Author Affiliations
Abstract
1 School of Environmental and Chemical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China
2 College of Materials Science and Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China
3 College of Pharmacy, Xinjiang Medical University, Engineering Research Center of Xinjiang and Central Asian Medicine Resources (Ministry of Education), Urumqi 830000, China
4 Institute for Carbon Neutralization, College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
5 School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
6 Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry (Ministry of Education), Nankai University, Tianjin 300071, China
Anode materials are an essential part of lithium-ion batteries (LIBs), which determine the performance and safety of LIBs. Currently, graphite, as the anode material of commercial LIBs, is limited by its low theoretical capacity of 372 mA·h·g?1, thus hindering further development toward high-capacity and large-scale applications. Alkaline earth metal iron-based oxides are considered a promising candidate to replace graphite because of their low preparation cost, good thermal stability, superior stability, and high electrochemical performance. Nonetheless, many issues and challenges remain to be addressed. Herein, we systematically summarize the research progress of alkaline earth metal iron-based oxides as LIB anodes. Meanwhile, the material and structural properties, synthesis methods, electrochemical reaction mechanisms, and improvement strategies are introduced. Finally, existing challenges and future research directions are discussed to accelerate their practical application in commercial LIBs.
alkali-earth metal iron-based oxides anodes lithium-ion batteries electrochemical energy storage Journal of Semiconductors
2024, 45(2): 021801
高镍正极材料是一类综合性能优越的锂离子电池正极材料，它不仅可以达到比传统钴酸锂更高的能量密度，而且成本更低、更加环保，在动力电池市场具有巨大优势。为了进一步降低储能器件成本来适应与日俱增的能源需求，开发无钴高镍正极材料成为新的研究焦点。本文从镍酸锂正极的本征性质出发，论述去钴化的可行性与无钴高镍正极的重点挑战，总结目前学界已有的实现策略，最后对无钴高镍正极的发展方向作出展望。
无钴 高镍正极 锂离子电池 过渡金属氧化物 cobalt-free high-nickel cathodes lithium-ion batteries transitional metal oxide
1 景德镇陶瓷大学，江西 景德镇 333403
2 中国科学院上海硅酸盐研究所，高性能陶瓷与超细微结构国家重点实验室，上海 200050
磷基负极材料具有较高的理论容量和中等的氧化还原电位，且原料在储量和成本方面有极大的优势，因此其在钠、锂离子电池负极材料方面具有重要的应用前景。但红磷由于极低的电子电导率和过大的体积膨胀导致电化学活性衰减速度快，循环性能差，而黑磷导电性可达105 S/m，结构致密导致其本征倍率性能较差，两者的缺点限制了单质磷作为负极材料的实际应用。通过向单质磷中引入少量金属元素可以形成性质独特的金属富磷化物MPx (x≥2)，一方面可以通过金属元素电子注入实现金属富磷化物电子导电性的跨越式提升，另一方面还可以形成较为空旷的晶体结构提供更快的反应动力学并有效地抑制体积膨胀，因此兼具高容量和优异电子/离子输运特性的金属富磷化物MPx是极具潜力的钠、锂离子电池负极材料。主要综述了金属富磷化物材料的组成结构特点，重点阐述金属富磷化物在储能机理和改性策略方面的最新进展。
金属富磷化物 负极材料 锂离子电池 钠离子电池 metal phosphorus-rich phosphides anode materials lithium ion batteries sodium ion batteries
北京工业大学材料与制造学部智能光子制造研究中心，北京 100124
厚膜正极能够显著提高电池的面积比容量，从而满足实际应用需求。然而，电极厚度增加使锂离子的扩散受到限制，导致倍率性能降低，这是目前亟待解决的关键问题。使用515 nm波长飞秒激光在厚度为100 μm的NCM811正极表面制备3D结构，研究了飞秒激光刻蚀工艺参数对刻蚀形貌的影响及刻蚀微结构特征尺寸对NCM811厚膜正极电化学性能的影响规律。研究结果表明：绿光飞秒激光刻蚀仅改变NCM811形貌，对其物相组成无明显影响；相比沟槽结构，网格结构既可提供充足的通道促进锂离子的扩散，又可避免正极材料的过度损耗。在高倍率3 C下，织构化网格正极质量比容量和面积比容量分别为92 mA·h/g和1.37 mA·h/cm2，显著高于原始正极比容量（27 mA·h/g和0.58 mA·h/cm2），实现了NCM811厚膜正极倍率性能的提升。
