|
锂电池负极材料作为一种重要的新能源汽车动力电池材料，长期以来受到国家科技政策和产业政策的支持，并被列入国家相关产业发展规划及目录。近期，负极材料产能也是在逐渐扩张，研究学者在追求新型负极材料，高比能容量负极进行了多项研究并有卓越的成果。小编对近期的研究成果进行了粗略的整理。 01 Angew：N-改性石墨炔稳定界面pH助力无枝晶高倍率水系锌离子电池  近日，香港城市大学支春义教授，中科院化学研究所李玉良院士，北京化工大学邱介山教授报道了构建了一个N-修饰的石墨炔（NGDY）界面（NGI），通过调节水合锌离子的去溶剂化来稳定pH，并抑制Zn枝晶生长。 相关文章“Stabilizing Interface pH by N-Modified Graphdiyne for Dendrite-Free and High-Rate Aqueous Zn-ion Batteries”发表在Angewandte Chemie International Edition的期刊上。 文章重点： 1、在高电流密度的严格条件下，启动了N-改性石墨烯界面工程，以稳定界面pH值和消除锌枝晶。 2、实验和理论研究将pH稳定和树枝晶抑制与N-改性石墨烯加速水合锌离子的去溶剂化相关联，其中N原子作为受体从Zn2+配位水分子捕获电子，减弱Zn2+与水分子的配位，促进水分子的去除。 这项工作强调了水性储能系统中界面pH值的重要性，并提出了一种解决水性锌离子电池中树枝晶问题的新方法。 DOI: 10.1002/anie.202112304 02 上海硅酸盐研究所温兆银课题组将不同维度的碳材料作为硫载体应用于锂硫电池 近日，上海硅酸盐研究所温兆银课题组将不同维度的碳材料作为硫载体应用于锂硫电池，深入研究其失效机理，指出循环过程中硫在低维度碳载体表面形成“死硫”是导致锂硫电池失效的重要原因。发表了题为Microregion Welding Strategy Prevents the Formation of Inactive Sulfur Species for High-Performance Li–S Battery的文章 该研究通过盐模板法结合碳纳米管和原位衍生碳片设计的微区焊接碳材料是一种在微观尺度上仿自支撑碳材料的结构，它不仅有效地模仿了自支撑碳材料的一体化电子电导特征，同时避免了自支撑结构加工性能差，无法焊接极耳等问题。基于此, 实现了面容量为7.8 mAh cm-2 锂硫电池的稳定循环，设计的安时级软包电池在贫电解液和贫锂的条件下也表现出较高的放电比容量。 DOI：10.1002/aenm.202102024 03 锡基纳米材料用于锂离子和钠离子电池的研究进展 近日，上海大学张海娇教授和吴明红院士团队（共同通讯作者）在国际期刊《Energy Storage Materials》上发表题为“Sn-based nanomaterials: from composition and structural design to their electrochemical performances for Li- and Na-ion batteries”的综述文章。  图：具有代表性的Sn 基负极用于LIBs 和 SIBs的时间轴 该综述重点： 1、在形貌和成分调控方面，合理设计复合结构使其内部成分能够协同增强离子和电子的传输并保持电极结构的稳定性仍然是一个挑战。 2、在电化学机理方面，深入研究电化学反应过程中组分的相变和形貌变化，对于分析电极材料的失效机理具有重要意义。然而，目前关于锡基负极材料的储钠/锂机制的研究大多集中在单组分锡或其化合物上。此外，具有异质结构的锡氧化物或硫化物的固有电荷转移动力学增强机制仍有待阐明。在实际应用方面，更应重视综合性能评价。 3、纳米材料低的堆积密度会显著降低电池的体积容量。事实上，锡基负极是一类很有前途的负极，能同时具有高质量比容量和体积比容量。以金属Sn为例，LIBs和SIBs的理论体积比容量分别为7200和6149 mA h cm-3，其值高于Si负极（LIBs为~2000 mA g cm-3）。