【摘 要】
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随着以电动汽车、智能电网为代表的新能源经济的高速发展,锂离子电池迎来了一个更大的发展空间,针对于电动汽车、智能电网的开发的关键材料逐步成为了领域内研究、开发的重点和热点.为了进一步降低成本和增加单次使用时间,高容量、高电位活性材料及匹配性电解液技术逐步成为了锂离子电池领域发展的核心技术.
【机 构】
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中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【出 处】
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第六届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会
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随着以电动汽车、智能电网为代表的新能源经济的高速发展,锂离子电池迎来了一个更大的发展空间,针对于电动汽车、智能电网的开发的关键材料逐步成为了领域内研究、开发的重点和热点.为了进一步降低成本和增加单次使用时间,高容量、高电位活性材料及匹配性电解液技术逐步成为了锂离子电池领域发展的核心技术.
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尖晶石型锰酸锂正极材料存在的以下几个问题一直是制约该材料进入大规模应用的瓶颈:(1)比容量不够高(一般仅100mAh/g);(2)55℃以上高温循环性能较差(仅能循环100余次);(3)大倍率循环性能欠佳.
过渡金属氧化物(MOx)因其高的理论容量(＞600 mAhg-1)而被认为是最具潜力取代石墨的新一代锂离子电池负极材料之一.其中,CoO因其合成方法简单且具较高的理论比容量(750 mAhg-1)而被广泛研究.但是,同其他氧化物以及硅材料一样,纯CoO颗粒导电性很差,且在锂离子嵌入/脱出过程中会发生膨胀、破裂、粉化等现象,最终导致电池性能急剧衰减.
与传统电容器相比,超级电容器具有许多不可替代和不可或缺的优势,如充放电速率快、循环寿命长、能量转化效率高、操作稳定、小尺寸、无污染等,是一种非常有前途的能量贮存设备.首先成功地合成了以纳米棒作为基本组成单元的三维分等级鸟巢状Ni3S2@NiS电极材料.
采用成本低廉的无定形SiC(a-Si1-xCx)取代昂贵的晶体SiC作为石墨烯的前驱体,结合成熟的氯化技术(chlorination),首次提出了一种合成石墨烯的新方法,即无定形碳化物氯化法.采用该方法,在较低温度(800℃)、常压和较短时间内成功实现了a-Si1-xCx向石墨烯的转化.
硅的理论比容量高,超过石墨负极材料的十倍.但硅在充放电过程中体积变化超过300％,因而导致其循环寿命的降低.此外,硅材料的首次循环库仑效率低,难以满足产业化要求.为解决硅材料循环寿命和首次循环库仑效率低的缺点,制备了不同比例混合的硅/石墨复合负极材料,并通过非晶碳包覆,进一步提高复合负极材料的综合电化学性能.
以硅、葡萄糖和石墨为原料,采用两步球磨、高温热解制备Si/C复合负极材料.通过XRD、SEM和恒流充放电测试对材料的结构和性能进行表征.结果表明:无定形碳包覆的硅颗粒均匀弥散地分布在石墨的表面.当硅:葡萄糖:石墨质量比为1∶1∶3时,复合材料显示出良好的电化学性能,以100mA/g放电,放电容量为943.9 mAh/g,首次充放电效率为74％,循环40次后容量为671.1 mAh/g;以200mA
硅基负极材料具有其它负极材料无法匹敌的高容量优势(理论储锂容量4200 mAh/g),是目前商业碳负极材料理论容量的11倍.同时,其嵌锂电位(低于0.5 V)低于一般溶剂分子的共嵌入电压,高于锂的析出电位,从而硅基负极材料可以解决溶剂分子嵌入以及锂枝晶析出的问题.
全钒液流电池(VRFB)是一种大规模蓄电储能装备,在可再生能源发电和节能技术领域将发挥重要作用,该过程所需的质子传导膜要具备优良的导电性、阻钒性、稳定性和合理价格.本研究突破以往离子交换膜的概念限制,提出利用纳米尺度孔径膜材料的"筛分"效应,满足全钒液流电池对隔膜综合性能需求.
采用溶剂热的方法,以液氨作为溶剂,对氧化石墨进行还原和氮掺杂,并研究所制备产物作为超级电容器电极材料的性能.结果表明,该方法能有效地还原氧化石墨,降低含氧官能团的含量,作为超级电容器材料,该还原的氧化石墨具有良好的双电层电容特性,在0.1A/g的电流密度下,其比容量可达232.4F/g,在10A/g的电流密度下也能保持183.1F/g(6mol/L KOH溶液).
提高混合型超级电容器的性能关键在于研发高性能、低成本的储能电极材料和器件系统设计.新型储能材料的获得是实现优异器件性能的基础,高性能、低成本储能电极材料的制备是超级电容器研究的核心问题.