激光技术 激光刻蚀 飞秒激光 厚膜电极 锂离子电池 中国激光
2023, 50(12): 1202401
1 昆明理工大学冶金与能源工程学院, 昆明 650093
2 云南铜业科技发展股份有限公司, 昆明 650101
废旧锂电池因其具有极高的资源性和危害性成为研究的热点, 湿法回收是目前处理废旧锂电正极材料的主要方法, 而从废旧正极材料浸出液中回收有价金属元素已成为湿法回收的关键。因此, 以废旧锂电池高锰正极材料苹果酸浸出液为原料, 通过臭氧氧化沉淀镍、钴、锰得到最佳沉淀条件, 并制备出高锰基前驱体。研究发现: 在最佳沉淀条件下, 镍、钴、锰的沉淀率分别为18.2%、41.5%、85.8%; 臭氧沉淀渣中的镍、钴、锰含量分别为0.85%、1.63%、41.30%。可以看出, 该臭氧氧化沉淀渣为高锰基前驱体, 前驱体经补锂再生为LiMn2O4正极材料, 该正极材料的首次放电比容量为95.4 mA·h/g, 首次充放电效率为84%, 高倍率下的放电比容量保持率为67.4%, 100次循环后的放电比容量保持率为80%。
废旧锂电池 臭氧 氧化沉淀 再生正极材料 充放电性能 spent lithium-ion batteries ozone oxidation precipitation regenerated cathode material charge-discharge performance
1 南京大学深圳研究院，广东 深圳 518000
2 南京大学现代工程与应用科学学院，南京 210023
富锂正极材料被认为是高比能锂离子电池的潜在正极材料之一，其能够提供约300 mA·h/g的可逆容量，相比于目前商业化正极材料具有明显优势。然而初始Coulombic效率低、电压衰减、容量衰减等阻碍了其实际应用。本综述针对2类富锂材料包括富锂锰基材料和富锂阳离子无序材料，详细介绍其晶体结构、阳离子氧化还原机制、阴离子氧化还原机制，重点讨论其存在的问题及来源，系统总结其材料改性策略，为富锂正极材料的研究提供理论指导和技术支持。
锂离子电池 正极材料 富锂 阳离子无序 lithium-ion batteries cathode materials lithium-rich cation disorderd
华南理工大学材料科学与工程学院，广东省先进储能材料重点实验室，广州 510006
采用草酸盐共沉淀法结合后续热处理技术制备硼掺杂LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料。研究了不同硼源(B2O3，H3BO3和LiBO2)掺杂对材料形貌、结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射仪和Rietveld精修分析证明了硼(B)元素掺杂到材料晶格中。电化学性能研究表明：B2O3掺杂效果最佳，具有优异的倍率性能(5 C的放电比容量为145.1 mA·h/g)和长循环稳定性 (1 C循环300圈容量保持率为84.5%)，这归功于硼掺杂可有效减少表面残余锂化合物，提高了材料的结构稳定性，有效抑制了电压降和改善了极化现象，降低了电荷转移电阻，从而抑制了容量的衰减，实现了优异的电化学性能。Lithium-ion Batteries
锂离子电池 高镍正极材料 结构调控 硼元素掺杂 电压降 lithium-ion batteries nickel-rich cathode materials structure control boron element-doping voltage drop
合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥 230009
以废旧锂电池中的LiCoO2正极材料为原料，通过溶解回收其中的Li、Co元素并用于Na0.67Fe0.5Mn0.5O2的改性，成功制备出钠离子电池正极材料Na0.67-1.33xLixCox(Fe0.5Mn0.5)1-2xO2 (x=0、0.035、0.070、0.105、0.140)。X射线衍射(XRD)结果显示，Li+/Co3+可以掺杂到P2-Na0.67Fe0.5Mn0.5O2中形成固溶体，伴随着晶胞参数的变小。X射线光电子能谱(XPS)结果显示Li+/Co3+的掺杂会导致部分Mn3+被氧化为Mn4+，降低了Jahn-Teller效应的影响。电化学测试表明，与原始样相比，改性后的Na0.67Fe0.5Mn0.5O2容量有一定下降，但循环稳定性和倍率性能都有所提高。当掺杂量为0.105时，Na0.53Li0.105Co0.105(Fe0.5Mn0.5)0.79O2电化学性能最好，1 C电流密度时，150圈循环后的容量保持率达到67%，5 C电流密度时的容量可以达到30 mA·h/g。
废旧锂离子电池 钴酸锂 回收与再利用 钠离子电池 铁锰酸钠 waste lithium-ion batteries lithium cobalt oxide recycling and reuse sodium ion batteries sodium iron manganese oxide
近年来锂离子电池安全事故频发对锂离子电池产业带来比较严重的影响, 为减少此类事故发生, 可采用电池管理系统对锂离子电池进行安全管理, 保证其正常运作。管理过程中利用传感器对电池参数进行监测十分必要, 光纤传感器具有体积小、抗电磁干扰能力强、可分布式测量等优势, 可实现对锂离子电池的精准监测。文章从锂离子电池监测需求出发, 简要介绍了三种主流光纤传感原理, 并综述了各种用于锂离子电池监测的光纤传感最新研究成果, 最后对光纤传感技术在锂离子电池参数监测中的应用做了展望。
锂离子电池 安全管理 光纤传感 参数监测 lithium-ion batteries safety management fiber optic sensing parameter monitoring
斯坦福大学材料科学与工程系， 斯坦福 CA94305， 美国
21世纪以来，纳米技术的迅猛发展正在影响和变革大量应用领域，并且极大地推动了科学技术的发展和人类文明的进步。纳米科学技术被认为是本世纪非常重要的、将对人类的生存和发展产生显著影响的科技领域。通过大量独创性研究成果，展示了纳米技术在当今能源、环境、织物等领域的巨大应用价值。
纳米技术 锂离子电池 PM2.5过滤材料 纳米聚合物纤维织物 applications of nanotechnology lithium ion batteries anti-haze filtration materials nano-polymer fiber fabric
