5V高电压锂离子电池阴极材料研究进展
高功率石墨电极在锂离子电池中的应用研究
高功率石墨电极在锂离子电池中的应用研究摘要：随着移动电子设备和电动汽车的快速发展，锂离子电池作为新一代高能量密度和高功率密度电池的代表，受到广泛关注。
而石墨电极作为重要的锂离子电池材料之一，在锂离子储能领域有着重要的应用价值。
本文旨在探讨高功率石墨电极在锂离子电池中的应用研究，并分析其优势与挑战。
引言：锂离子电池是一种以锂离子的嵌入/脱嵌过程来存储和释放电能的器件。
石墨电极作为锂离子电池的负极材料，具有很高的比能量和循环寿命，然而在高功率应用中的表现并不理想。
为了满足日益增长的高功率应用需求，研究人员开始寻找提高石墨电极功率特性的方法。
高功率石墨电极的开发将为电动汽车和可穿戴设备等领域的应用带来重要的突破。
1. 高功率石墨电极的优势和特点：石墨电极作为负极材料有着以下优势：1）丰富的资源，低成本制备；2）较高的比能量和循环寿命；3）良好的化学和物理稳定性。
而高功率石墨电极在这些基础上还具有如下特点：1）高电导率，有助于提高电池的输出功率；2）较低的内电阻，减少能量损失；3）良好的嵌入/脱嵌动力学特性，提高电池充放电速度。
2. 高功率石墨电极改进的方法：为了提高石墨电极的功率特性，研究人员采取了一系列改进方法，包括结构优化、添加剂掺杂和导电性调控等：1）结构优化：通过改变石墨电极的晶格结构和孔隙性质，提高锂离子扩散速率；2）添加剂掺杂：添加锂盐或其他金属氧化物等添加剂，改善石墨电极的电化学性能；3）导电性调控：通过控制石墨电极的导电性，降低内电阻并提高功率输出。
3. 高功率石墨电极的应用：在锂离子电池领域，高功率石墨电极已经得到了广泛的应用。
一方面，在电动汽车领域，高功率石墨电极可以提供更高的输出功率和更短的充电时间，以满足电动车辆对高功率的需求；另一方面，在可穿戴设备和移动电子设备领域，高功率石墨电极可以提高设备的使用时间和续航能力，提供更好的用户体验。
4. 高功率石墨电极的挑战和前景：尽管高功率石墨电极在锂离子电池中的应用取得了很大的成功，但仍然存在一些挑战：1）易发生石墨烯化，导致电化学性能损失；2）表面的锂离子聚集和金属锂枝晶的生长，导致安全性问题。
锡基作为锂离子电池负极材料的研究进展
锡基作为锂离子电池负极材料的研究进展在锂离子电池技术不断发展过程中，以碳为负极的电池具有良好的循环性，技术成熟依然是目前主流的负极材料，但却基本达到了碳的理论容量。
不能够进一步满足当代对大容量小体积电池的要求。
因此必须开发新的理论容量高的负极材料,在研究过程中出现了不少的代替碳的负极材料。
锡基就是其中一种。
在1997年，日本的富士公司首先发现了无定形锡基氧化物（TOC）具有很长的循环寿命和较大的可逆容量。
此后，在全世界掀起了研究锡基材料的浪潮，开发了多种含锡的材料类型，包括金属锡，锡基氧化物，锡基合金，硫化锡等。
锡基负极材料在锂离子的嵌入和脱出过程中可以形成Sn，其中的x小于Lix4.4。
也就是说一个锡原子可以与4.4个锂原子相结合形成合金。
从而计算出锂的理论容量大概在990mAh/g,远大于碳基材料（理论容量372mAh/g)，这使得锡基作为锂离子电池负极材料具有广大的潜力。
但是锡基作为负极材料时锂离子的嵌入和脱出会使体积发生巨大改变。
因此需要对锡基材料作进一步的研究，下面会从不同方面的锡基进行综述，来进一步了解锡基材料的优劣性。
2.1金属锡材料及复合材料锡和锂能够形成Sn。
纯净的Sn作为负极材料时，锂离子的嵌入和脱出Li4.4过程其体积变化率高达100%—300%，而且电极易发生破裂与粉碎，导致电池的可逆容量下降。
在Yang S等人[13]的文章中证实了此点，他们制作了厚度为12µm 到15µm的纯锡作为电极的电池。
在随后的研究中发现纯锡电极在前15次循环中的容量为600mAh/g,但在下面的循环中迅速降到了100~200mAh/g。
X射线研究分析可以看出晶体的尺寸变小了，由此可知以纯锡作为负极材料会发生严重变形。
目前的解决方法主要有两种，一种是将锡可以纳米化并加入碳材料，这一种情况与碳—硅复合材料类似，在上面已经提到过。
另一种方法是电镀制备锡薄膜电极。
2.1.1纳米化方法纳米化的研究中有Wang等人[14]以石墨为分散剂，采用高能机械研磨法SiO/和金属Li的混合物发生反应，并还原成金属Sn,得到纳米簇会均匀的SnO分布含锂的弹性石墨基质。
锂离子电池的研究进展及应用前景精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版锂离子电池的研究进展及应用前景近年来，新能源电池市场的发展迅猛，尤其是锂离子电池，在家用电器、电动车、太阳能等领域得到了广泛的应用。
对于锂离子电池的研究，不仅能够提高电池的性能，同时也能够为其更进一步的应用提供技术支持。
本文介绍了锂离子电池的研究进展以及其应用前景。
一、研究进展1. 电极材料改进电池的性能主要取决于电极材料的性质，因此在锂离子电池的研究中，电极材料的改进是必不可少的。
传统的电极材料为石墨，但石墨有低比容量、低导电性、易热化等问题。
近年来，锂离子电池的革新主要是基于正极和负极材料之间的平衡。
目前用于正极的材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等，用于负极的材料主要有石墨、金属锂、硅材料等。
这些材料科技的不断创新进步，使得锂离子电池的性能得到不断提升。
2. 电解质电解质是电池中极为重要的部分，因为它赋予电池主要的性能（如循环性能、电池容量、能量密度等）。
在传统的锂离子电池中，一般使用液态电解质，但液态电解质有泄漏的风险，而且易于氧化和燃烧。
为了提高电池的安全性和循环性能，目前锂离子电池中主要使用固态电解质。
固态电解质中，最为主流的是氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。
固态电解质具有优异的化学稳定性，与高无效性的锂电求得更高电化学性能和更安全性的使用。
3. 电池系统除了电极材料和电解质的改进之外，电池系统的研究也是锂离子电池中一个必不可少的研究领域。
在电池工作过程中，电极和电解质之间的变化会影响电池的循环性能。
而电池系统从整体的角度出发，可以有效的解决这一问题。
电池系统研发的一个核心是电池管理系统（BMS），BMS在锂离子电池中起着重要的作用，它将对电池的使用和维护起到至关重要的作用。
同时，电池系统的研究还包括了钝化处理、电极的表面改性等专业技术的研发。
这些研究都可以有效的提高锂离子电池的研发与应用。
二、应用前景随着汽车、家用电器、通讯等领域的快速发展，锂离子电池在各个领域得到了广泛的应用。
《2024年基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》范文
《基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展和社会的进步，能源问题已成为全球共同关注的焦点。
锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保等优点，被广泛应用于电动汽车、电子设备等领域。
然而，传统锂离子电池的负极材料存在着一些不足，如容量低、循环性能差等。
因此，开发新型高性能的锂离子电池负极材料具有重要意义。