金属锡基材料在体积容量方面的优势使其极具竞争力，尤其是作为 SIBs 的负极。 4、今后的研究可以更加关注具有更高振实密度的锡基负极材料的设计，例如由纳米颗粒组装而成的三维微米级分层结构，从而充分利用纳米结构和微米结构的优点。 DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.026 04 ACS Nano：微米硅基负极材料推动实用高性能锂离子电池发展 近日，上海大学张海娇教授团队在国际高水平期刊《ACS Nano》上发表题为“Microscale Si-based anodes: Fundamental understanding and industrial prospects for practical high-energy lithium-ion batteries”的综述文章。  图：微米尺度硅基负极提升锂离子电池的综合电化学性能 随着硅基阳极技术的进步，开发实用的硅基阳极已成为研究热点。 尽管硅基阳极材料有了显著的改进，但其大规模商业应用仍处于不成熟阶段。基于Si的LIB的扩展仍面临许多挑战。 1、对于活性材料设计，应致力于探索具有高抽头密度但可忽略颗粒级膨胀的创新硅基结构，以实现高体积能量密度。 2、需要利用理论模拟和先进的原位表征技术来研究储能机理，深入了解材料结构与性能之间的关系，从而更好地预测和优化电极材料的设计。 3、此外，进一步增加面积质量负荷（>5mg-cm−2）在保持高活性材料的同时，非常需要使用高活性材料来实现高面积容量。因此，应更加注意了解在如此高的质量荷载水平下的固有失效模式。 4、此外，通过三维电极设计优化电极结构，充分利用硅基活性材料的优势是实现厚电极制备的关键。最后，但并非最不重要的是，含硅微粒的兼容性，包括机械压延性和与碳材料的界面，以及大规模可制造性（例如，生产成本、重复性和电极材料的稳定性）都是商业化需要考虑的关键因素。 DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.026 05 彭工厂研究员团队：一种无害简便方法实现硅负极材料大规模制备！ 近日，中科院成都有机化学研究所的研究者报告了一种无害且简单的方法来应对锂离子电池硅负极大规模应用的挑战，以水溶性聚合物羧甲基壳聚糖和纳米硅为前驱体，采用一步喷雾干燥法制备了多尺寸三维微球硅负极材料。相关研究成果“Water-Soluble Polymer Assists Multisize Three-Dimensional Microspheres as a High-Performance Si Anode for Lithium-Ion Batteries”发表在ACS Applied Energy Materials上。  图：SD-Si/CMCS微球、电极和电极循环过程的示意图 在该工作中，作者通过一步喷雾干燥法制备了无需热处理的含有纳米硅和水溶性聚合物羧甲基壳聚糖的多尺寸3D微球硅负极材料。该负极材料保留了聚合物的特性，并有以下优点：（1）这些官能团有效地促进了纳米硅颗粒在水中的分散，并在循环过程中形成稳定的SEI膜；（2）粘性不仅改善了材料内部连通性和外部密度，以保持二次颗粒的完整结构，而且还缓冲了硅的体积膨胀；（3）在电极制备过程中亲水的阳离子聚合物羧甲基壳聚糖与阴离子水系粘结剂具有协同效应，以增强电极的完整性。含有羧甲基壳聚糖的3D微球具有稳定的结构、致密的表面以及与集流体紧密连接，从而通过简便、无害和可规模化的方法提高材料初始库仑效率、增强循环稳定性和倍率性能。 DOI: 10.1021/acsaem.1c01791 06 东北大学祝红丽教授团队Carbon Energy 综述：用于电化学储能的多功能 0D 到 3D 碳 近日，东北大学祝红丽教授团队全面总结了不同尺寸碳材料的优势和性能及其在电化学储能中的应用。文章以题为“Versatile zero- to three-dimensional carbon for electrochemical energy storage”发表在Carbon Energy上。 这篇综述中强调了碳结构的重要性以及材料结构与电化学性能之间的关系。