功能纳米材料的制备与表征

1、功能纳米材料的制备和表征，Fei Pei January 2th，2015，lithium ion battery，lithium ion battery，锂离子电池将锂化合物嵌入阴极、碳材料阴极、充放电过程中，锂离子在正极和负极之间嵌入图像目前用于商业化的锂离子电池受正极材料的影响，低容量(小于200mAh/g)负极材料的性能直接影响锂离子电池的性能。随着大容量电力电池的应用和普及，高容量、可靠的循环阴极材料成为人们研究的重点。负极材料特性：插入锂时氧化还原电位尽可能低，电池输出电压高。锂尽量从阴极中可逆地逸出，体积大。在脱模过程中，负极材料结构变化小，保证了良好的循环性能。具有优良的表面结

2、构，形成稳定的国体电解质界面塞膜。阴极材料，最负电极电位，最高质量比容量，最古老的锂电池正极材料，金属锂)，-3.045v，3860mah/g，阴极材料，优点，问题，解决方案，树枝等树突生成，不可逆锂合金在重复周期中体积较大，粉碎电极，容量快速衰减，而硅理论比容量4200mAh/g锡容量994mAh/g锑理论容量536mAh/g锂离子理论锂插入容量175mAh/g多的元素(Si，Sn，Bi，Al，Sb 合金阴极活性材料通常具有理论容量大于1000mAh/g的高比容量。阴极材料、碳材料、石墨为阴极材料时，锂发生嵌入反应，形成另一种化合物LiC6，锂在LiC6中直接占据6元环位置，其理论容量为37

3、2 mAh/g。石墨碳材料锂插入特性：锂插入位低，工作电压高。锂插入容量，理论容量372 mah/g；与有机溶剂的兼容性不好，容易将溶剂嵌入在一起。碳材料、无定形碳大部分具有较大的容量，但不可逆容量也较高，第一次充放电效率较低，循环性能不理想。固态电子界面，固体电解质接口(SEI)膜：定义：在液体锂离子电池的第一次充放电过程中，电极材料和电解质的相界面发生反应，形成复盖电极材料表面的钝化层，电子绝缘体作为Li的优良导体，Li可以自由嵌入和脱离，此钝化构成：主要有Li2CO3、LiF、Li2O、LiOH等多种武器成分，还有ROCO2Li、ROLi、(ROCO2Li)2等多种有机成分。塞膜的形成对

4、电极材料的特性有很重要的影响。塞膜的形成消耗了部分Li，增加了第一个充放电不可逆容量。由于电极、电解质的界面电阻增加，电极极化增加，高电流放电SEI膜具有有机溶剂不溶性，使Li自由出入碳阴极，防止溶剂分子通过，有效防止溶剂分子共包引起的电极材料破坏，从而大大提高电极的循环性能和寿命。锡基材料，第一充放电效率低于低容量的有机溶剂共嵌入，碳材料，锡氧化物为500 mAh/g以上的容量，但第一不可逆容量也更大。Sn的氧化物锂存储机制有两种观点：合金和离子离子类型：xLi SnO2(SnO)=LixSnO2(LixSnO)合金类型：Li s NO2(SnO)=li2 osn xLi SnO 2=lix

5、 sn准备机器球磨方法；溶胶凝胶法；模板法静电热喷涂法(ESD)；化学气相沉积法(CVD)问题：第一个不可逆容量(50%以上)，第一个充放电过程中生成Li2O和SEI膜；材料脱落过程中体积发生了很大变化，电极粉碎，容量减少，循环性能降低。，hong jinfan et al.nano lett。2014，14，48524858，锡基材料，制造方法：球磨方法；高温固相；物理或化学气相沉积；溅射方法等。分子接触型，包裹型，嵌入型，锡基材料，优点，问题，解决方案，硅基材料在高水平脱锂条件下具有严重的体积效应(300%)，极大地降低了电极的循环稳定性。(电压窗口为0-3V时，初始充电和放电容量为400

6、0 mAh/g，但在20次循环后急剧减少，在40次循环后放电容量几乎为零。)，引进硅中其他金属或非金属形成复合材料，缓冲硅的体积变化；纳米结构的硅材料(纳米线纳米薄膜等)的制备对纳米材料体积的变化比较小；制造硅/碳复合材料，一方面提高硅的导电性，一方面抑制硅的体积膨胀。为了避免使用非晶硅材料，请使用柔性粘结剂。硅基材料具有最高的理论锂插入容量(4200 mah/g) Li 4.4 si；电化学嵌锂过程中材料不易团聚。放电平台比碳物质稍高。硅基材料，Yicui et al . nature nano technology . 2012.35，310-315，硅基材料，Yicui et al .

7、nature nano technology . 2012.35，硅纳米粒子独立封装在导电碳层中，为锂和脱锂引起的膨胀和收缩留下了足够的空间。yi Cui et al . nature nano technology . 2014 . 6 . 187-192，硅基材料，锂硫电池负极材料：元素锂的理论放电质量比为容量3860 mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当锂完全反应生成回扣(Li2S)时。所述锂硫电池的理论放电质量比是能量2600 Wh/kg电化学机制：放电时锂离子和元素硫在硫阳极上完全反应时的电化学反应是(1-1): s816li 16e-=8Li2S (1-1)，但实际放电过程中硫还原过程经过多级电极反应后的Li2S8问题：1，元素硫的电导率差，对电池的高倍性能不好。2、锂聚硫化合物溶于电解质；3、在充放电过程中，硫的锂化过程体积膨胀，电池可能损坏。lithium sulfur batt