近年来，基于石墨烯的锂离子电池负极材料因其独特的结构和性能受到了广泛关注。
本文将重点研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料，分析其制备方法、性能及改进方向。
二、石墨烯的基本性质与结构石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械强度和较大的比表面积。
这些特性使得石墨烯在锂离子电池负极材料中具有巨大的应用潜力。
石墨烯的片层结构可以为锂离子提供更多的嵌入位点，从而提高电池的容量。
此外，石墨烯的优异导电性有助于提高电池的充放电速率。
三、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的制备方法1. 化学气相沉积法：通过在高温下使碳源气体分解，并在基底上沉积石墨烯。
该方法可以制备出高质量的石墨烯薄膜，但成本较高，生产效率较低。
2. 液相剥离法：利用溶剂剥离石墨得到单层或多层石墨烯。
该方法工艺简单，成本低，但产物中杂质较多，影响电池性能。
3. 化学氧化还原法：通过化学氧化天然石墨得到氧化石墨，再通过还原得到石墨烯。
该方法工艺成熟，可实现大规模生产。
四、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的性能研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料具有较高的理论容量和良好的循环性能。
在充放电过程中，锂离子可以在石墨烯片层间嵌入和脱出，从而实现能量的存储和释放。
此外，石墨烯的优异导电性有助于提高电池的充放电速率，降低内阻。
然而，在实际应用中，还需解决石墨烯材料的一些问题，如容量衰减、循环稳定性等。
五、性能改进措施及研究进展针对基于石墨烯的锂离子电池负极材料存在的问题，研究者们提出了多种改进措施。
1. 纳米结构化：通过制备具有特殊纳米结构的石墨烯材料，如三维网络结构、多孔结构等，提高材料的比表面积和嵌锂能力，从而提高电池性能。
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：当前全球范围内的石油和其他传统能源越来越稀缺，迫切需要有效开发和利用可再生能源，例如太阳能、风能和潮汐能。
但是，这些新能源供应不稳定且持续不断，因此需要先转换成电能再输出，这促进了可充电电池的研究。
传统的铅酸电池，镍镉电池和镍氢电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题，极大地限制了它们的大规模应用。
当前，电池行业的首要任务是找到可替代传统铅酸电池和镍镉电池的可充电电池，迫切需要开发无毒、无污染的电极材料和电池隔膜以及无污染的电池。
与传统的二次化学电池相比，锂离子电池由于其吸引人的特性已经在电子产品中占主导地位，显示出广阔的发展前景。
关键词：锂离子电池；负极材料；研究进展引言国际能源结构正从传统化石能源的主导地位逐渐转变为低碳、清洁和安全的能源，以二次电池为代表的电化学储能技术已成为最有前途的储能技术之一。
锂离子电池因其比能量高、工作电压高、循环寿命长和体积小等特点得到了广泛关注。
锂离子电池主体由正极、隔膜、负极、封装壳体四部分组成，就提高电池的比能量而言，提高负极的性能相对于改进正极、隔膜、封装壳体更为容易。
负极又包括了电流集流体(通常是铜箔)、导电剂(通常是乙炔黑)、粘结剂(通常是聚偏氟乙烯)和具有与锂离子可逆反应的活性材料。
电极的性能几乎取决于活性材料的性能。
１嵌入型负极材料嵌入型负极材料嵌入机制可以描述为，材料结构中可以容纳一定的外来的锂离子，相变形成新的含锂的化合物，并且能在随后的充放电过程中脱出外来的锂离子，恢复到先前的原始结构。
嵌入型负极材料，包括已经商业化锂离子电池负极材料石墨、非石墨化的碳材料（如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维）、ＴｉＯ２以及钛酸锂等。
其中碳质材料的优点包括良好的工作电压平台，安全性好以及成本低等。
但是也存在一些问题，如高电压滞后、高不可逆容量的缺点。
钛酸盐负极材料具有优异的安全性、成本低、长循环寿命的优点，但能量密度低。
石墨作为层状碳材料，是首先被商业化和人们所熟知的ＬＩＢ负极材料，也是最成功的嵌入型负极材料，锂离子嵌入后可生成层状ＬｉＣ６，其放电平台在０．２Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）以下，有优异的嵌／脱锂动力学性能，是比较完美的ＬＩＢ负极材料。
全固态锂离子电池V2O5阴极薄膜研究进展
ｅ ｇ ｅ ｓｔ ，ｓ ｐ ｒ ｒｃ ａ ｇ — ｉｃ ａ ｇ ｒ ｐ ｒｙａ ｄ ｇ ｏ ａｅｙ ｒ ｙｄ ｎ ｉｙ ｕ ｅｉ ｈ ｒ ｅｄｓ ｈ ｒ ｅｐ ｏ ｅ ｔ ｎ ｏ ｄｓ ｆｔ ．Ｔｈ ｈｎ ｆｍ ｓｃ ｔ ｏ ｅｉ ｈｓｋｎ ｆ ａｔｒ ｏ ｅＶ２ ｔ ｉ ｉ ａ ａｈ ｄ ｎｔ ｉ ｉｄｏ ｔｅ ｙ Ｏｓ ｌ ｂ
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２８ ・ ８
材料 导报
２ ０ 年 ５月第 ２ 专辑 Ⅵ ０６ Ｏ卷
全 固态 锂 离 子 电池 Ｖ２ ｏ５阴极 薄膜 研 究进 展
蔡 羽 赵 胜 利 。文 九 巴。 陈海 云。 ， ， ，
（ 河南科技 大学 信息管理研究所 ，洛阳 ４ １０ ；２ 河 南科 技大学材料科学与工程学院 ， １ ７０３ 洛阳 ４ １０ ） ７ ０ ３ 摘 要 全 固态薄膜锂 离子 电池 由于具有 能量 密度 高 、 环性能和 安全性 能好 等优 点 已成为 目前研 究的 热点。 循 其 中， ２ ５薄膜是锂 离子 电池 中一种备 受重视 的阴极 材料 。对 ｖ２ 薄膜的 离子扩散 系数 以及 结构特点做 了简单介 ｖ ０ ０５ 绍 ， 点评 述 了 ｖ２ 薄膜 电极制备和 电化 学性能研 究方 面的发展近 况， 重 并对今后的发展方 向进行 了展望 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ Ａｌ ｓ ｌ －ｔ ｔ ｈｎｆｌ Ｌｉｏ ａｔｒｅ ａ ｅｂ ｅ ｘｅ ｓｖ ｌ ｖ ｓｉａｅ ｅａ ｓ ｆｔｅｒｈｇ ｎ ｌ ｏ ｉ ｓａ ｅｔ ｉ ｉ － ｄ ｍ － ｎｂ ｔｅｉｓｈ ｖ ｅ ｎ ｅ ｔｎ ｉｅｙｉ ｅ ｔ ｔｄｂ ｃ ｕ ｅｏ ｈ ｉ ｉｈｅ — ｉ ｎ ｇ
ＣＡＩＹｕ ， ＨＡＯ ｈ ｎ ｌ ， ＥＮ ｉｂ 。 Ｚ Ｓ ｅ ｇｉ Ｗ 。 Ｊｕ ａ ，ＣＨＥＮ ｉｕ ｚ Ｈａｙ ｎ
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析目前锂电池负极材料的研究主要集中在碳基材料、硅基材料、金属氧化物等方面。
这些材料在锂电池中都有其独特的优势和局限性，而且针对不同种类的锂电池，对负极材料的要求也有所不同。
对这些负极材料的研究和发展，将有助于提高锂电池的性能和推动新一代电池技术的发展。
碳基材料一直是锂电池负极材料的主要研究方向之一。
石墨、石墨烯、碳纳米管等碳材料，因其导电性好、比表面积大、化学稳定性高等特点，被广泛应用于锂电池负极材料中。
