碳負(fù)極材料的案例
純碳負(fù)極材料可使電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)600公里續(xù)航
記者15日從科達(dá)煤炭化學(xué)研究院獲悉，一種由純碳作為主要成分的高容量高密度鋰電池用特種碳負(fù)極材料在該院?jiǎn)柺溃壳埃谶@種材料的全新電動(dòng)汽車鋰電池已經(jīng)在成都南光新能源公司正式試產(chǎn)。
據(jù)了解，在新能源電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中，鋰電池的容量(即電池單體能量密度)，完全取決于鋰離子電池負(fù)極材料的成分合成。我國首塊新能源汽車鋰電池發(fā)明人、成都南光新能源公司總工程師劉昌國博士介紹說，鋰電池國產(chǎn)化以來，負(fù)極材料一直以天然石墨為主要成分，充電時(shí)間長、單體容量密度低等技術(shù)瓶頸，致使我國新能源汽車的續(xù)航里程難破300公里極限。而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品性能測(cè)試來看，這種由全新材料制備的鋰電池可以實(shí)現(xiàn)汽車?yán)m(xù)航里程突破600公里。
技術(shù)發(fā)明人、榆林科達(dá)煤炭化學(xué)研究院有限公司總經(jīng)理賀峰介紹道，新單體電池的儲(chǔ)能材料在研發(fā)上拋棄了傳統(tǒng)的天然石墨，通過物理方法和化學(xué)方法將純碳制成高容量高密度的鋰電池負(fù)極材料。
實(shí)驗(yàn)表明，這種全新負(fù)極材料的克容量可達(dá)2200mAh/g ，負(fù)極片壓實(shí)密度超過2.0g/cm3，配以正極用三元材料加鈷酸鋰，鋰電池的質(zhì)量能量密度可超過350Wh/kg。“此外，基于新材料的鋰電池充電時(shí)間不超過15分鐘，這更是傳統(tǒng)電池?zé)o法企及的。經(jīng)過試驗(yàn)，新材料電池在充電和使用過程中，溫度始終為常溫。”賀峰說。
劉昌國表示，國內(nèi)新能源動(dòng)力電池領(lǐng)域的專家曾對(duì)國產(chǎn)鋰電池在2020年能否實(shí)現(xiàn)單體能量密度達(dá)到350Wh/kg表示過擔(dān)憂，而正在試產(chǎn)的新電池已經(jīng)超越了這一目標(biāo)。(記者張景陽)
來源：科技日?qǐng)?bào)
展開 ：高容量磷功能化硬碳材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理
該工作證實(shí)了將磷引入至硬碳中可有效改善材料的電化學(xué)性能，其中儲(chǔ)鈉機(jī)理的分析可望延伸到其他雜原子改性硬碳材料的研究中。
【文獻(xiàn)鏈接】
Insights into the Na+ Storage Mechanism of Phosphorus-Functionalized Hard Carbon as Ultra-High Capacity Anodes (Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201702781).
【團(tuán)隊(duì)鈉離子電池負(fù)極相關(guān)工作簡(jiǎn)介】
該研究小組在鈉離子電池負(fù)極方面已經(jīng)開展了大量前期研究工作：
硬碳負(fù)極材料。
研究小組以靜電紡絲法制備纖維狀前驅(qū)物，再進(jìn)一步制備高性能硬碳負(fù)極材料。例如，聚氯乙烯（PVC）為碳源，通過靜電紡絲制備PVC纖維前驅(qū)體，再經(jīng)600-800oC裂解烯制備了硬碳材料，用作鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，可逆比容量271 mAh/g（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 5598?5604）。
以廉價(jià)且環(huán)保的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為碳源，靜電紡絲法制備纖維狀前驅(qū)體，分別在800–1200oC裂解制備了千層糕狀硬碳材料，在最佳的碳化溫度1000oC下裂解得到的硬碳材料，循環(huán)100周后容量保持率高達(dá)94%；其優(yōu)異的電化學(xué)性能得益于千層糕狀的形貌，均勻的粒徑分布和低的比表面積（RSC Advances 2017, 7, 5519–5527）。
展開 復(fù)旦大學(xué)熊煥明、王永剛：構(gòu)建“富電子區(qū)域”，碳負(fù)極材料設(shè)計(jì)的新思路
