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钛酸锂/碳双层包覆氧化亚硅基负极材料及其电化学性能研究
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作者 银华杰 王力 +3 位作者 孙波 陈立夫 谭婷 杨乐之 《矿冶工程》 CAS 北大核心 2024年第6期163-169,共7页
通过化学气相沉积和溶胶-凝胶法制备了钛酸锂/碳双层包覆的氧化亚硅基锂离子电池负极材料。电化学测试结果表明,钛酸锂包覆量3%时,负极材料性能较好,在0.2C、0.5C、1C、2C、4C倍率下的比容量分别为1 485.4、1 443.8、1 386.4、1 341、1 ... 通过化学气相沉积和溶胶-凝胶法制备了钛酸锂/碳双层包覆的氧化亚硅基锂离子电池负极材料。电化学测试结果表明,钛酸锂包覆量3%时,负极材料性能较好,在0.2C、0.5C、1C、2C、4C倍率下的比容量分别为1 485.4、1 443.8、1 386.4、1 341、1 276.2 mAh/g,在电流密度750 mA/g下循环150次后比容量为1 138.1 mAh/g。柔韧的碳层可以缓冲内部硅芯的体积膨胀并提高材料电导率,刚性的钛酸锂可以保证材料结构完整性,双壳层协同作用有效提升了电极材料的循环稳定性、倍率性能和可逆容量。 展开更多
关键词 锂离子电池 氧化亚硅 负极材料 双壳层结构 钛酸锂 碳包覆 基材料
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锂离子电池氧化亚硅负极结构优化和界面改性研究进展 被引量:20
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作者 朱思颖 李辉阳 +3 位作者 胡忠利 张桥保 赵金保 张力 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第6期33-60,共28页
氧化亚硅(SiO)作为锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量(~2043 mAh·g^(−1))以及合适的脱锂电位(<0.5 V),且原料储量丰富、制备成本较低、对环境友好,被认为是下一代高能量密度锂离子电池负极极具潜力的候选材料。然而,SiO... 氧化亚硅(SiO)作为锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量(~2043 mAh·g^(−1))以及合适的脱锂电位(<0.5 V),且原料储量丰富、制备成本较低、对环境友好,被认为是下一代高能量密度锂离子电池负极极具潜力的候选材料。然而,SiO在脱/嵌锂过程中存在着较严重的体积效应(~200%),易导致材料颗粒粉化、脱落,严重影响了SiO负极电极的界面稳定性和电化学性能。近年来,人们围绕SiO负极结构优化和界面改性开展了大量工作。本文先从SiO负极材料的结构特点出发,阐述了该材料面临的主要瓶颈问题;继而从SiO的结构优化、SiO/碳复合和SiO/金属复合等三方面,系统总结了迄今已有的SiO负极结构设计和界面调控策略,并分别对其方法特点、电化学性能以及二者间关联规律进行了比较和归纳,最后对SiO负极材料结构和界面改性的未来发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 氧化亚硅负极 结构优化 界面改性 碳复合 金属复合
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基于原位参比的氧化亚硅--石墨复合负极循环衰减机制
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作者 宋缙华 张兴浩 +4 位作者 丰震河 程广玉 顾洪汇 顾海涛 王可 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1059-1065,共7页
为了研究氧化亚硅和石墨在复合应用时的循环衰减机制,本工作通过在循环过程中增加小电流可逆容量标定,消除了电压极化对衰减行为的影响。通过在软包装电池内部预先埋入参比电极,对比不同循环次数时正极和负极的电化学特征变化,利用负极... 为了研究氧化亚硅和石墨在复合应用时的循环衰减机制,本工作通过在循环过程中增加小电流可逆容量标定,消除了电压极化对衰减行为的影响。通过在软包装电池内部预先埋入参比电极,对比不同循环次数时正极和负极的电化学特征变化,利用负极微分曲线解析氧化亚硅和石墨的去锂化容量演变过程和衰减程度。同时,结合交流阻抗谱(EIS)、扫描电子显微技术(SEM)、元素能谱(EDS)和等离子体发射光谱(ICP)等测试。结果表明,造成电池循环衰减的主要原因是活性锂损失和氧化亚硅衰减,两者造成的容量损失分别为0.45 Ah和0.36 Ah。负极衰减速率明显快于正极,循环600次后,负极中石墨和氧化亚硅的衰减程度分别为2.2%和30.3%。电池在循环过程中产生了新的界面阻抗,所有动力学阻抗参数呈逐渐增大的趋势。拆解电池发现,循环后负极发生了严重的体积膨胀和副反应,导致锂损失在负极并失活,引起界面阻抗的增长和电池容量的衰减。本研究可以无损定量识别氧化亚硅和石墨在循环过程中的衰减程度,为含硅复合负极的工程化应用提供了研究基础。 展开更多
关键词 氧化亚硅 参比电极 循环衰减 锂离子电池
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聚丙烯酸黏结剂的分子量对氧化亚硅负极性能的影响
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作者 李剑 杨凯 +3 位作者 江秋月 雷晓华 郭庆中 刘志宏 《武汉工程大学学报》 CAS 2023年第6期635-640,共6页
