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全氟电解液与硅碳负极的副反应及改性策略

电池 2024年

作者：张雪苑志祥杨志林周倩张波涛中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛大学化学化工学院

氟代碳酸乙烯酯(FEC)是锂离子电池常用的添加剂，可改善电池的长循环稳定性，但当在电解液中的添加的质量分数大于10%时，会导致电池严重产气，带来安全隐患并影响电池寿命。以FEC为主溶剂，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)为锂盐，1 mol/L LiDF... 详细信息

氟代碳酸乙烯酯(FEC)是锂离子电池常用的添加剂，可改善电池的长循环稳定性，但当在电解液中的添加的质量分数大于10%时，会导致电池严重产气，带来安全隐患并影响电池寿命。以FEC为主溶剂，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)为锂盐，1 mol/L LiDFOB/FEC(FEC-DFOB)为基础电解液，研究该电解液在SiOx/石墨复合负极(SiC)表面的产气和界面副反应，并在该基础电解液的基础上，引入聚氨酯(PU)来缓解SiC负极与电解液之间的界面副反应。FEC会在负极表面发生持续分解并生成CO2和H2。在电解液中加入PU后，SiC负极的体积膨胀得到抑制，抑制了固体电解质相界面(SEI)膜的破裂与重建，减少了FEC与负极的接触，从而缓解了界面副反应，改善了电解液的电化学性能。Li/SiC电池从无法正常循环，到可以0.5 C倍率在0.001～1.500 V稳定循环200次后，仍有74.98%的容量保持率。

关键词：锂离子电池电解液全氟电解液硅碳负极氟代碳酸乙烯酯(FEC) 聚氨酯(PU) 界面副反应

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磷掺杂硅碳负极材料的制备及性能研究

矿冶工程 2024年第2期44卷 131-134,140页

作者：周玉侯晓川王志杰刘云建浙江新时代中能科技股份有限公司浙江绍兴312369 江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

以微米硅粉为基体,通过固相热扩散法与高温热解法制备了磷掺杂的硅碳复合材料(Si-P@C),并用于锂离子电池负极材料。结果表明:Si-P@C负极材料在电流密度0.2 A/g下的首次放电比容量达2 164 mAh/g;与纯硅相比,循环性能得到较大改善,在电流... 详细信息

以微米硅粉为基体,通过固相热扩散法与高温热解法制备了磷掺杂的硅碳复合材料(Si-P@C),并用于锂离子电池负极材料。结果表明:Si-P@C负极材料在电流密度0.2 A/g下的首次放电比容量达2 164 mAh/g;与纯硅相比,循环性能得到较大改善,在电流密度0.5 A/g下循环50次后可逆比容量仍有1 176 mAh/g,容量保持率73.5%。磷掺杂和碳包覆可有效地提高硅负极的电子转移能力和反应动力学。

关键词：锂离子电池负极材料硅碳负极磷掺杂碳包覆

基于静电纺丝技术的锂离子电池硅碳复合负极材料的应用进展

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高分子通报 2024年第8期 1024-1036页

作者：王鸣李冬月冷欣阳王靖雯洪伟辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁省矿物高值化与储能材料重点实验室

近年来，随着锂离子电池的广泛应用，对电池性能和安全性提出了更高的要求。硅基负极材料作为一种具有高比容量的锂离子电池材料，具有很高的研究和应用价值。然而，其面临着体积变化大、固体电解质膜(SEI)形成不稳定以及导电性差等问... 详细信息

近年来，随着锂离子电池的广泛应用，对电池性能和安全性提出了更高的要求。硅基负极材料作为一种具有高比容量的锂离子电池材料，具有很高的研究和应用价值。然而，其面临着体积变化大、固体电解质膜(SEI)形成不稳定以及导电性差等问题，限制了其进一步的研究。静电纺丝技术是纳米纤维制造过程中常用的手段之一，为解决硅基材料存在的问题提供了有效的方法。本文旨在系统总结静电纺丝技术在制备锂离子电池硅碳复合负极材料中的应用。首先，简要介绍静电纺丝技术的基本原理和发展进程；然后，详细介绍静电纺丝技术在硅碳复合负极材料结构中的应用，包括制备硅纳米纤维、核壳结构和多孔结构等；最后，综合评述目前的研究进展，并展望静电纺丝技术在锂离子电池硅碳复合负极材料领域的未来发展方向。