以多孔碳材料為負(fù)極，電池型電極材料為正極組成的混合型電容器件，往往具有較高的功率密度和穩(wěn)定的循環(huán)性能。然而與傳統(tǒng)的電池體系相比，較低的能量密度一直是其不可忽視的“短板”。究其原因在于正負(fù)極的容量存在巨大的差距，使得電容型碳材料的用量過多從而導(dǎo)致混合電容器體系的整體能量密度降低。為了解決此問題，增大碳材料的比表面積，擴(kuò)大孔體積以及引入贗電容等都是常用方法，但是這些方式又可能會(huì)帶來循環(huán)壽命下降等“副作用”。而考慮到作為負(fù)極的碳材料在混合電容器中所發(fā)生的反應(yīng)過程就不難發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)其吸引陽離子的能力就會(huì)有效改善其性能而不帶來任何負(fù)面效應(yīng)。而者其中的關(guān)鍵就在于在碳材料表面構(gòu)建足夠多的“富電子區(qū)域”。最近，復(fù)旦大學(xué)的熊煥明教授與王永剛教授課題組以碳點(diǎn)-水凝膠為前驅(qū)體，利用再溶脹-煅燒的方法成功制備了表面態(tài)“可控”的多孔碳材料。當(dāng)其用于混合電容器負(fù)極材料時(shí)，各方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。最后，作者也通過表征以及DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)，碳點(diǎn)可以高效率提供某些氮磷官能團(tuán)，而這些官能團(tuán)正是引起周圍原子變?yōu)椤案浑娮訁^(qū)域”的關(guān)鍵。因而，碳點(diǎn)類材料將會(huì)是電極材料表面態(tài)控制的“利器”。
圖1. 碳點(diǎn)-水凝膠共筑高性能多孔碳材料示意圖
以聚乙烯亞胺和植酸為前驅(qū)體，經(jīng)過160℃的水熱反應(yīng)即可制備氮磷氧共摻雜的碳點(diǎn)。利用凝膠再溶脹的方法使得多孔水凝膠與碳點(diǎn)很好地融為一體。在惰性氣氛下，通過一次煅燒即形成表面含有特定官能團(tuán)的碳材料。BET測(cè)試結(jié)果表明，發(fā)現(xiàn)碳點(diǎn)并不影響以水凝膠為前驅(qū)體的多孔碳的結(jié)構(gòu)，但其表面官能團(tuán)卻隨著碳點(diǎn)的引入發(fā)生了明顯的變化。這說明量子尺寸的碳點(diǎn)作為客體部分不會(huì)改變水凝膠主體部分原有的多孔結(jié)構(gòu)但其可以作為特定官能團(tuán)（例如吡咯氮，磷酸基團(tuán)）的有效載體。而進(jìn)一步的DFT計(jì)算表面，這些特定官能團(tuán)將會(huì)成為構(gòu)建“富電子區(qū)域”的主力軍。
圖2.
展開 3篇頂刊！新型混合電容器獲系列進(jìn)展
鈉鉀資源豐富、分布廣泛、價(jià)格低廉，與鋰的物理化學(xué)特性相似，使得鈉鉀離子儲(chǔ)能器件有望成為鋰基儲(chǔ)能體系的潛在替代品，近年來其關(guān)鍵材料及相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)與材料實(shí)驗(yàn)室研究員閻興斌團(tuán)隊(duì)一直致力于新型碳材料與儲(chǔ)能器件研究，發(fā)展了一系列雙碳高性能新型金屬離子混合電容器。
研究人員利用熱固相燒結(jié)一步制備了三維網(wǎng)絡(luò)碳材料，獲得了網(wǎng)絡(luò)碳材料關(guān)鍵制備技術(shù)；并進(jìn)一步采用化學(xué)活化技術(shù)制備了具有優(yōu)異電容特性的多孔三維網(wǎng)絡(luò)碳材料（正極材料）。利用雙碳體系電極材料電化學(xué)特性穩(wěn)定、導(dǎo)電性優(yōu)異且與電解液匹配性好等特點(diǎn)，通過優(yōu)化正負(fù)極活性材料質(zhì)量和動(dòng)力學(xué)匹配特性，最終構(gòu)筑了兼具高能量密度和功率密度且循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異的雙碳鈉離子混合電容器（如圖1示），相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702409。
圖1 雙碳鈉離子混合電容器
近期，研究人員利用碳酸鈉為模板，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)合成了碳納米片負(fù)極材料，此碳納米片具有導(dǎo)電性好、缺陷豐富、層間距大、富氧等特點(diǎn)，有利于離子的存儲(chǔ)與傳輸。該碳納米片作為負(fù)極材料，表現(xiàn)出了優(yōu)異的鉀離子存儲(chǔ)特性，為構(gòu)筑高性能鉀離子混合電容器奠定了基礎(chǔ)。因此，研究人員利用碳納米片負(fù)極材料與高容量氮摻雜三維碳正極材料構(gòu)建了鉀離子混合電容器（如圖2示）。通過材料設(shè)計(jì)及器件優(yōu)化，該混合電容器性能優(yōu)異，具有高能量密度（149 Wh kg-1）和高功率密度（21 kW kg-1），以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性（5000圈循環(huán)80%的保持率)。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在Adv. Energy Mater. 2019, 1803894。
