硅碳复合材料及其制备方法和锂离子电池

高容量硅/碳复合材料在锂离子电池负极中的研究

【摘要】锂离子电池正得到越来越广泛的应用，已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。目前，锂离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料的理论储锂容量较低（石墨为372mah/g），因此开发新型高性能负极材料已成为当前的研究热点。本文采用高比容量的硅为主要活性体，采用体积效应小、循环稳定性好的碳为载体，通过高温热解以及水热等方法制备了新型的硅/碳复合材料，并对其电化学性能进行了研究。复合材料电极电化学测试显示，循环30次其可逆容量仍保持在600mah/g以上。优异的电化学性能主要归因于纳米硅颗粒处于无定形碳基体中对其体积变化具有良好的缓冲作用及纳米硅周围的石墨类碳相对于导电性的改善。

【关键词】锂离子电池；负极材料；硅/碳复合材料；高温热解；水热

当今社会，信息、能源和新材料在全球范围内成为重要的发展方向和支柱产业。在社会不断进步的同时，能源和环境问题已成为可持续发展的关键。伴随着全球逐渐减少的不可再生能源和日益严峻的环境问题，新能源的开发和应用刻不容缓。化学电源具有能量转换效率高、能量密度高、无噪声污染、可随意组合，随意移动等特点[1-3]。随着电子和信息产业的快速发展，移动通讯、数字处理机、便携式计算机

高容量硅/碳复合材料在锂离子电池负极中的研究

【摘要】锂离子电池正得到越来越广泛的应用，已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。目前，锂离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料的理论储锂容量较低（石墨为372mah/g），因此开发新型高性能负极材料已成为当前的研究热点。本文采用高比容量的硅为主要活性体，采用体积效应小、循环稳定性好的碳为载体，通过高温热解以及水热等方法制备了新型的硅/碳复合材料，并对其电化学性能进行了研究。复合材料电极电化学测试显示，循环30次其可逆容量仍保持在600mah/g以上。优异的电化学性能主要归因于纳米硅颗粒处于无定形碳基体中对其体积变化具有良好的缓冲作用及纳米硅周围的石墨类碳相对于导电性的改善。

【关键词】锂离子电池；负极材料；硅/碳复合材料；高温热解；水热

当今社会，信息、能源和新材料在全球范围内成为重要的发展方向和支柱产业。在社会不断进步的同时，能源和环境问题已成为可持续发展的关键。伴随着全球逐渐减少的不可再生能源和日益严峻的环境问题，新能源的开发和应用刻不容缓。化学电源具有能量转换效率高、能量密度高、无噪声污染、可随意组合，随意移动等特点[1-3]。随着电子和信息产业的快速发展，移动通讯、数字处理机、便携式计算机

锂离子电池材料制备与表征

【摘要】本实验在学习锂离子电池知识的基础上，加以创新，以牛奶为固体碳源，硝酸铁

为金属源，采用水热法制备碳包覆四氧化三铁纳米颗粒，通过正极材料的结构、表面形貌进行分析，测试相关电化学性能

【关键字】水热法 锂离子电池

引言 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入

化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池 ”。

一、实验目的

1. 用高温固相法制备锂离子电池材料；

2. 学习装配模拟电池，测试锂离子电池相关特性； 3. 研究材料制备工艺与锂离子电池性能之间的关系。

二、实验内容

1. 了解锂离子电池的基本组成和工作原理； 2. 了解常见的锂离子电池正/负极材料的相关特性； 3. 充分调研文献资料，确定实验方案；

4. 实验

锂离子电池材料制备与表征

【摘要】本实验在学习锂离子电池知识的基础上，加以创新，以牛奶为固体碳源，硝酸铁

为金属源，采用水热法制备碳包覆四氧化三铁纳米颗粒，通过正极材料的结构、表面形貌进行分析，测试相关电化学性能

【关键字】水热法 锂离子电池

引言 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入

化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池 ”。

一、实验目的

1. 用高温固相法制备锂离子电池材料；

2. 学习装配模拟电池，测试锂离子电池相关特性； 3. 研究材料制备工艺与锂离子电池性能之间的关系。

二、实验内容

1. 了解锂离子电池的基本组成和工作原理； 2. 了解常见的锂离子电池正/负极材料的相关特性； 3. 充分调研文献资料，确定实验方案；

4. 实验

锂离子电池材料制备与表征

【摘要】本实验在学习锂离子电池知识的基础上，加以创新，以牛奶为固体碳源，硝酸铁

为金属源，采用水热法制备碳包覆四氧化三铁纳米颗粒，通过正极材料的结构、表面形貌进行分析，测试相关电化学性能

【关键字】水热法 锂离子电池

引言 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入

化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池 ”。

一、实验目的

1. 用高温固相法制备锂离子电池材料；

2. 学习装配模拟电池，测试锂离子电池相关特性； 3. 研究材料制备工艺与锂离子电池性能之间的关系。

二、实验内容

1. 了解锂离子电池的基本组成和工作原理； 2. 了解常见的锂离子电池正/负极材料的相关特性； 3. 充分调研文献资料，确定实验方案；

4. 实验

锂离子电池正极材料

锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括正、负极材料、电解质、隔膜等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。2013年第九期《产业趋势》中，我们曾为读者展示过几种主要的锂离子电池负极材料，本期我们将对锂离子电池正极材料进行介绍。

衡量锂离子电池正极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：

? ? ? ? ? ? ?