通过控制碳材料的结构和微观形貌，可以有效提高其对锂离子的嵌入/脱嵌能力，提高其循环稳定性和倍率性能。
不过，碳材料在储锂过程中很难实现高容量储存，这一问题已成为碳基负极材料的研究难点之一。
硅基材料也是当前锂电池负极材料的研究热点。
与碳材料相比，硅具有更高的理论储锂容量，因此被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。
硅材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中会发生体积膨胀，导致材料结构破坏，电化学活性和循环寿命大大降低。
为了解决硅材料的这一问题，研究者们通过合成纳米结构的硅材料、设计多孔结构、以及与碳等材料的复合等方法，取得了一些积极的进展，但仍然存在一定的挑战。
在未来，锂电池负极材料的研究将朝着以下几个方向发展：通过材料设计与合成新型的碳基材料，以提高其储锂容量，并且降低材料的制备成本。
研究者也将继续探索碳材料的微观结构与电化学性能之间的关系，找出铁电影响碳材料电化学行为的机理。
将进一步发展硅基负极材料的制备技术，通过纳米结构设计、表面涂层等方法，提高硅材料的循环稳定性和倍率性能。
也将探索硅基材料与其他材料的复合应用，以扩展硅材料在锂电池中的应用范围。
对金属氧化物的研究也将继续深入，以寻找新型金属氧化物材料，并且改进其结构与性能。
研究者也将进一步研究金属氧化物的嵌入/脱嵌机制，以解决其循环稳定性问题。
随着锂电池技术的不断发展和应用需求的不断增加，对锂电池负极材料的研究也将持续深入。
锂离子电池快充石墨负极材料研究进展
锂离子电池快充石墨负极材料研究进展
廖雅贇;周峰;张颖曦;吕途安;何阳;陈晓燕;霍开富
【期刊名称】《储能科学与技术》
【年(卷),期】2024(13)1
【摘要】锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。
本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本征结构和浓差极化等限制其快充性能的内在因素,总结了通过石墨负极结构设计、化学修饰和表面包覆等策略提升石墨负极快充性能的方法,重点分析了增强石墨负极材料中离子电子传输、降低界面电阻等作用机理,展望了快充石墨负极的发展前景。
结合现有研究成果,提出硬碳包覆微晶石墨策略,有望从材料设计层面大幅提升石墨的倍率性能,为高功率、高能量密度的LIBs石墨负极材料设计提供指导。
【总页数】13页(P130-142)
【作者】廖雅贇;周峰;张颖曦;吕途安;何阳;陈晓燕;霍开富
【作者单位】华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
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五氧化二钒气凝胶阴极材料的研究进展
较低的表面积 ， 很难在锂 离子电池 电容量 、 能量 密度 、 充放 电可 逆性、 离子传输速率等性能方面取得突破。ｖ ５ ２ 气凝胶的诞 ０
２ ｖ ０ 的制备 ２５
０４７ ｎ ．３３ｍ。每个钒原子被周围 ６ 个氧原子包围， 形成八面体结
构 。ｖ （ 特 殊的层状 结 构如 图 １所示 ｖ２ 气 凝胶 是 由几 ２） ５ ０５
低成本和有利于环保要求的新型二次能源。锂离子电池是一种
纳 米到十儿纳米厚的 ｖ ５ ２ 骨架和 １￣１０ｍ之 间的三维连通 ０ ０ ０ｎ
来越高 。锂离子电池 的性能强烈 地取决 于其 电极 材料 ， 特别 是 阴极材料。 目前锂离子 电池 阴极材料 的研究大 多集 中于钴 、 、 镍 锰及其复合氧化物 等， 虽然经 研究证 实这些材 料具有 高 的电位
图 １ Ｖ ５的结构示意 图 ２ ０
ｎ誊 １ Ｔｈ ｔｃｕ ｅｏ ，０５ ｅｓｕ ｔｒ ｆ、 ２
摘要 五氧化二钒 （ ２ ５气凝胶 由于其特殊 的结构备 受人们 的 关注 。综述 了 Ｖ Ｏ 的结构 、 能、 ｖ ） Ｏ ２ｓ 性 制备 ， 与有
军
机、 无机材料的复合及其在锂 离子二次电池、 电致 变色器件 、 催化 、 感器等方面的应用 ， 传 并且较 为详 细地介 绍 了 ｖ ５ ２ ０
具有密度低 、 比表面积高 的特点 ， 为锂离子 绿色高能环保电池， 具有工作电压高、 比能量大、 重量轻、 体积 纳 米孔洞 网络 构成 ， 小 、 寿命 长 、 忆效应 、 循环 无记 可快速充放 电和无环境 污染等一 的注入与退出提供了舒畅通道。
系列显著的优点， 成为数码摄像机、 移动电话、 笔记本电脑、 便携 式测量仪等便携式电子电器的首选电源， 也是未来电动汽车的
锂离子电池能源材料研究进展
２１ ０ １年 ８月
上 海 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ Ｈ Ｉ ＮＶ Ｒ Ｉ （ Ａ Ｕ Ａ ＣＥ Ｃ ） Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ａ Ｇ Ａ ＩＥ Ｓ Ｙ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ Ｅ Ｕ Ｔ
Ｖ０ ． ７ １ １ Ｎｏ． ４ Ａｕ ｇ．２０１ １
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．
５６ ５
创刊
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上 海 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
第 ｌ 卷 ７
能、 风能 、 生物 质 能 、 热 能和 潮汐 能 等 ） 着 重要 的 地 有
意义． 锂离子 电池是有效储存这些 不连续能源的重 要 储 能媒 介 ， 可将 不 连续 能源 转变 成 连续 性 的能 源 ． 锂离子电池因其高 比能量 、 高电压和广泛的应用 较 性 而 日益 受 到重 视 ， 已逐渐 替 代传 统 镍 氢 电池 、 镍 镉 电池 、 酸蓄 电池 ， 广泛 应用 于 当今 信 息 时代 的各 铅 被 种 电子设 备 ， 如移 动 电话 、 数码 相 机 、 摄像 机 、 字 处 数 理 机 等． 近年来 ， 锂离 子 电池在 新一 代 混 合 动力 汽 车 （ ｙ ｒ ｅ ｃ ｃｌ ｅｉｌ，Ｈ Ｖ）和 纯 电 动 汽 车 ｈｂ ｄ ｌ ｔ ａ ｉ ｅ ｒ ｖｈｃｅ Ｅ ｉ （ ｌｃ ｃｌ ｅ ｉ ｅ Ｅ 上 的应 用也 日益 受 到关 注． ｅｅｔ ａ ｖｈｃ ， Ｖ） ｉ ｒ ｌ 目前 ， 实验 室 所 研 究 的锂 离 子 电极 材 料 主 要 本 包 括锡 基 纳米 粒 子 、 基／ 复 合 纳 米 材 料 、 纳米 锡 碳 碳 材料 、 碳包 裹磷 酸 铁 锂 复 合 纳 米 材 料 、 化钴 ／ 复 氧 碳 合 纳米 材料 和 氧化 镍／ 石墨 烯复 合 纳米 材 料 ． 些材 这 料 具有 较 大 的 比表 面 积 、 短 的锂 离 子 扩 散 路 径 长 较 度， 尤其是 中空的剩余体积空间， 能够在储存锂离子
Chem.Rev.最新综述：多价离子电池阴极材料面临的问题及未来的挑战