展開 
交錯(cuò)組裝碳納米管制備超高比容量鋰金屬負(fù)極用于鋰氧電池
鋰-氧電池具有超高的理論能量密度，而被認(rèn)為是下一代電力系統(tǒng)的主力軍，但目前仍無法在保持高能量存儲(chǔ)能力的同時(shí)保證鋰負(fù)極的安全性和循環(huán)效率。目前為解決這些問題，一方面是嘗試在鋰金屬表面制備保護(hù)膜以提高鋰/電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性；另一方面則是探索合金鋰負(fù)極如鋰化硅和鋰/石墨烯復(fù)合物來代替金屬鋰。然而，這兩種方法都需要引入電化學(xué)惰性或低容量的第二組分，大大降低活性鋰的負(fù)荷量和利用率，導(dǎo)致了低比容量，這與研究高能量密度的Li-O2電池的初衷背道而馳。因此，急需研究可以保持高比容量的同時(shí)提高安全性和循環(huán)效率的電池系統(tǒng)。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授團(tuán)隊(duì)為克服這一挑戰(zhàn)，將取向碳納米管交叉堆疊成多孔網(wǎng)絡(luò)，用于形成超高容量的鋰負(fù)極。該新型負(fù)極具有高達(dá)3656 mAh/g的可逆比容量，接近純鋰的理論容量3861 mAh/g。當(dāng)該負(fù)極用于鋰氧全電池時(shí)，由于無枝晶產(chǎn)生和穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，循環(huán)穩(wěn)定性顯著提高。這項(xiàng)工作通過設(shè)計(jì)一維導(dǎo)電納米材料的交叉堆疊和對(duì)齊結(jié)構(gòu)，推進(jìn)了高性能鋰-氧電池向?qū)嶋H應(yīng)用的發(fā)展。該成果近日以題為“Stabilizing lithium into cross-stacked nanotube sheets with ultra-high specific capacity for lithium oxygen battery”發(fā)表在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed上。論文共同第一作者為葉蕾和廖萌，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授為論文通訊作者。
展開 中科院寧波材料所：納米硅基負(fù)極材料研究取得進(jìn)展
【成果簡(jiǎn)介】
相對(duì)于傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料（372 mAh/g），硅負(fù)極材料具有極高的理論比容量（3580 mAh/g），是未來高能量密度動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料首選。但硅負(fù)極材料在充放電循環(huán)過程中存在體積變化（高達(dá)3倍以上），造成硅顆粒粉化，從而引發(fā)SEI膜反復(fù)再生庫倫效率低，電接觸變差極化增大，使實(shí)際硅負(fù)極材料循環(huán)壽命和倍率性能較差。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室自2011年開展硅基負(fù)極材料的研究開發(fā)，已取得系列進(jìn)展。2012年報(bào)道了一種三維多孔的納米硅/石墨烯復(fù)合負(fù)極材料。近日，又報(bào)道了一種新型二維納米硅/二氧化硅復(fù)合負(fù)極材料（2D nano-Si/SiO2）。該工作利用層狀結(jié)構(gòu)CaSi2的拓?fù)滢D(zhuǎn)變，在酸性溶液中化學(xué)剝離Ca原子，留下單原子層褶皺狀硅烯，由于Si原子只存在sp3雜化，硅烯極不穩(wěn)定，在水溶液中氧化得到亞穩(wěn)態(tài)二維硅氧烯，二維硅氧烯經(jīng)過合適的熱處理?xiàng)l件脫水歧化得到二維納米硅/二氧化硅復(fù)合負(fù)極材料（2D nano-Si/SiO2），其中納米硅均勻分散于無定型硅氧化物。二維結(jié)構(gòu)可有效減少鋰離子遷移路程，納米硅和硅氧化物可有效降低了體積膨脹率，因此采用該方法制備的2D nano-Si/SiO2@C表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。該研究工作以“Two-dimensional silicon suboxides nanostructures with Si nanodomains confined in amorphous SiO2 derived from siloxene as high performance anode for Li-ion batteries”為題發(fā)表在Nano Energy上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 示意圖及性能表征