关键词：静电纺丝纳米纤维锂离子电池硅碳负极复合材料

壳聚糖基自交联粘结剂的合成及其在硅碳负极中的研究

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纤维素科学与技术 2024年第2期32卷 59-64页

作者：李智琪付玉林石元昊桂雪峰许凯中国科学院广州化学研究所广东广州510650 中国科学院大学北京101408 中国科学院新型特种精细化学品工程实验室广东广州510650 国科广化韶关新材料研究院广东韶关512400 国科广化(南雄)新材料研究院有限公司广东南雄512400

首先以壳聚糖为起始原料,通过羧甲基化处理,显著提升了其水溶性。随后,利用LiOH进行预锂化,并引入双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和乙二酸二酰肼(ADH),成功制备了具有出色自交联性能的粘结剂CDD-Li^(+)。为了探究这一粘结剂的结构特性,采用了傅... 详细信息

首先以壳聚糖为起始原料,通过羧甲基化处理,显著提升了其水溶性。随后,利用LiOH进行预锂化,并引入双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和乙二酸二酰肼(ADH),成功制备了具有出色自交联性能的粘结剂CDD-Li^(+)。为了探究这一粘结剂的结构特性,采用了傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术进行了表征。在粘附性方面,通过180°剥离实验,验证了CDD-Li^(+)的强粘附能力。利用电化学工作站对电池进行了循环伏安曲线的测试。结果显示,CDD-Li^(+)粘结剂所制备的电池能够发生高效的电化学反应,展现出卓越的电化学性能。与常用的聚丙烯酸(PAA)粘结剂相比,CDD-Li^(+)粘结剂在电化学性能上表现更为出色,展现出其在电池领域上的巨大潜力。通过蓝电电池测试仪,进一步研究了电池的倍率性能、循环性能以及锂离子扩散系数,并计算了电池的首圈库伦效率(ICE)。结果显示,CDD-Li^(+)粘结剂制备的电池不仅拥有更优的倍率性能和循环性能,其锂离子扩散系数平均高达10-10数量级,ICE也高达95%。与PAA粘结剂相比,CDD-Li^(+)粘结剂在硅碳负极中展现出更优秀的性能。

关键词：硅碳负极壳聚糖预锂化自交联水溶性粘结剂

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浅述锂离子电池硅碳负极材料复合结构

陶瓷 2024年第7期 9-11+100页

作者：贾军咸阳陶瓷研究设计院有限公司

硅基材料作为最具发展前景的锂离子负极电池材料之一，其具有较高的理论比容量和优异的快充性能，符合目前新能源汽车的发展需求。但由于其在充放电的嵌脱锂过程中体积发生严重膨胀，使得电极材料结构被破坏，继而出现粉化脱落现象，制... 详细信息

硅基材料作为最具发展前景的锂离子负极电池材料之一，其具有较高的理论比容量和优异的快充性能，符合目前新能源汽车的发展需求。但由于其在充放电的嵌脱锂过程中体积发生严重膨胀，使得电极材料结构被破坏，继而出现粉化脱落现象，制约了该材料的商业化应用。有学者提出若将碳和硅2种材料复合，即可得到容量高、导电性能和循环性能佳的负极材料。笔者先分析了硅基负极的储锂机制，对硅碳负极复合材料的核壳结构、蛋黄壳结构、多孔结构、嵌入结构4种结构设计进行了简单总结，并针对不同结构的特点进行分析。最后对硅碳负极复合材料未来的研究及低成本的产业化发展进行展望。