Chem.Rev.最新综述：多价离子电池阴极材料面临的问题及未来的挑战展开全文【引言】近年，锂离子电池的发展速度远超最早的水系电解液电池（如：铅酸电池），有望在电动汽车领域实现商业化。
但要想在与燃油/气汽车在经济竞争上占优势，就必须从材料着手提高电池本身的质量、体积能量密度，同时保持（或提升）电池的寿命和安全性。
随着材料技术的提高，研究所谓“超越锂电”的技术变得更加具有吸引力。
以过去20多年积累的锂电制造相关技术为基础，提高电池能量密度同时降低成本将成为可能。
而实现这一过程最具潜力的是近年很受欢迎的多价（MV）电极材料电池。
近日，劳伦斯伯克利国家实验室的Pieremanuele Canepa教授和Gopalakrishnan Sai Gautam教授（共同通讯）发表于Chemical Reviews 题为“Odyssey of Multivalent Cathode Materials: Open Questions and Future Challenges”的综述总结了目前多价离子电池研究进展，重点结合理论研究和现有实验结果对不同种类阴极材料的电化学性能及面临问题进行了深入讨论，为多价离子电池阴极材料的开发以及机理研究提供了参考。
综述总览图1. 前言多价电池结构与锂离子电池类似，分别由金属阴极（如Mg）、供金属离子嵌入脱出的阳极、电解液三部分组成。
图1为Mg多价电池放电示意图。
图1 典型的MV电池放电示意图a. 多价阳极和电解液多价金属离子（Mg, Ca）充放电循环过程中沉积较Li离子更均匀，可更好地避免与电解液发生副反应。
多价离子电池具有较高能量密度，但开发适合该电池体系的电解液面临了较大的挑战。
现使用的电解液受很多因素限制，包括：电化学窗口较小、MV金属离子迁移性差、MV金属沉积/脱出过程不可逆、集流体在电解液中不稳定等。
图2 Mg离子电池电解液实用性评价雷达图图2为6类不同电解液对Mg离子电池性能影响评价图；包括对阴极材料类型的选择（电化学窗口）、集流体的腐蚀、阳极稳定性等方面的影响。
锂离子电池技术的研究进展
锂离子电池技术的研究进展锂离子电池是一种经典的可充电电池，其具有体积小、重量轻、能量密度高等优势，在移动通信、电动车、储能、航空航天等领域得到广泛应用。
随着科技的发展和需求的不断增加，锂离子电池技术在结构设计、电极材料、电解液等方面都得到了很大的改进和创新。
本文将介绍锂离子电池技术的研究进展，从多个角度探究其发展趋势和前景。
一、锂离子电池的结构设计电池的结构设计是决定其性能和循环寿命的关键。
一般来说，锂离子电池的结构主要包括正极、负极、电解质等组件。
近年来，随着材料科学的不断进步，锂离子电池结构设计也得到了极大的发展。
在正极材料方面，过渡金属氧化物正极材料（例如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等）是锂离子电池的主流正极材料，其中LiFePO4正极材料具有很好的安全性和较高的电化学性能，正在成为锂离子电池领域的一个新兴研究方向。
在负极材料方面，将碳材料的石墨化应用于锂离子电池负极材料是减轻电池重量和提高电池能量密度的有效途径。
最近，为了提高电池的性能，石墨化碳材料的晶体结构进行了改进，例如采用硬碳、微米纤维等材料来改善石墨化碳的性能。
电解质是电池中的重要组成部分，一般使用电解液来实现离子的传导。
新型电解液材料的出现，能够提高电池的韧性、抗干扰性、安全性和电化学性能。
现在，固态电解质被认为是提高电池的稳定性和循环寿命的最有前途的电解质方向之一。
二、锂离子电池的电极材料电极材料是锂离子电池中起到媒介传导作用的关键组成部分。
近年来，针对锂离子电池中的电极材料进行了很多研究。
正极材料方面，磷酸铁锂是新兴的正极材料，具有较高的比容量（170mAh/g）、较高的放电平台电压3.45V（vs Li/Li+）以及优良的循环寿命。
二氧化钛正极材料则是另一种热门材料，其通过改变二氧化钛的结构和化学组成来增加其电容量，进一步提高了电量的密度。
负极材料方面，石墨负极材料是目前应用最广泛的负极材料。
近年来，人们通过增加石墨负极材料的粗度和孔隙度来提高电池的效率和循环寿命。
超级电容器电极材料研究进展
超级电容器电极材料研究进展一、本文概述随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、环保的能源存储和转换技术成为了全球科研工作的热点。
超级电容器，作为一种新型的储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、电子设备、可再生能源系统等领域具有广阔的应用前景。
电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。
因此，研究和开发高性能的超级电容器电极材料成为了当前的研究重点。
本文旨在全面综述超级电容器电极材料的研究进展，包括各类电极材料的性能特点、合成方法、改性策略及其在超级电容器中的应用。
文章首先介绍了超级电容器的基本原理和分类，然后重点分析了碳材料、金属氧化物、导电聚合物等常见电极材料的性能优势和存在的问题。
接着，文章综述了近年来通过纳米结构设计、复合改性、表面修饰等手段提高电极材料性能的研究进展。
文章展望了超级电容器电极材料未来的发展方向和潜在应用领域。
通过本文的阐述，期望能够为超级电容器电极材料的研究和应用提供有益的参考和启示。
二、超级电容器电极材料分类超级电容器的性能与电极材料的特性密切相关，因此，对电极材料的研究一直是超级电容器领域的热点。
根据材料种类的不同，超级电容器的电极材料主要分为碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以及复合材料等几大类。
碳材料：碳材料是超级电容器中应用最广泛的一类电极材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这类材料具有比表面积大、导电性好、化学稳定性高等优点，适合用作双电层电容器的电极材料。
然而，碳材料的储能机制主要是物理吸附，因此其能量密度相对较低。
金属氧化物/氢氧化物：金属氧化物/氢氧化物如RuO₂、MnO₂、NiOOH 等，具有较高的赝电容特性，能够实现快速的氧化还原反应，从而提供更高的能量密度。
然而，这类材料的导电性较差，且在充放电过程中体积变化较大，容易导致电极结构破坏，影响循环稳定性。
导电聚合物：导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等，具有良好的导电性和赝电容特性，是超级电容器电极材料的另一类重要选择。
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展一、内容描述通过调整石墨晶体的结构，可以有效地提高其作为锂离子电池负极材料的性能。
通过施加高压等静压处理，可以减小石墨颗粒之间的嵌合程度，从而提高其电化学性能。
利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨负极材料具有更加规整的表面形貌，有利于锂离子的嵌入和脱出。
表面修饰是一种有效的改性和优化石墨负极材料的方法。
通过物理或化学手段，在石墨表面引入特定的官能团或纳米结构，可以提高其在锂离子电池中的稳定性。