（a）硅氧烯剝離過程示意圖。
（b）硅氧烯分子結(jié)構(gòu)示意圖。
展開 南京大學(xué)：新型鎂電池負(fù)極材料！
采用金屬鎂作為負(fù)極的可充電鎂電池具有資源豐富、理論比能量高、無鋰枝晶生長、安全性好、價(jià)格低廉等潛在的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于二價(jià)Mg2+的極性較大、Mg2+嵌入到正極材料中的動(dòng)力學(xué)緩慢等問題，嚴(yán)重制約了鎂電池的實(shí)際性能。到目前為止，在鎂電池中只有少數(shù)的金屬/合金型或離子嵌入型負(fù)極材料表現(xiàn)出合適的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
為了改善鎂電池電極材料的綜合性能，必需對(duì)其原子結(jié)構(gòu)和表界面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。電極材料中的晶格缺陷，例如氧空位，對(duì)于過渡金屬氧化物的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大影響。電極材料中的氧空位可以促進(jìn)電子和離子的傳輸，有效提高電池的電化學(xué)性能。
化學(xué)化工學(xué)院金鐘教授和馬晶教授團(tuán)隊(duì)密切合作，提出了一種新的原子取代方法，以超薄TiS2納米片為前驅(qū)體來合成含有豐富氧空位（OVs）的超薄、多孔、黑色TiO2-x (B-TiO2-x)納米片，用于鎂電池負(fù)極材料。
圖1. B-TiO2-x超薄納米片的合成示意圖、形貌和儲(chǔ)鎂性能。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果和DFT理論計(jì)算均證實(shí)，B-TiO2-x電極材料中存在的大量OVs能夠顯著提高材料的導(dǎo)電性和提供大量的鎂離子存儲(chǔ)位點(diǎn)，并表現(xiàn)出了較快的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和優(yōu)異的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。該工作證明利用缺陷工程策略可以有效改善鎂電池電極材料的整體電化學(xué)性能。
圖2. DFT理論計(jì)算結(jié)果證實(shí)B-TiO2-x超薄納米片的氧空位有利于鎂離子存儲(chǔ)。
展開 .》: 具有碳涂層的竹節(jié)狀SiOx/C納米管作為鋰離子電池的耐用高性能負(fù)極
然而，傳統(tǒng)石墨因其較差的容量（372 mAh g-1）而成為下一代負(fù)極開發(fā)的主要障礙。SiOx（0 < x < 2） 因其較低的成本和較弱的體積變化而受到青睞，并且具有可接受的容量（~2000 mAh g-1）。第一次鋰化過程中形成的惰性組分（Li4SiO4和Li2O）可以有效減弱體積膨脹。然而，低導(dǎo)電性和體積膨脹仍然難以忽視。此外，通過利用更高效的技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋰離子的快速擴(kuò)散和電子的有效傳輸仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
有鑒于此，河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院張旭教授課題組在《Chem. Eng. J.》期刊上發(fā)表了題為“Bamboo-like SiOx/C nanotubes with carbon coating as a durable and high-performance anode for lithium-ion battery”的文章。該工作通過聚合物納米管結(jié)合St?ber方法和聚合物涂層技術(shù)，開發(fā)并制造了一種新型竹子狀 SiOx/C@C納米管結(jié)構(gòu)（圖1）。這種仿生結(jié)構(gòu)類似于竹子，在SiOx/C中空納米管內(nèi)部均勻連續(xù)地生長著擋板，并被薄薄的碳層包覆。