负极材料是电池性能的关键之一，本文将探讨锂离子电池负极材料的制备及性能研究。

一、锂离子电池的负极材料锂离子电池的负极材料通常采用石墨或硅材料。

石墨作为一种广泛使用的负极材料，具有较高的浓度和寿命。

而硅材料则具有更高的容量和能量密度，但由于体积膨胀和收缩导致的颗粒破裂和材料失效，硅材料在实际应用中还存在一些问题。

除了石墨和硅材料，其他材料也可以用作锂离子电池的负极。

例如金属锂、锂钛酸盐和锂铁磷酸盐等。

这些材料具有不同的物化性质，在不同的应用场景中都有其特殊的作用。

二、负极材料的制备1.石墨材料的制备石墨材料通常是通过石墨化工艺制备而来。

一般来说，制备过程分为实验室和工业生产两个阶段。

在实验室中，石墨材料通常是通过化学剥离或热解方式制备而来。

而在工业生产中，则通常采用煅烧石墨、石墨化工艺或石墨素粉的加工方式。

2.硅材料的制备硅材料的制备通常是通过化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）或者水热法等制备而来。

其中，CVD法是制备最为常用的一种方法，其固相反应和诱导化学反应可以得到高纯度的硅材料。

3.其他材料的制备金属锂可以通过电化学沉积法制备而来。

锂钛酸盐是通过固态反应或水热方法制备而来。

而锂铁磷酸盐的制备通常是通过溶胶凝胶法和电化学沉积法实现的。

三、负极材料的性能研究负极材料的性能研究通常基于其放电时的电化学行为。

其中最重要的性能指标是材料的比容量和循环寿命。

1.比容量材料的比容量可以通过电化学测试方法来测定。

比容量越高，说明单位质量的材料可以存储更多的锂离子。

石墨的比容量为372 mAh/g，硅材料的比容量为4200mAh/g，锂铁磷酸盐的比容量为170mAh/g -220mAh/g。

不同溶剂制备的锂离子电池负极材料sns

不同溶剂制备的锂离子电池负极材料sns锂离子电池(Lithium-ion Batteries, LIB)是具有良好高能量密度特性的一类新型先进储能系统, 它拥有优越的安全、环保及可循环特性等优点, 因此已成为国际上及发达国家发展迅速的新能源储能技术。

SNS（Sulfonated Polyaniline）类即是一种新型的Lithium-ion电池负极材料，它被誉为21世纪的最新兴起佼佼者，在电池负极材料的发展中受到瞩目。

本文将主要从不同溶剂制备SNS类材料的特性及优点介绍并讨论探讨SNS类材料在Li-on电池领域的应用前景。

具体而言，目前学界报道了在不同溶剂中制备锂离子电池负极材料SNS的技术。

一种制备该材料的方法是运用碳酸锂(Li2CO3)与溴化苯的混合物，进行溶于乙醇的两性溶剂(Binary Solvent）中化学溶剂合成。

另一种SNS材料使用硫酸铜 (CuSO4) 和三氧化二硫(S2O3) 的混合物，在不同的溶剂中制备。

其中，在二甲醚（THF）溶剂中混合后形成聚丙烯基苯胺(PANi) 后，继续运用硫酸铝 (Al2(SO4)3)和硫酸锂 (Li2SO4)添加到溶剂中，形成SNS材料。

在此过程中，二甲醚（THF）不仅可以抑制金属杂质的沉积，而且能够作为单独的溶剂，提高锂离子的迁移率及储存密度。

而在制备混合异硫代硫醇锂电池（Lithium-ion Batteries with Mixed Thiolates）时，溶剂常使用甲醇，以此制得使用更为安全、环保的溶剂混合物：其合成过程首先使用苯盐醚 (Benzyl Ether Min, BEM) 和（S）-苯乙醛 (Phenyl Glycinal, PGA)两种有机物，混合成比较稳定的溶剂混合物，运用PANi作为类似微球状的多孔介质，以此作为溶剂框架，再将碳化物形成多孔连续框架，运用硝酸锂（LiNO3）等解决方案作为封装组件，接着加入一些有机试剂，最终运用甲醇溶剂将其形成为混合介质，以提高其在电解液环境中的稳定性。