利用有机溶剂或水溶性聚合物对石墨进行包覆处理，可以有效防止石墨表面的锂枝晶生长，从而提高电池的安全性。
石墨负极材料的颗粒形貌对其电化学性能也有重要影响。
通过控制石墨的成核、生长和集料过程，可以制备出具有一定形状、粒度和分布的石墨负极材料。
特定形貌的石墨负极材料具有更高的比表面积和更低的锂离子扩散电阻，有利于提高电池的能量密度和功率密度。
石墨负极材料的组成对其性能也有一定的影响。
通过添加其他元素或化合物，可以改善石墨负极材料的结构稳定性和电化学性能。
在石墨中添加硅、锡等元素，可以增加石墨的理论嵌锂容量；添加硫、氮等元素，可以作为锂离子电池的电解质和吸附剂，提高电池的循环稳定性。
《锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展》将围绕石墨负极材料的结构改良、表面修饰、形貌调控和组成优化等方面进行深入探讨，以期推动锂离子电池技术的不断发展和应用领域的拓展。
1. 锂离子电池的发展历程金属锂插层电池时代 (1970s1980s)：在该阶段，研究人员开始关注锂插层化合物，例如LiMn2O4等，作为新一代蓄电池的可行性。
这些早期的锂离子电池使用金属锂作为阳极，然而由于金属锂在充放电过程中会产生锂枝晶，导致电池循环性能较差，因此该方法并未实现大规模商业化应用。
锂离子动力电池的诞生 (1990s)：为解决金属锂插层电池存在的体积膨胀和锂枝晶问题，研究者们开始探索石墨类材料作为锂离子电池的负极。
天然石墨因其出色的循环稳定性、高比容量和低成本成为首选的负极材料。
锂电池负极材料钛酸锂的研究进展
锂电池负极材料钛酸锂的研究进展摘要：随着社会的快速发展，人们对能源的需求越来越大，而且非可再生资源也将越来越少。
只有不断地开发新的能源，才能满足更高的需求，才能让人们的社会得到更大的发展。
近年来，一种性能更好的新型电池被广泛应用于市场，这就是可充电、长寿命、高能量、清洁、无污染的可充电锂电池。
对于锂离子电池的负极，采用钛酸锂进行充放电时，其结构不会发生变化，也不会与电解液产生化学反应。
在安全、化学等方面，它优于其他的碳阴极材料。
文章对钛酸锂的基本概况进行了较为详尽的阐述，着重对它的制备、优缺点进行了简要的阐述。
关键词：钛酸锂；锂电池；研究；引言：随着现代社会的发展和现代工业的迅速发展，人们对能源的需求越来越大，时间一长，矿产资源将面临耗尽的危险。
在这种情况下，锂电池具有安全性好、电压高、寿命长、容量大等优点，可以有效地解决目前的能源问题，减少环境污染。
锂电池是由正、负、电解质三部分构成的。
所以，锂离子电池的负极材料是最好的，而合金材料则是最好的选择。
然而，无论是金属锂材料，还是合金材料，都无法保证锂电池的安全性。
1.锂离子电池发展概况锂离子电池是一种以锂二次电池为核心的高科技产品。
近30年来，我国的锂离子电池生产工艺已基本达到了一个较高的水平。
在国内的军用领域，锂离子电池已经发展到了三十多年的水平，但是在安全性上，我们还必须通过一些技术手段来解决。
我国是发展中国家，也是世界上最早实现锂离子电池工业发展和应用的国家。
经过近几年的发展，再加上我国的政策引导，地理位置优势，自然资源丰富，我国的锂离子电池发展势头迅猛。
锂离子电池产业结构和生产链不断完善、专业化、性能不断提高，并逐步与发达国家形成了鲜明的对比。
随着消费者对生活和工作的需求日益增长，我国的锂电池产业在今后的几年内将会保持快速的增长。
2.钛酸锂在锂离子电池应用中的一些基本情况锂离子电池具有高安全性、长寿命、便于携带等优点，在电子产品生产中占有举足轻重的位置。
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：锂离子电池作为一种电源应用很广泛，但是在应用中存在一些不足，选取电化学性能良好的正负极材料是提高和改善锂离子电池电化学性能最重要的因素。
简单介绍锂离子电池的电化学反应原理和从新型碳材料、硅基负极材料、锡基负极材料三方面锂离子电池的研究状况，并展望了锂离子电池负极材料的发展趋势。
关键词：锂离子电池；负极材料；研究现状0 引言目前全球最具潜力的可充电电池是锂离子电池。
用碳负极材料的商品化的锂离子电池可逆比容量已达350 mA∙h/g，快接近理论比容量372mA∙h/g[1]。
随着全球化的加快，科技日新月异，电子产品日益普及，发展中的电动汽车等对电池能源提出了更高的要求，其中主要包括能量密度、使用寿命等[2]。
开发新型、廉价的负极材料是锂离子电池研究的热点课题之一。
就目前而言，主要有新型碳材料、锡基材料、硅基材料等，本文研究了这些新型负极材料的研究现状及未来的发展方向。
1锂离子电池的电化学反应原理锂离子电池是指用锂离子嵌入化合物作为正负极的二次电池.锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径,目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物,如LixCoO2,LixNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等,这些正极材料的插锂电位都可以达到 4 V以上(vs.Li+/Li)[3].负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6,其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等的有机溶液。
锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池,正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,此时负极处于富锂态,正极处于贫锂态;放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态,负极处于贫锂态.锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关[3]。
2新型碳材料在新型碳负极方面，未来的发展将主要集中在高功率石墨类负极及非石墨类高容量碳负极，以满足未来动力和高能电池的需求。
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化学与生物工程学院化工08-1 3080313115 班继航摘要：锂离子电池的石墨负极材料已商品化，但还存在一些难以克服的弱点，所以寻找性能更为优良的非碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。
本文综述了在锂离子电池中已实际使用的碳素类负极材料的特点和研究进展情况，并且介绍了正在探索中的锂离子电池非碳负极材料的研究现状。
关键词：锂离子电池负极材料非碳负极材料研究进展锂离子电池与其它二次电池相比具有电压高、比能量大、质量轻、环境友好等优点，目前已经广泛应用于便携式电子产品和电动工具等领域，并有望成为未来混合动力汽车和纯动力汽车的能源供给之一。
负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成的。
锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱／嵌锂离子的负极材料。