“竹子”中空結(jié)構(gòu)為SiOx膨脹提供了自緩沖功能，并在周期性的鋰化-脫鋰過程中防止電解質(zhì)直接接觸納米管內(nèi)部，從而限制了SEI層的積累。碳殼為定向朝內(nèi)膨脹提供了機(jī)械約束，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高電子轉(zhuǎn)移速率。此外，作為一維（1D）納米結(jié)構(gòu)，NTs 具有高縱橫比，這縮短了鋰離子的傳輸長度并搭建了連續(xù)的電子傳輸通道（圖2）。設(shè)計(jì)的竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)具有較大的可逆容量（100 mA g-1下200次循環(huán)后為702 mAh g-1）和耐用的循環(huán)壽命（500 mA g-1下 450 次循環(huán)后容量為 511 mAh g-1）（圖3）。
展開 塊狀納米結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)助力抗斷裂鋰金屬負(fù)極
【引言】
鋰金屬負(fù)極(LMA)的穩(wěn)定性嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化。目前，研究人員已提出許多策略來提升LMA的穩(wěn)定性，包括構(gòu)筑3D主體、涂覆非原位保護(hù)膜、向電解質(zhì)中加入添加劑以及制備具有高機(jī)械強(qiáng)度的凝膠和固態(tài)電解質(zhì)等。但LMA保護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，尚無法徹底解決所有問題。塊狀納米結(jié)構(gòu)材料(BNM)是一類具有精細(xì)納米結(jié)構(gòu)的塊體材料。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)Hall-Petch(H-P)方程，屈服應(yīng)力與材料整體的強(qiáng)度和硬度相關(guān)，與晶粒尺寸的平方根成反比。因此，分離的晶粒使材料更堅(jiān)固，疲勞耐久極限增強(qiáng)意味著在某些外部應(yīng)力下斷裂的形成受到抑制。同時(shí)，BNM的離子傳輸特性同時(shí)顯著增加，因?yàn)橘|(zhì)量傳遞沿晶界比在晶粒中更快地發(fā)生。研究表明，如果晶粒尺寸低于臨界尺寸，電極體積波動(dòng)引起的應(yīng)力可以自適應(yīng)而不發(fā)生顆粒破裂。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，天津大學(xué)羅加嚴(yán)教授(通訊作者)等根據(jù)塊狀納米結(jié)構(gòu)材料概念，通過冶金工藝設(shè)計(jì)了抗斷裂LMA，并在Adv. Mater.上發(fā)表了題為“Bulk Nanostructured Materials Design for Fracture-Resistant Lithium Metal Anodes”的研究論文。在塊狀納米結(jié)構(gòu)Li(BNL)中，離子導(dǎo)電相存在于晶界處，促進(jìn)了Li+傳輸。 BNL中精細(xì)的鋰晶粒尺寸和沉淀硬化提高了機(jī)械強(qiáng)度和耐疲勞性，減輕了不均勻分布的應(yīng)力并防止電極粉碎。作者利用密度泛函理論研究鋰與各種氧化物之間的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn)SiO2是篩選氧化物中最佳的添加劑。BNL具有91 %的鋰金屬理論容量。在具有BNL負(fù)極的全電池中，LiFePO4在10 C下具有90 mAh·g-1的容量，比具有鋰箔負(fù)極的全電池高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
展開 鋰金屬負(fù)極骨架親鋰化學(xué)及材料設(shè)計(jì)
鋰金屬負(fù)極由于擁有高理論比容量（3860 mAh g-1）和低電極電位（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極-3.040 V）方面的優(yōu)勢(shì)，是下一代高比能電池負(fù)極材料的理想選擇之一。但是，鋰金屬負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用時(shí)面臨著鋰枝晶生長和負(fù)極體積膨脹等難題。鋰枝晶生長過程中容易生成“死鋰”，造成電極活性物質(zhì)損失，不可逆地降低容量；鋰枝晶加劇電解液的分解，降低電池庫倫效率與循環(huán)壽命；更嚴(yán)重的是鋰枝晶可能刺穿電池隔膜，接觸正極，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)安全隱患。近年來，親鋰負(fù)極骨架設(shè)計(jì)被認(rèn)為是一種解決鋰金屬負(fù)極枝晶生長和體積膨脹問題的有效手段。如何理解負(fù)極骨架親鋰性的化學(xué)本質(zhì)和有效設(shè)計(jì)親鋰材料是鋰金屬負(fù)極發(fā)展過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。最近，清華化工系張強(qiáng)課題組在金屬鋰負(fù)極親鋰性理解及材料設(shè)計(jì)方面取得了一系列原創(chuàng)性進(jìn)展。