关键词：锂离子电池硅碳负极复合结构比容量

纳米硅的砂磨宏量制备及其碳纤维复合负极的储锂性能研究

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 1-11页

作者：徐铖杰黄玉林林中飞雨林志铭方辰希张卫军黄志高李加新福建师范大学物理与能源学院福建省太阳能转换与储能工程技术研究中心福建福州350117

硅碳负极材料因具有较高的储锂容量等优势在锂离子电池领域备受关注,但仍面临电导欠佳、体积膨胀及界面兼容性差等问题。本研究从太阳能电池微米硅废料的纳米化处理出发,通过优化砂磨实验参数实现宏量制备颗粒粒径约为300 nm硅纳米颗粒... 详细信息

硅碳负极材料因具有较高的储锂容量等优势在锂离子电池领域备受关注,但仍面临电导欠佳、体积膨胀及界面兼容性差等问题。本研究从太阳能电池微米硅废料的纳米化处理出发,通过优化砂磨实验参数实现宏量制备颗粒粒径约为300 nm硅纳米颗粒。进一步地,通过静电纺丝法制备铜纳米颗粒修饰的硅碳复合材料,所制硅碳复合材料中的硅与铜纳米颗粒内嵌或附着在纳米纤维上。综合研究其电化学储锂性能发现,该复合材料以碳纳米纤维作为基体,辅以铜纳米颗粒的修饰,可构建出高导电网格并进一步提升复合材料的电导能力,有效克服硅材料的剧烈体积膨胀以及导电性差的缺点,进而表现显著增强的电化学储锂综合性能。特别是,结构优化后的硅碳复合负极材料在1.0 A/g的较高电流密度下循环550次后仍可保持765.9 mAh/g的高可逆容量。因此,本研究为宏量制备硅纳米材料及其硅碳纤维复合负极提供了良好的参考。

关键词：锂离子电池纳米硅宏量制备硅碳负极性能调制储锂性能

纳米蛋黄核壳结构锂离子电池硅碳负极材料研究进展

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复合材料学报 2023年第8期40卷 4390-4415页

作者：隋林秀胡单单石津津袁小亚金湛重庆交通大学材料科学与工程学院重庆400074 重庆交通大学先进功能材料研究所重庆400074 重庆诺奖二维材料研究院重庆400799

由于硅的大体积变化和电导率差等问题,这种容量高达4200 mA·h·g^(-1)的负极材料难以实现商业化。蛋黄核壳结构的硅碳负极是目前锂离子电池硅碳负极材料研究的热点,该结构可以很好地缓解硅负极在充放电过程中因体积膨胀而引发的一系列... 详细信息

由于硅的大体积变化和电导率差等问题,这种容量高达4200 mA·h·g^(-1)的负极材料难以实现商业化。蛋黄核壳结构的硅碳负极是目前锂离子电池硅碳负极材料研究的热点,该结构可以很好地缓解硅负极在充放电过程中因体积膨胀而引发的一系列问题,从而获得优越的储锂性能。本文对蛋黄核壳结构硅碳负极的碳源、结构类型和制备工艺等进行了分类和总结,并对一些重要的结构参数进行了阐述,展望了未来蛋黄核壳结构硅碳负极的发展方向。

关键词：锂离子电池复合材料蛋黄核壳结构硅碳负极固体电解质界面

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硅碳负极材料高效率生产工艺的探索和研究

硅碳负极材料高效率生产工艺的探索和研究

作者：高应泉华南理工大学

学位级别：硕士

锂离子电池以高容量、高循环等优点在数码、动力、储能等领域应用较多。硅作为负极因为具有高达4200 m Ah/g的理论容量、地球储量大且与碳材料的嵌锂电位几乎一致等优点,是最有潜力替代石墨的下一代负极材料。但是硅负极存在嵌锂过程中... 详细信息