目前商业化石墨类碳负极材料虽然具有较好的循环性能，但由于存在较低的质量比容量（理论值为372 mAh/g ）和较差的高倍率充放电性能，尤其是体积比容量相当有限。
因此进一步提高其容量的空间很小，远不能满足未来高容量长寿命电子设备的需求。
近年来，金属及合金类材料是研究得较多的新型高效储锂负极材994 料体系，其中锡金属与锡合金具有高质量比容量（锡的理论值为mAh/g）和低成本的优势，特别是具有高体积比容量（锡的理论值为7200 mAh/cm3，是碳材料体积比容量的10倍，因此现已成为目前国际上研究的主流负极材料之一。
然而，传统的建立在实验基础之上的研究方法浪费了大量的人力、物力和财力，由于锡基候选电极材料的多样性，因此从理论上去寻求锡基嵌锂材料，探索一种合金理论设计方法，并用于指导实验和分析实验结果，以及模拟和预测锡基材料的各种电化学性能，对未来合金电极材料的研究发展具有重要的指导意义。
一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小（小于10m2/g），真密度高（大于2.0g/cm3）；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。
废旧锂离子电池负极石墨循环再生的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期废旧锂离子电池负极石墨循环再生的研究进展楚振普1，陈禹蒙2，3，李俊国3，孙庆轩2，刘科1，3，4（1 南方科技大学化学系，广东 深圳 518055；2 深圳职业技术学院机电工程学院，广东 深圳 518055；3 南方科技大学创新创业学院，广东 深圳 518055；4 广东省催化重点实验室，广东 深圳 518055）摘要：锂离子电池使用6~8年后，其容量会出现一定程度的衰减，从而产生大量废弃物。
负极石墨在电池中质量分数占比为12%~21%，对其回收利用有利于保护环境和发展经济。
针对废旧锂离子电池负极石墨再生为电池级石墨的方法展开综述，主要介绍了浸出煅烧组合、石墨表面涂覆、制备复合材料和杂原子掺杂的方法，并在能耗、电化学性能等方面做了简要比较。
目前，在众多再循环方向中，将废旧石墨再生为电池级石墨是最合适的路径，而且能从根源上解决负极材料的再生问题。
在此基础上，未来应开发更加高效环保的浸出剂，寻求多路径的低温煅烧方法，尝试其他高容量负极材料与废旧石墨复合或者石墨表面的低成本涂层，加强杂原子在石墨中掺杂机理的研究。
关键词：废旧锂离子电池；石墨；再生；回收；废物处理中图分类号：X705 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1524-11Review on recycling of graphite anode from spent lithium-ion batteriesCHU Zhenpu 1，CHEN Yumeng 2，3，LI Junguo 3，SUN Qingxuan 2，LIU Ke 1，3，4(1 Department of Chemistry, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong, China;2School of Mechanical and Electrical Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen 518055, Guangdong, China; 3 School of Innovation and Entrepreneurship, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong, China;4Guangdong Provincial Key Laboratory of Catalysis, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055,Guangdong, China)Abstract: Lithium-ion battery capacity will reduce to a certain extent after used for 6—8 years and a large amount of waste are generated. The graphite anode accounts for 12%—21% of battery and its recycling is beneficial to the environment protection and economic development. In this paper, the regenerating methods of spent graphite anode into battery-grade graphite are summarized, which includethe combination of leaching and calcination, graphite surface coating, preparation of composite materials and heteroatom doping. A brief comparison of these methods is also presented in terms of energy consumption and electrochemical performance. At present, direct regeneration for lithium-ion batteries is considered as the most suitable method for the regeneration of anode materials. In the future, moreefficient and eco -friendly leaching agents and the multi-path low-temperature calcination methods DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0419收稿日期：2023-03-20；修改稿日期：2023-05-30。
基于石墨烯的锂离子电池负极材料研究进展
基于石墨烯的锂离子电池负极材料研究进展院系：材料科学系专业：材料学姓名：雷冰冰学号：14210300023基于石墨烯的锂离子电池负极材料研究进展摘要：锂离子电池因其质量轻、能量密度大、安全的优点，广泛应用于便携式电子设备领域，逐步成为了应用最佳和最有发展前途的能源。
为了进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命，需要进一步开发新的负极材料。
由于石墨烯具有优越的导电性、超高的比表面积和很好的机械强度等特点, 其在锂离子电池负极材料方面显示出潜在的应用前景[1]。
本文综述了目前世界上对于基于石墨烯材料的锂离子电池负极材料的研究现状。
并对现有研究存在的不足做出了评价和预测了未来的研究方向。