負(fù)極骨架表面鋰形核過程示意圖。溶劑化的鋰離子被吸附到負(fù)極骨架表面，與形核位點(diǎn)相互作用，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，鋰離子被還原為鋰金屬。
張強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)基于摻雜碳材料具有導(dǎo)電性好、制備容易、密度小等方面的優(yōu)勢(shì)，提出將其應(yīng)用于鋰金屬骨架材料的研究思路。為了理解碳材料摻雜位點(diǎn)親鋰性的化學(xué)本質(zhì)，該研究團(tuán)隊(duì)基于第一性原理計(jì)算與實(shí)驗(yàn)表征相結(jié)合的方法，提出親鋰性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：摻雜原子電負(fù)性、摻雜位點(diǎn)“局部偶極”和鋰形核過程中電荷轉(zhuǎn)移。
具體來講，雜原子與碳原子之間的電負(fù)性差異有利于形成負(fù)電中心以吸附鋰離子；“局部偶極”的形成有利于進(jìn)一步增強(qiáng)鋰離子與形核位點(diǎn)之間的離子–偶極作用；電荷轉(zhuǎn)移則是降低鋰形核能壘的必要條件之一。基于此方法預(yù)測(cè)，氧摻雜在單摻雜體系中具有最好的親鋰性，并得到了鋰金屬形核實(shí)驗(yàn)證實(shí)；相比于單摻雜體系，預(yù)測(cè)了O–B/P等雙摻雜體系具有更優(yōu)的親鋰性。
展開 寧波材料所在高比能鋰金屬負(fù)極保護(hù)研究中取得系列進(jìn)展
作為鋰金屬電池的“圣杯”負(fù)極材料，鋰金屬具有3860毫安時(shí)/克的高比容量以及最低的氧化還原電位，是實(shí)現(xiàn)未來鋰空氣、鋰硫等高能量密度體系的必需材料，也是實(shí)現(xiàn)中期目標(biāo)500瓦時(shí)/千克級(jí)儲(chǔ)能電池的首選負(fù)極材料。然而，受制于鋰金屬沉積過程中的不規(guī)則枝晶生長以及鋰金屬與電解液的不可逆反應(yīng)，鋰金屬負(fù)極在循環(huán)過程中會(huì)形成極度不穩(wěn)定的電極/電解液界面，快速損耗電池容量、增加電池內(nèi)阻，導(dǎo)致鋰金屬負(fù)極在電池中的實(shí)際應(yīng)用受到諸多挑戰(zhàn)。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45852.html
針對(duì)鋰金屬界面不穩(wěn)定的頑疾，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所新型儲(chǔ)能材料與器件團(tuán)隊(duì)長期以來進(jìn)行了大量的界面保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已在前期取得顯著進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)基于鋰金屬負(fù)極的界面循環(huán)機(jī)理開展了更深入的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，并在近期取得一系列進(jìn)展。
為了更好地理解鋰金屬的表面SEI膜化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，團(tuán)隊(duì)結(jié)合原位電化學(xué)-原子力顯微鏡，以雙（氟磺酰）亞胺鋰（LiFSI）為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了鋰鹽濃度對(duì)SEI膜形貌及力學(xué)性能的影響，并發(fā)現(xiàn)通過鹽濃度調(diào)控，可獲得不同模量及厚度的SEI膜（圖1a）。此類現(xiàn)象在不同溶劑中皆有體現(xiàn)，具有普適性。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45841.html