具体如下： 1、0D 球形碳：高活性材料利用率、可容纳体积变化大的活性物质、高表面积。 2、1D 碳纤维：低渗透阈值、优良的导电性。 3、2D 层状碳：高比表面积、优良的导电性、较大的层间距可减轻大的体积变化并保持活性材料。 4、3D体块碳：有序和互连的多孔结构、独立式结构、良好的导电性。 DOI: 10.1002/cey2.137 07 北化工《Energy Fuels》：石墨烯/碳纳米管双修饰SiOx复合负极材料，用于锂离子电池 近日， 北京化工大学张均营等研究人员在《Energy Fuels》期刊发表名为“Graphene and Carbon Nanotube Dual-Decorated SiOx Composite Anode Material for Lithium-Ion Batteries”的文章，研究合成了一种三维石墨烯和碳纳米管（CNT）修饰的SiOx复合材料（SiOx -Gr-CNT）。通过简单的一步法高能球磨引入双碳组分。由于石墨烯和碳纳米管组成的柔性网络具有高导电性，因此相应的SiOx-Gr-CNT复合电极具有优异的储锂性能。 DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c02967 08 高性能铝电池铝负极的挑战与策略 近日，上海交通大学付超鹏、董安平教授团队和武汉大学肖巍教授团队，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Challenges and Strategies of Low-Cost Aluminum Anodes for High-Performance Al-Based Batteries”的综述论文。该论文概述了目前铝基电池（包括一次铝空气电池和可充铝电池）中铝负极的最新研究进展。 文章重点： 1、对于铝空气电池，提出包括控制晶粒尺寸和结晶度、合金化和表面改性等策略最大限度降低自腐蚀。 2、对于可充电铝电池，铝负极和电解质之间适当的界面设计是提高电池性能的关键。  图：铝电池的挑战与应对策略 DOI: 10.1002/adma.202102026 09 江苏大学张立强JEC综述:可充电锂电池代表性负极材料的现状和挑战 近日，江苏大学张立强副教授课题组就四种代表性的负极材料（石墨，钛酸锂，硅，锂金属）的特性、挑战以及相应的解决策略进行了回顾、总结和展望。相关成果“Status and challenges facing representative anode materials for rechargeable lithium batteries”发表在Journal of Energy Chemistry上。  图：负极材料的发展历程 文章重点： 1、在未来几十年中，石墨仍将是商业LIBs的主流阳极材料，对石墨/电解质界面和速率性能的深入研究对于促进LIBs的发展是必不可少的。 2、硅以其超高的理论容量、较低的锂化电位和丰富的储量被认为是下一代高能锂离子电池最有前途的阳极材料。在该综述中，作者系统总结了其优点、制备方法、从0D纳米颗粒到3D多孔硅的不同尺寸硅阳极的缺点和相应解决方案，并介绍了各种复杂的硅复合阳极结构的设计和制备，其电化学性能大大增强，如库伦效率、循环稳定性、能量密度和速率能力，这将为今后先进的硅阳极积累宝贵的经验。硅阳极最大的挑战是巨大的体积膨胀和低导电性。 3、钛酸锂将会在锂离子电池阳极市场扮演着特殊的角色，由于其超高的安全性和循环稳定性。 4、锂金属阳极被认为是可充电锂电池的最终目标和最佳选择，由于不同LMB的超高能量密度，它能够显著改变储能领域的形势，促进电池技术的发展。然而，由于无法控制的锂枝晶生长和不稳定的SEI引起的严重安全问题和快速容量衰减仍然是巨大的实际应用的挑战。该综述介绍了锂树枝晶的生长过程，总结了抑制锂树枝晶形成和锂金属涨落的四种有效策略，最后介绍了无阳极LMB的最新进展。 DOI: 10.1016/j.jechem.2021.08.001 |
|
|
来自： DT_Carbontech > 《待分类》