锂离子电池负极材料研究进展

锂离子电池负极材料研究进展摘要：众所周知，锂离子电池一般都很质轻、寿命长、集中高能量密度等，所以，很好地满足了电器设备的微小型化的发展所需。

而锂离子电池之所以成功获得广泛应用，最关键之处就是锂离子电池产品的负极材料。

为此，本文立足锂离子电池，主要探讨了其负极材料的有关研究进展，仅供参考。

关键词：负极材料；锂离子；电池伴随社会的变迁，能源危机、环境问题也越来越严峻[1]。

所以，急需研制开发优质储能材料、大幅提升可再生能源的整体利用率。

作为十分理想的一种储能材料，锂离子电池因其具有更长循环、大能量密度、强热稳定、微弱记忆效应等优势，而变成新能源研究中的一大热点。

尤其是其中很关键的负极材料更是备受电池研究人员所关注[2]。

一、锂离子电池的概述在锂离子电池中，正负极、隔膜、电解液属于主要的构成部分[3]。

隔膜作为高聚物膜，主要用于分隔正负极。

同时，隔膜还很稳定，能阻断活性物质下有关的电池短路，并拥有很理想的绝缘与导电能力。

当前，常见的电解质有固、液体、凝胶类型的电解质，并显著弱化电池体系性能[4]。

当前，常用的锂离子新型电池体系的正极材料的整体电化学与安全性能很理想，且呈现出环境友好等方面的特征。

而作为优化循环过程、增大电池容量的重要因素，电池负极材料和整个锂离子电池所具备的性能关联紧密。

所以，在当前的锂离子电池内，应特别注意负极材料。

二、锂离子电池领域研究负极材料的实践进展分析1、碳材料当前，在锂离子电池之中，以无定型碳、各种石墨、碳纳米管等碳负极材料为主。

其中的石墨又存在天然、人造类型石墨、各种石墨化碳；在无定型碳中，则存在软、硬上的分别；基于壁的多少，又可将碳纳米管划分成单壁、多壁碳纳米管。

而伴随原材料种类的改变，也出现了很多的负极石墨化碳材料。

其中很经典的材料有MCMB(中间相石墨化微珠)、石墨化碳纤维、天然石墨。

从上世纪中期伊始，往石墨化碳材料直接插入锂的课题研究便有出现。

在面向石墨直接插入锂时，针对首次循环而言，因其中的固体电解质有出现各种保护层或界面膜，令其融合锂的量可以超过相应的可逆脱出量，并且在后续的循环中，二者大体一致。

锂离子电池层状二硫化物负极材料的研究

锂离子电池层状二硫化物负极材料的研究层状过渡金属硫化物(MS2,M=Sn,Mo)具有较高的理论比容量,资源丰富,成本低,近年来作为锂离子电池负极材料受到了研究者们的广泛关注。

然而,MS2还存在很多问题,限制了它的实际应用。

在脱嵌锂过程中伴随较大的体积变化,导致活性颗粒粉化,活性物质和集流体失去电接触并从其表面脱落,容量急剧衰减。

MS2较低的本征电子电导和离子电导使材料的倍率性能较差。

层状MS2结构各项异性,离子嵌入存在方向性,因此片层MS2的生长方向严重影响着电极中离子迁移速度。

本论文通过设计MS2和碳基质的直接化学键合,提高电极的电导特性和结构稳定性;调控MS2片层生长取向、添加功能性异质结,加速电极中离子传输,改善倍率性能。

制备了比容量高、循环稳定性好、倍率性能优异的MS2/碳负极材料,并对其结构以及电化学性能进行了深入系统的研究,具体研究内容如下:具有共格结构的CNTs@MoS2@C材料的制备及电化学性能研究。