正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压 锂离子能够在正极材料中大量、可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有较高的比容量

在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化，以保证电池良好的循环性能

在锂离子的嵌入/脱嵌过程中，正极的氧化还原电位变化应尽可能小，使电池能够平稳地充放电

正极材料应有较高的电导率和锂离子扩散系数，便于电池快速充放电 正极材料不与电解质等发生附反应 价格便宜，对环境无污染

目前获得广泛应用的锂离子电池正极材料体系主要包括钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、锰酸锂（LiMn2O4/ LiMnO2）、锂镍锰钴氧三元材料（LiNixC

锂离子电池原理、常见不良项目及成因、涂布方法汇总

(2009-07-11 09:28:25)

一般而言,锂离子电池有三部分构成:1.锂离子电芯；2.保护电路(PCM)；3.外壳即胶壳。 分类

从锂离子电池与手机配合情况来看,一般分为外置电池和内置电池,这种叫法很容易理解,外置电池就是直接装在手上背面,如: MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列等;而内置电池就是装入手机后,还另有一个外壳把其扣在手机电池内,如:MOTOROLA 998,8088,NOKIA的大部分机型 1.外置电池

外置电池的封装形式有超声波焊接和卡扣两种: 1.1超声波焊接 外壳

这种封装形式的电池外壳均有底面壳之分,材料一般为ABS+PC料,面壳一般喷油处理,代表型号有 :MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列,原装电池的外壳经喷油处理后长期使用一般不会磨花,而一些品牌电池或水货电池用上几天外壳喷油就开始脱落了.其原因为:手机电池的外壳较便宜,而喷油处理的成本一般为外壳的几倍(好一点的),这样

处理一般有三道工序:喷光油(打底),喷油(形成颜色),再喷亮油(顺序应该是这样的,如果我没记错的话),而一些厂商为了降低成本就省去了第一和第三道工序,这样成本就很低了

锂离子电池的优点:

A.高能量密度.锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%，镍氢的35-50%。

B.高电压.一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。

C.无污染.锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。

D.不含金属锂.锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。

E.循环寿命高.在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次，磷酸亚铁锂（以下称磷铁）则可以达到2000次。

F.无记忆效应.记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。

G.快速充电.使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可以使锂离子电池在1.5--2.5个小时内就充满电；而新开发的磷铁锂电，已经可以在35分钟内充满电。

F.自放电小.室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

锂离子电池的缺点:

A:衰老,与其它充电电池不同，锂离子电池的容量会缓慢衰退，与使用次数无关，而与温度有关。可能的机制是内阻逐渐升高，所以，在工作电流高的电子产品更容易体现。用

锂离子电池概况

由于日益紧迫的能源与环境保护压力，许多国家竞相开发绿色能源技术，其中尤其以电动汽车应用为代表的动力锂离子电池领域发展最为迅速。国内外企业都紧盯着这一大蛋糕，纷纷投入资金和人力进行研究并逐步实现产业化，希望能在未来获得巨大的收益回报。为此，我们特别约请业内专家及厂商代表，请他们畅谈未来动力锂离子电池的发展前景及如何把握市场机遇。

动力锂离子电池目前的发展现状？

·我国的锂离子电池研究发项目一直是国家“863”的重点项目，大部分材料实现了国产化，国内已自建和引进多条生产线，配套材料厂也有多个，均已形成大规模生产。 ·动力锂离子电池目前正处于产业的导入期。 黄学杰

长期以来，许多发达国家把电动汽车列为主要攻克的目标，美国支持多个国家实验室和企业一起承担车用锂离子电池的开发工作。欧盟则制定了高比能量蓄电池的发展计划，采用规划和计划的手段，保证了基础研究的连续性，并不断产生出阶段成果。日本在锂离子电池领域具有垄断地位，索尼、三洋电机、松下电池、NEC等著名公司都建有大规模锂离子电池生产厂，而且大多数制造商除了保持和扩大原有品牌的产量外，都在利用各自的优势开拓锂离子动力电池新产品。总的来看，日本仍然是动力锂离子电池

锂离子电池的优点:

A.高能量密度.锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%，镍氢的35-50%。

B.高电压.一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。

C.无污染.锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。

D.不含金属锂.锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。

E.循环寿命高.在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次，磷酸亚铁锂（以下称磷铁）则可以达到2000次。

F.无记忆效应.记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。

G.快速充电.使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可以使锂离子电池在1.5--2.5个小时内就充满电；而新开发的磷铁锂电，已经可以在35分钟内充满电。

F.自放电小.室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

锂离子电池的缺点:

A:衰老,与其它充电电池不同，锂离子电池的容量会缓慢衰退，与使用次数无关，而与温度有关。可能的机制是内阻逐渐升高，所以，在工作电流高的电子产品更容易体现。用