锂离子电池以高容量、高循环等优点在数码、动力、储能等领域应用较多。硅作为负极因为具有高达4200 m Ah/g的理论容量、地球储量大且与碳材料的嵌锂电位几乎一致等优点,是最有潜力替代石墨的下一代负极材料。但是硅负极存在嵌锂过程中会产生巨大的体积膨胀而导致SEI膜不稳定,以及导电性差的问题,需要进行纳米化和表面碳包覆来提高硅负极的循环稳定性能。目前工业生产主要是采用研磨法进行纳米硅的制备,因为硅材料硬而脆,表面形貌复杂难湿润、分散,导致研磨难度大,所以大规模生产的实现有一定的难度,特别是生产效率仍然较低,这导致硅碳复合负极材料的生产成本高,应用并不广泛。通过机械研磨法制备得到了纳米硅及碳包覆纳米硅负极材料,系统地从配方体系的筛选、粉碎与包覆工艺的设计与优化,设计出高效率的生产线能有效提升生产效率、降低生产成本,单位产品的能耗降低,所生产的硅碳负极材料性能优异。对硅原料的选择,溶剂种类、分散剂种类、研磨工艺三者对湿法研磨工艺制备纳米硅的影响进行了研究。最终确定以气流粉碎的金属硅作为原料,异丙醇作为溶剂,FA01(羧酸类)作为分散剂,采用两级湿法研磨工艺来制备纳米硅分散液。采用0.5 mm、0.2mm的锆珠分别作为一级研磨、二级研磨的研磨介质,填充率分别为80%、90%。最终制得的纳米硅分散液分散稳定,粒度分布窄。先将纳米硅分散液和石墨烯分散液、多壁碳纳米管分散液使用砂磨机进行机械研磨混合,同时完成石墨烯、多壁碳纳米管对纳米硅的包覆,然后加入人造石墨进行复合,最后经喷雾干燥得制备得到了Si@graphene@graphite以及Si@MWCNTs@graphite两种硅碳负极材料。含硅量为8%的Si@graphene@graphite硅碳复合负极材料的比容量可达659.8 m Ah/g,含硅量为2%的Si@MWCNTs@graphite硅碳负极材料其首次库伦效率可达85.64%。两种硅碳负极材料均具有良好的倍率性能,且Si@MWCNTs@graphite硅碳负极材料具有更好的循环稳定性能,在1C的电流密度下循环50周后容量保持率在90%以上。高效率产线选用性能更优异的大规模生产气流粉碎设备、双动力砂磨机,具体生产工艺路线及各工序工艺参数的设计,结合上述实验结论,采用“气流粉碎+粗磨+细磨”的路线制备纳米硅,同时在细磨的时候加入碳源进行包覆,最后喷雾干燥得到成品。实际运行效率高、能耗低,产出成品品质稳定,电化学性能较实验结果更好。

关键词：硅碳负极锂离子电池机械研磨法高效率

静电纺丝法制备自支撑硅碳负极及电化学性能研究

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化工新型材料 2022年第2期50卷 133-139页

作者：卿龙刘平李琳唐成玉周孝林李瑞陈建四川轻化工大学材料科学与工程学院自贡643000 材料腐蚀与防护四川省重点实验室自贡643000

硅/聚丙烯腈(Si/PAN)纳米纤维通过简单的电纺丝方法制备出锂离子电池的电极材料,并对其进行干燥、热处理和碳化处理制得Si/C自支撑锂离子电池负极材料。该材料尺寸可调,且具有良好的柔性。通过XRD、SEM、TG-DSC、拉曼光谱和电化学性能... 详细信息

硅/聚丙烯腈(Si/PAN)纳米纤维通过简单的电纺丝方法制备出锂离子电池的电极材料,并对其进行干燥、热处理和碳化处理制得Si/C自支撑锂离子电池负极材料。该材料尺寸可调,且具有良好的柔性。通过XRD、SEM、TG-DSC、拉曼光谱和电化学性能测试分别对其结构、形貌和电化学性能等进行分析测试。结果表明,硅含量较低时,自支撑结构碳纤维能够有效缓解纳米硅的体积膨胀,提供了足够的空间来适应充电/放电期间的体积膨胀。Si的加入能够有效地增加其容量,当纳米硅粉含量为0.025g时,自支撑材料表现出最佳的综合性能,并且材料柔性极佳,可直接作为锂离子电池负极使用。

关键词：静电纺丝硅碳负极纳米纤维锂离子电池自支撑