采用气相沉积法,以CNTs作为生长基体,具有易升华特性的Mo03粉和S粉作为钼源和硫源,使MoS2原位生长于CNTs表面,后经无定形碳包覆,制备了碳包覆、共格生长于CNTs表面的MoS2纳米针,形成CNTs@MoS2@C材料。

具有共格结构的MoS2/CNT界面处以C-S键合,其不仅可有效防止活性MoS2在脱嵌锂过程中从CNTs基体剥落,维持电极材料的完整结构,并且能够提供快速电子传输通道,加快电极反应动力学过程。

因此,CNTs@MoS2@C电极表现出优异的倍率特性和长期循环稳定性,在0.1 Ag-1电流密度下循环100次,依然保持990mAh g-1可逆比容量。

在2Ag-1大电流密度下的可逆比容量依然高达有758 mAh g-1。

三维多孔MoS2/N掺杂碳纤维材料的制备及电化学性能研究。

以多孔N掺杂碳纤维为基体,采用化学气相沉积法,制备了生长于多孔碳纤维内部的MoS2纳米环,MoS2与碳纤维基质通过化学键结合形成牢固结构。

锂离子电池负极材料研究进展

锂离子电池负极材料研究进展本文综述了锂离子电池负极材料的最新研究进展，并对锂离子电池负极材料的发展趋势进行展望。

标签：锂离子电池;负极材料;研究进展随着煤炭、石油等自然资源的日益枯竭，以锂离子电池为代表的绿色电源再次受到科研工作者的青睐。

锂离子电池具有许多突出的优点，比如电压高、储存能量密度大、循环寿命长、工作温度范围宽而且没有记忆效应。

随着锂离子电池被广泛应用于笔记本电脑、手机、航空航天、电动汽车等领域，锂离子电池在人们日常生活以及工业等领域所产生的影响越来越大。

现在电池的能量密度是制约锂离子电池发展的重要因素，锂离子电池的负极材料是锂离子电池的核心材料之一，改善负极材料对提高锂离子电池的总体性能有着较大影响。

1 无机非金属类材料1.1 石墨石墨可分为人造石墨和天然石墨。

中间相碳微球以及石墨纤维是比较常见的两种人造石墨，而天然石墨包含鳞片石墨和无定型石墨。

石墨的结构为层状晶体结构，而且结构完整、结晶度较高，锂离子嵌入位置较多，有利于锂离子的嵌入以及脱嵌，因此有着较高的比容量，其理论比容量为372 mAh/g，此外石墨价格低廉，所以石墨是比较合适的锂离子电池负极材料。

但是石墨类材料作锂离子电池负极时也存在一定的缺陷，其与有机溶液的相容较性较差、循环性能也不理想，因此需要对石墨进行改性处理。

常见的处理方法有：使用与所用电极相匹配的溶剂、掺杂改性处理、氧化还原处理。

1.2 无定型碳无定型碳可分为软碳以及硬碳两大类。

在温度高于2500 ℃情况下能石墨化的无定型碳称为软碳，碳纤维、石油焦、中间相碳微球、针状焦等都是较常见的软碳。

软碳石墨化度较低、与电解液的相容性好，但是输出电压不理想，不能提供稳定的工作电压而且首次充电以及放电的不可逆容量很高。

在温度高于2500 ℃情况下也较难石墨化的无定型碳称为硬碳（难石墨化碳），有机聚合物热解碳、树脂碳、碳黑等都是较常见的硬碳。

难石墨化的碳材料是由相互交错的单石墨层组成，有利于锂离子的嵌入，因此其作锂离子电池负极材料时有着较高的比容量，同时难石墨化碳还表现除了良好的耐过充性能，当嵌锂含量达到110 %时，金属锂不会析出。