硅基负极材料因在嵌锂-脱锂过程中会产生剧烈的体积膨胀,限制了其在构建高能量密度锂离子电池中的应用。聚丙烯酸(PAA)作为一种高性能硅基负极黏结剂,倍受关注。采用不同黏均分子量的PAA黏结剂制备氧化亚硅电极,并测试了其溶胀性、力学... 硅基负极材料因在嵌锂-脱锂过程中会产生剧烈的体积膨胀,限制了其在构建高能量密度锂离子电池中的应用。聚丙烯酸(PAA)作为一种高性能硅基负极黏结剂,倍受关注。采用不同黏均分子量的PAA黏结剂制备氧化亚硅电极,并测试了其溶胀性、力学性能和电化学性能。黏结剂PAA的黏均分子量为400万时,以0.4 A/g的电流密度循环100圈后,电池的容量保持率为88.4%,可逆比容量为1 017(mA·h)/g,高于黏均分子量为45万、125万的PAA黏结剂时的602(mA·h)/g和793.9(mA·h)/g的可逆比容量。结果表明:黏结剂PAA的分子量增大,其溶胀性能、弹性模量、硬度得到提升,抑制氧化亚硅负极膨胀的能力得到增强,有利于构建更稳固的固态电解质界面膜,从而提升氧化亚硅电极的循环倍率性能。 展开更多
关键词 氧化亚硅 负极材料 聚丙烯酸 黏结剂
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氧化亚硅负极三维结构水性黏结剂的合成及性能研究
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作者 刘书剑 陈洋 +3 位作者 杨克聪 李剑 张占辉 刘志宏 《武汉工程大学学报》 CAS 2023年第1期56-59,118,共5页
利用乙烯基三乙氧基硅烷在非中性水溶液中自发进行水解和自交联的原理,设计合成了一种具有三维网状结构的水性黏结剂,通过电池测试系统和电化学工作站对黏结剂的电化学性能进行测试,探讨了乙烯基三乙氧基硅烷的添加量对黏结剂结构和电... 利用乙烯基三乙氧基硅烷在非中性水溶液中自发进行水解和自交联的原理,设计合成了一种具有三维网状结构的水性黏结剂,通过电池测试系统和电化学工作站对黏结剂的电化学性能进行测试,探讨了乙烯基三乙氧基硅烷的添加量对黏结剂结构和电化学性质的影响。结果表明:随着乙烯基三乙氧基硅烷添加量的增加,一方面可以构建更加稳定的三维交联结构,增强体系的结构强度,抑制氧化亚硅(SiO_(x))的体积膨胀;另一方面也会导致其余组分功能基团的减少,降低黏结剂的黏结性能,损害电池的电化学性能。两方面因素共同作用,当乙烯基三乙氧基硅烷的添加量为10%质量分数时,SiO_(x)负极表现出最佳的电化学性能,其初始比容量为1 441.7(mA·h)/g,首圈库伦效率为82.1%。 展开更多
关键词 锂离子电池 氧化亚硅负极 黏结剂 三维网状结构
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微米级SiO合成多孔氧化硅/硅/碳储锂复合材料 被引量:3
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作者 冯雪娇 崔红敏 +2 位作者 肖正强 晏南富 李敏 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期76-82,共7页
以微米级SiO为原料,通过简单的高温煅烧、碳包覆和酸刻蚀制备多孔氧化硅/硅/碳复合材料,复合材料比表面积和平均孔径分别为32.9 m^2/g和3 nm。纳米硅分散在缓冲介质氧化硅多孔体系中,表面包覆一层薄而均匀的碳层。所得的复合材料具有较... 以微米级SiO为原料,通过简单的高温煅烧、碳包覆和酸刻蚀制备多孔氧化硅/硅/碳复合材料,复合材料比表面积和平均孔径分别为32.9 m^2/g和3 nm。纳米硅分散在缓冲介质氧化硅多孔体系中,表面包覆一层薄而均匀的碳层。所得的复合材料具有较好的循环稳定性,在0.3 m A/g下,50次循环后可逆容量保持在645.1 m A·h/g。多孔结构、氧化硅缓解了硅在脱嵌锂过程的体积膨胀,碳层提高了复合材料的导电性和结构稳定性。 展开更多
关键词 氧化亚硅 多孔结构 电化学性能 锂离子电池
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镁热还原SiO材料及其电化学性能 被引量:1
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作者 胥鑫 杨时峰 +3 位作者 曹新龙 曹国林 张长安 薛孟尧 《陕西煤炭》 2020年第S01期134-137,92,共5页
硅基负极材料以其高容量、来源丰富、绿色环保等优点,成为理想的下一代锂离子电池负极材料。但纯硅的体积膨胀过大,限制了硅负极的应用。氧化亚硅(SiO)作为一种含硅负极,具有比纯硅更小的体积效应和更好的循环性能。目前氧化亚硅主要的... 硅基负极材料以其高容量、来源丰富、绿色环保等优点,成为理想的下一代锂离子电池负极材料。但纯硅的体积膨胀过大,限制了硅负极的应用。氧化亚硅(SiO)作为一种含硅负极,具有比纯硅更小的体积效应和更好的循环性能。目前氧化亚硅主要的问题之一是其首次库仑效率低,对此利用镁热还原反应,使氧化亚硅部分还原,同时控制产物中硅晶粒大小,用金属Al代替部分Mg,得到了硅晶粒粒径约为25 nm的复合材料,再通过沥青包覆得到最终碳包覆材料MgAl-SiO/C。通过对比镁热反应前后材料电性能,发现镁热反应后材料首效提高,但容量降低,循环性能变差;最终复合材料首次效率可达83.7%,可逆容量1471.3 mAh/g。 展开更多
关键词 氧化亚硅 镁热反应 负极材料 首次库仑效率
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