关键词：锂离子电池；负极材料；石墨烯前言：相比其他可充二次电池，锂离子电池中具有高的比容量、相对低的自放电、长的循环寿命和小的环境污染等优点，被广泛应用于便携式电子设备中。
近几年能源环境问题及世界各国发展电动车的需求，因此迫切需要开发更高能量密度(高比容量)、更高功率密度(高的倍率性能)和更长循环寿命(优越的循环性能)的锂离子电池。
锂离子电池电化学性能的提高关键因素在于其正负极材料的提升。
目前，商业化的锂离子电池负极材料石墨具有理论比容量低(372 mAhg-1)和锂离子传输系数低(10-7~10-10cm2s-1)等缺点严重限制了锂离子电池性能的进一步提升。
因此，开发设计高比容量、高倍率性能和优越循环性能的新型锂离子电池负极材料至关重要。
新型纳米碳材料-石墨烯具有优异的导电性、超高的比表面积和很好的机械强度等优点，被认为是最有潜力的锂离子电池负极材料[2]。
是当前科学领域研究的热点。
但是，石墨烯纳米片层之间由于范德华力作用容易发生堆积或团聚等问题，并且常用的化学合成法得到的石墨烯一般具有较多的残余含氧官能团；这些因素都会影响石墨烯作为负极材料的循环性能和倍率性能。
因此，对石墨烯材料的结构改进、表面官能团改性以及运用掺杂、复合等手段来改进石墨烯作为锂离子电池负极材料的研究是当今的热点。
高功率石墨电极的锂离子扩散系数与循环寿命研究
高功率石墨电极的锂离子扩散系数与循环寿命研究近年来，锂离子电池作为电动汽车、移动设备和可再生能源储存的重要能源存储装置，备受关注。
而石墨作为锂离子电池中阴极的常用材料，其电化学性能直接影响了电池的性能和循环寿命。
因此，研究石墨电极中锂离子的扩散系数与循环寿命之间的关系，对于优化锂离子电池性能具有重要意义。
首先，我们需要了解石墨电极中锂离子的扩散机制。
石墨电极是以石墨颗粒为主体的碳负极材料，其中锂离子是通过组成电解质溶液中的锂离子向石墨颗粒表面扩散。
锂离子在石墨层间通过层间扩散进入石墨颗粒，然后沿着石墨晶体的层向周围扩散。
因此，锂离子的扩散系数直接影响了锂离子电池的性能。
为了研究石墨电极中锂离子的扩散系数，许多研究者采用了不同的实验方法和模型。
一种常用的方法是采用循环伏安法（CV）和恒流充放电（GCD）等电化学测试方法来测量石墨电极中锂离子的扩散系数。
实验过程中，通过调整电流密度和测试温度等条件，可以得到不同条件下锂离子扩散系数的数据。
利用这些数据，可以建立锂离子在石墨电极中的扩散动力学模型，从而揭示锂离子扩散的规律。
除了实验方法外，计算模拟也是研究锂离子扩散系数的重要手段。
基于分子动力学模拟和密度泛函理论等方法，可以计算锂离子在石墨电极中的扩散系数。
通过模拟不同温度、扩散路径和电解质浓度等条件下的扩散行为，可以进一步研究锂离子扩散系数与电池性能之间的关系。
在研究锂离子扩散系数的基础上，我们还可以探究其与循环寿命之间的关系。
循环寿命是指锂离子电池在一定条件下经历多少次循环充放电后能保持一定的容量和性能。
石墨电极中锂离子的扩散系数不仅影响电池的具体能量和功率性能，还与电池的寿命密切相关。
研究表明，锂离子电池的循环寿命受到电解液中溶剂和添加剂的影响。
石墨电极表面与溶液界面有一层电解质鞘膜，可以减少石墨电极与电解质之间的副反应，提高电池的循环寿命。
同时，一些添加剂和锂盐的选择也可以改善电池的循环寿命。
这些添加剂和锂盐的选择可以通过改善锂离子在石墨电极中的扩散行为来延长电池的循环寿命。
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5V高电压锂离子电池阴极材料研究进展(1)2012-03-15 19:14:14 作者：刘竞雅来源:电源在线网关键字：锂离子电池高电压高能量密度阴极材料1 前言锂离子电池作为一种可多次重复充放电的能量储存技术，在过去20年来取得了非常重要的成功应用，尤其是作为各种可移动电子设备的动力源，促进了通信、电子等工业的蓬勃发展。
如今，世界各国都努力试图将锂离子电池应用到汽车等运输工具中，以提供动力。
丰田，福特等公司已经开发了多款混合动力源汽车，以减少汽油的使用。
例如，丰田的Toyota Pirus混合动力汽车，因为使用锂离子电池作为辅助动力，每加仑汽油可行驶约50英里。
现在，各国、各公司也都在大力投资试图率先开发出可靠安全的，唯一使用锂离子电池作为动力源的电动汽车。
使用锂离子电池作为单一的动力源，要求锂离子电池能够储存/释放更高的能量、更长的重复充放电寿命、并且安全可靠。
IBM发起的电池500项目，旨在开发出单次充电可行驶500英里（800km）的电池，即要求电池的能量容量约为125kWh[1]。
这些应用也对电池材料提出了更高的要求，尤其是电池的阴极（正极）材料。
相对于电池的负极（阳极）材料，阴极材料的容量普遍更低。
石墨作为阳极材料容量接近约400 mAh/g，而广泛商用的阴极材料LiCoO2只有约140 mAh/g的可利用充放电容量，LiFePO4约160 mAh/g。
电池的能量密度约为电池放电电压和容量的乘积，因此，除提高阴极材料容量外，提高阴极材料相对于Li/Li+电极的电势，是另一个提高电池能量密度的有效途径。
LiCoO2相对Li/Li+电极的放电电压约为4V，若与5V相同容量的阴极材料相比，电池能量密度可提高约25%。
因此，近来5V高电压阴极材料的研究开发，也取得了众多研究者越来越多的关注。
具有类尖晶石晶体结构的LiNi0.5Mn1.5O4、和类橄榄石晶体结构的LiMPO4（M=Co，Ni）的两类材料为最有开发潜力的5V高电压阴极材料。
本文将系统地阐述5V高电压阴极材料所面临的问题，以及取得的最新进展。
图1 电解液电势窗口与电极活性材料氧化还原势的相对关系。
（a）电解液电化学势窗口示意图。
（b）常用电极材料电势与有机电解液（1M LiPF6 溶于EC：DEC）的电化学势窗口间的相对关系[2]。
2 5V高电压阴极材料面临的问题图1（a）示意地说明了电池热力学稳态时阴极、阳极和电解液的电子能级。
以Li/Li+电极为参比电位，μA为阳极材料的相对电化学势，μC为阴极材料的电化学势，电解液电势窗口Eg为电解液最低电子未占能级和最高电子占有能级之差。
以阴极和阳极组成电池时，μC和μA的差为电池的开路电压。
当阳极和阴极的电化学势在电解液的最低电子未占能级和最高电子占有能级之间时，电解液能很好的工作。
但当阳极材料的电化学势高于最低电子未占能级时，阳极材料的电子会被电解液夺取，因而电解液被氧化，反应产物在阳极材料颗粒表面形成固液界面层；类似地，当阴极材料的电化学势低于最高电子占有能级时，电解液中的电子被阴极材料取得，从而氧化电解液，在阴极颗粒表面形成固液界面层。
但是，当阴阳极电化学势略在Eg范围之外时，一些固液界面层能阻挡电子在电解液和阴（阳）极间的进一步输运，从而阻止进一步的反应，保护电极材料。
例如，石墨相对Li/Li+电极的电化学势约为0.2V，在电解液（1M LiPF6 溶于EC：DEC）的电势窗口Eg范围之外（1V～4.5V）。
但是，因为EC能形成保护性的固液界面层，从而使得电解液不被进一步还原，所以石墨能成功应用为锂电池的阳极材料。
现在商用的有机电解液为1M LiPF6溶于EC：DEC或EC：DMC，其电势窗口Eg范围约为1V~ 4.5V。
然而，5V高电压阴极材料已经接近或者超出了现在商用有机电解液的电势窗口，因而电解液在充放电过程中极易被氧化，形成固液界面层，随着充放电循环次数的增加，容量大大降低，循环寿命减小。