通過材料優(yōu)選和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合中壓等離子體技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)與新能源所研究員葉繼春團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種碳紙/海綿碳雙層結(jié)構(gòu)，利用鋰金屬在碳紙上的低沉積電位以及海綿碳的高機(jī)械性能和電化學(xué)惰性，獲得了一種導(dǎo)向性的雙層碳結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了4毫安時(shí)/平方厘米的鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定循環(huán)（圖1b）。此外，該團(tuán)隊(duì)還制備了一種特殊的堆疊石墨烯，具備常規(guī)石墨烯無法實(shí)現(xiàn)的高沉積過電勢(shì)。
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CF/PEEK碳纖維復(fù)合材料和傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用差異
層間結(jié)合強(qiáng)度好，江蘇君華生產(chǎn)的PEEK碳纖維復(fù)合材料不易分層。熱塑性在模壓成型時(shí)，熔融后結(jié)合到一體的結(jié)合強(qiáng)度高。所以不易分層。從PEEK與碳纖維結(jié)合角度說一些，PEEK和碳纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度很高,因此纖維釋放現(xiàn)象大大減少或沒有。另外,由于PEEK具有抗蠕變力,PEEK聚合物能夠長時(shí)間承受相對(duì)大的壓力,不會(huì)隨時(shí)間擴(kuò)展,并且具有良好的纖維-母體界面結(jié)合強(qiáng)度。
近倆年國內(nèi)也陸續(xù)有一些單位開始開發(fā)CF/PEEK熱塑性碳纖維復(fù)合材料，江蘇君華就是其中的一家。目前江蘇君華生產(chǎn)的熱塑性PEEK碳纖維復(fù)合材料，已通過力學(xué)性能測(cè)試，被多家國內(nèi)知名醫(yī)療器械單位用于醫(yī)療加工髓內(nèi)釘器械的瞄準(zhǔn)架。目前驗(yàn)證下來發(fā)現(xiàn)，熱塑性CF/PEEK碳纖維復(fù)合材料加工的瞄準(zhǔn)架透光性好，強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)性定，100次消毒后依然可以精準(zhǔn)定位。
展開 《AFM》：超強(qiáng)性能的石墨烯包覆氧化亞硅負(fù)極材料！
全電池在1 C下的循環(huán)性能和庫倫效率；c) D-SiO@G//LFP全電池成功點(diǎn)亮LED矩陣
總之，作者以煤炭腐殖酸為碳源，開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的原位合成高性能鋰離子電池氧化亞硅和石墨烯負(fù)極材料方法，作者用各種表征方法證實(shí)了同時(shí)發(fā)生的腐殖酸向石墨烯的轉(zhuǎn)化和氧化亞硅的歧化反應(yīng)，其中包覆良好的石墨烯層阻止了電解液與氧化亞硅顆粒之間的反應(yīng)，同時(shí)顯著提高了氧化亞硅負(fù)極的導(dǎo)電性。
《ACS AEM》：一種無害簡(jiǎn)便方法實(shí)現(xiàn)硅負(fù)極材料大規(guī)模制備！
通過噴霧干燥技術(shù)獲得的三維微球硅負(fù)極材料，可以將硅納米顆粒造粒形成二次顆粒，該材料保留了納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)，也減少了比表面積和副反應(yīng)，并且多粒度分布可以提高電極的致密性。這種簡(jiǎn)便的方法更適合于商業(yè)應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高3D微球的性能，幾乎所有的研究都添加了碳源與硅顆粒混合，以獲得碳化硅基材料，顯然，高溫煅燒是上述過程中的必要步驟。但在熱處理過程中，基團(tuán)之間的鍵合消失，二次顆粒中僅存在碳骨架，導(dǎo)致納米硅顆粒內(nèi)部連接較弱。
水溶性聚合物羧甲基殼聚糖（CMCS）是一種兩性殼聚糖衍生物，由于其豐富的官能團(tuán)，可以提高化合物的力學(xué)性能。CMCS由于其優(yōu)異的黏附能力和豐富的原材料儲(chǔ)備，已被證明是硅負(fù)極的優(yōu)良粘結(jié)劑，此外，它的含氧基團(tuán)和含氮基團(tuán)可以提高SEI薄膜的穩(wěn)定性，并作為硅表面的涂層控制Li+均勻的傳輸。
在本工作中，作者通過一步噴霧干燥法制備了無需熱處理的含有納米硅和水溶性聚合物羧甲基殼聚糖的多尺寸3D微球硅負(fù)極材料。
展開 中南大學(xué)梁叔全團(tuán)隊(duì)《AM》：提高鈉離子電池碳基負(fù)極材料性能！
，最終提高了碳陽極的倍率性能。