图1（b）示意的说明了一些电极材料的充放电电势与商用有机电解液电势窗口Eg的相对关系[2]。
类尖晶石晶体结构LiNi0.5Mn1.5O4和类橄榄石晶体结构LiCoPO4的电势接近甚至超出Eg。
因此，寻找与LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4相匹配的电解液，或者对其保护性表面改性开发成为现今改进5V高压阴极材料主要的研究途径。
3 5V高电压阴极材料研究进展在类尖晶石结构的LiMn2O4中掺杂阳离子（Fe，Co，Ni等）可提高电势，在4V和5V 左右会分别出现两个放电平台[3]。
这些掺杂体系中，LiNi0.5Mn1.5O4具有约4.7V的放电电势和约130mAh/g的容量（理论容量达147 mAh/g）[4]，最具开发潜力。
而和LiFePO4具有相似结构的LiCoPO4和LiNiPO4，分别具有4.8V，和5.2V的放电电势，且理论容量都接近170 mAh/g[5]，因而也受到了很多的关注。
3.1 LiNi0.5Mn1.5O43.1.1 掺杂在LiNi0.5Mn1.5O4中掺杂阳离子或者阴离子是提高LiNi0.5Mn1.5O4化学稳定性，进而提高循环充放电性能的有效途径。
加入的微量替换离子能在颗粒表面聚集，减少表面的反应活性更高的Ni离子，从而减少表面的有害反应并抑制固液界面的形成，因此提高LiNi0.5Mn1.5O4的快速充放电性能和循环稳定性。
Ooms等人[6]发现，掺杂Mg能提高LiNi0.5Mn1.5O4的结构稳定性。
通过溶胶-凝胶法和固态反应制备的LiMgxNi0.5-xMn1.5O4（x<0.1），在0.1C速率下充放电容量接近理论值（大于120 mAh/g）。
Locati等人[7]制备的纳米级LiMg0.05Ni0.45Mn1.5O4，在室温下具有约10-6 S/cm的电导率，从而具有良好的快速充放电性能，0.1C速率下容量为131 mAh/g，1C速率下容量为117 mAh/g。
Liu等人[8]制备了掺杂不同含量Fe的LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4，LiMn1.42Ni0.42Fe0.16O4，和LiMn1.5Ni0.34Fe0.16O4。
未掺杂LiNi0.5Mn1.5O4的在C/6速率下容量为～130 mAh/g，循环50次后容量保持为92%；而掺杂Fe的LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4，LiMn1.42Ni0.42Fe0.16O4，和LiMn1.5Ni0.34Fe0.16O4容量分别为136，131，和127 mAh/g，且100次循环后容量仍保留100%。
电化学阻抗谱（EIS）显示掺杂Fe后，表面阻抗降低；X射线光电子能谱（XPS）显示表面的Fe含量高于芯部，而表面的Ni含量低于芯部，Fe 相比于Ni具有更低的反应活性，因而抑制了有害反应和固液界面层的形成。
Co也是报道较多的一种有效掺杂元素[9-12]。
Oh等人[11]制备了Co掺杂Li[Ni0.5Co0.05Mn1.45]O4，其放电容量在5C速率时达118 mAh/g，10C速率时为103 mAh/g；而未掺杂在5C和10C速率下放电容量仅分别为100 mAh/g和10 mAh/g。
.掺杂Cr也能有效地提高LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能。
Liu等人[13]用溶胶凝胶法制备了LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4，并获得更好的高速充放电性能和循环性能。
Arunkumar等人[14]制备的LiMn1.5-0.5yNi0.5-yCryO4在4.2-5V容量为128 mAh/g，且50次循环后保留98%的容量，均高于未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4（118mAh/g，50次循环后容量保留92%）。
最近，Aklalouch 等人[15]制备的650 纳米大小的单晶LiMn1.4Ni0.4Cr0.2O4在1C的速率下容量可达142 mAh/g，高达60C的速率下25oC温度下放电容量仍可达到131 mAh/g，55℃时容量为123 mAh/g，且55℃下循环50次循环后容量保留98.7%。
Ti[16-18]和Ru[19]也被发现可提高的高速充放电性能和循环性能。
Kim等人[17]发现掺杂Ti 能提高充放电电压、提高锂离子扩散速率、并获得更好的高速充放电性能。
Wang等人制备的Ru掺杂Li1.1Ni0.35Ru0.05Mn1.5O4和LiNi0.4Ru0.05Mn1.5O4比未掺杂LiNi0.5Mn1.5O4具有更好的高速充放电性能和循环性能。
Li1.1Ni0.35Ru0.05Mn1.5O4和LiNi0.4Ru0.05Mn1.5O4在10 C的放电容量分别为108 mAh/g和117 mAh/g，且500次循环后仍能分别保留91%和84%的容量。
除了掺杂上述阳离子替代部分Ni或者Mn之外，掺杂氟离子以替代部分氧离子也可大大提高LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能[20-22]。
在电解液中由于微量HF的存在而与电极材料发生反应，溶解部分Ni或者Mn离子，恶化电化学性能，而掺杂氟离子则可有效的抑制这种破坏反应。
Xu等人[22]制备的掺杂氟LiNi0.5Mn1.5O3.975F0.05在3.5V-5.2V间充放电容量为140 mAh/g，高于未掺杂的130 mAh/g，且40次循环后容量保留为95%。
3.1.2 涂层由于LiNi0.5Mn1.5O4具有的高充放电电压，其与电解液之间发生的反应会氧化电解液形成固液界面层，同时电解液中的HF会溶解部分Ni和Mn离子，从而使得电极材料的充放电容量下降，循环性能恶化。
表面改性或表面涂层是研究较多的一种改善活性材料性能的有效手段。
在活性材料颗粒表面形成氧化物（MOx）或者金属磷酸物（MxPO4），能有效的一方面能提供一层物理阻碍膜避免电解液与活性颗粒的直接接触；另一方面氧化物能与电解液中的HF发生反应而消耗掉HF，减少HF对活性颗粒的攻击。
金属氧化物涂层ZnO[23-24]，ZrO2[25]，Al2O3[26]等能有效的提高LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能。
表面具有ZnO涂层的LiNi0.5Mn1.5O4容量达到137 mAh/g，且在55℃温度下50次循环后几乎没有容量的下降[23]。
Liu等人[26]在LiMn1.42Ni0.42Co0.16O4表面分别涂覆较均匀的约10 nm厚度的Al2O3，Bi2O3，ZnO，AlPO4，均能大大提高快速充放电性能和循环充放电性能。
由于电解液中微量水分的存在而提供H+形成HF，HF与活性颗粒的反应会进一步的产生水分，从而使性能大大恶化，而氧化物的涂层能消耗HF且抑制固液界面层的形成，从而提高性能。
Li3PO4[27]也被报道能提高LiNi0.5Mn1.5O4的高速充放电性能和循环性能。