當(dāng)代能源化學(xué)鋰離子電池省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

當(dāng)代能源化學(xué)當(dāng)代能源化學(xué)1/155當(dāng)代能源化學(xué)鋰離子電池及其關(guān)鍵材料52/155當(dāng)代能源化學(xué)

緒論

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料正極材料研究進(jìn)展負(fù)極材料研究進(jìn)展3/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)從鋰電池到鋰離子電池鋰離子電池原理和結(jié)構(gòu)緒論鋰離子電池組裝測(cè)試鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域4/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)筆記本電腦用鋰離子電池手機(jī)用鋰離子電池5/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)大容量鋰離子蓄電池單體產(chǎn)品6/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)?

為何叫“鋰離子”電池？?

有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？?

怎樣組裝鋰離子電池？?

該關(guān)注哪些性能指標(biāo)？?有哪些正負(fù)極材料，優(yōu)缺點(diǎn)？?

……7/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)From

lithium

to

“l(fā)ithium

ion”,

a

long

story鋰離子電池(Li-ion

Batteries,

LIBs)由鋰電池(Li

Batteries,

LBs)發(fā)展而來(lái)8/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)鋰一次電池

研究起源于20世紀(jì)50年代

20世紀(jì)60年代暴發(fā)石油危機(jī)，鋰電池成為替換能源之一

摩爾質(zhì)量

(6.94

g/mol)

標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

(-3.04

V

vs.

NHE)

20世紀(jì)70年代實(shí)現(xiàn)商品化

1973年,

Li-CFx鋰一次電池在Panasonic企業(yè)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),首次裝置在漁船

1978年,

Li-MnO2鋰一次電池在Sanyo企業(yè)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

取得巨大成功產(chǎn),9/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)鋰二次電池

20世紀(jì)80年代末以前，主要關(guān)注以鋰及其合金為負(fù)極鋰

二次電池體系

1972年,

Dr.

Whittingham和Exxon企業(yè)合作設(shè)計(jì)了Li-TiS2鋰

二次電池，但未能實(shí)現(xiàn)商品化

20世紀(jì)80年代末，加拿大Moli能源企業(yè)推出商品化

Li-MoS2鋰二次電池

1989年，Li-MoS2鋰二次電池發(fā)生起火爆炸事故，

造成鋰二次電池逐步退出應(yīng)用10/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)鋰二次電池壽命短、安全性能差—鋰枝晶生成是“罪魁禍?zhǔn)住?1/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)鋰離子電池?fù)u椅式電池：20世紀(jì)80年代初，M.Armand教授首次提出用嵌鋰化合物代替鋰二次電池中金屬鋰負(fù)極構(gòu)想M.Armand12/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)鋰離子電池

嵌鋰化合物代替鋰二次電池中鋰負(fù)極，電池安全性大

為改進(jìn)，而且含有良好循環(huán)壽命

從概念到現(xiàn)實(shí)

—“一等又是十年”

1990年，Sony企業(yè)研制出以石油焦為負(fù)極、LiCoO2為正極

鋰離子電池，并于1991年開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)13/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)從鋰電池到鋰離子電池鋰離子電池原理和結(jié)構(gòu)緒論鋰離子電池組裝測(cè)試鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域14/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

鋰離子電池主要組成部分正極材料負(fù)極材料隔膜電解液外殼15/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖正極

LiCoO2

?

Li1-xCoO2

+

xLi+

+

xe-負(fù)極

6C

+

xLi+

+

xe-

?

LixC6電池

6C

+

LiCoO2

?

LixC6

+Li1-xCoO216/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)圓柱形方形

紐扣式Armand,

M.

et

al.

Nature

,

414,

35917/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)從鋰電池到鋰離子電池鋰離子電池原理和結(jié)構(gòu)緒論鋰離子電池組裝測(cè)試鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域18/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)電極制備電池組裝電池測(cè)試紐扣式半電池(CR2025)組裝和測(cè)試過(guò)程19/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)電池組裝手套箱系統(tǒng)

(美國(guó)創(chuàng)新科技/IL-2GB)20/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)電池測(cè)試

放電容量：電池放電時(shí)釋放出來(lái)電荷量，普通用時(shí)間和

電流乘積表示，比如Ah、mAh

放電速率：表示放電快慢一個(gè)度量，所用容量1

h放電

完成，稱為1

C放電；5

h放電完成，則稱為C/5放電

庫(kù)侖效率：在一定充放電條件下，放電時(shí)釋放出來(lái)電

荷與充電時(shí)充入電荷百分比，也叫充放電效率

標(biāo)稱電壓：電池0.2

C放電時(shí)全過(guò)程平均電壓

標(biāo)稱容量：電池0

0.2

2

C放電時(shí)放電容量21/155電壓成本

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

安全性

容量能量密度使用壽命

功率密度鋰離子

電池

……22/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)(武漢金諾/CTC)容量、使用壽命、

能量和功率密度23/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

電化學(xué)工作站

(上海辰華/CHI660D)電壓

電化學(xué)工作站(瑞士萬(wàn)通/Autolab

PGSTAT302N)24/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)從鋰電池到鋰離子電池鋰離子電池原理和結(jié)構(gòu)緒論鋰離子電池組裝測(cè)試鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域25/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)不一樣二次電池體系能量和功率密度對(duì)比Tarascon,

J.

M.

et

al.

Science

,

334,

92826/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)Tarascon,

J.

M.

et

al.

Science

,

334,

92827/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)28/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)電動(dòng)汽車用鋰離子電池系統(tǒng)29/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)LG化學(xué)企業(yè)對(duì)于二次電池體系全球市場(chǎng)預(yù)測(cè)Choi,

S.

et

al.

Adv.

Energy

Mater.

,

2,

86030/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)工信部：節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(-)年4月

以純電驅(qū)動(dòng)為我國(guó)汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型主要戰(zhàn)略取向，加緊培育和發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)推進(jìn)純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化

以快速降低汽車燃料消耗量為目標(biāo)，大力推廣普及節(jié)能汽車，提升汽車產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平

到年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量超出50萬(wàn)輛；

到年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬(wàn)輛、累

計(jì)產(chǎn)銷量超出500萬(wàn)輛31/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

成本安全性

成本安全性高性能鋰離子

電池先進(jìn)電極材料

電壓

能量密度功率密度使用壽命

……脫嵌鋰電位

比容量

倍率性能

循環(huán)性能

……32/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)Marom,

R.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

21,

9938電極材料發(fā)展趨勢(shì)圖33/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

緒論

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料正極材料研究進(jìn)展負(fù)極材料研究進(jìn)展34/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

LiMO2(層狀巖鹽結(jié)構(gòu))LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2、Li(Ni1/3Co1/3Al1/3)O2

LiM2O4(尖晶石結(jié)構(gòu))LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4

LiMPO4(橄欖石結(jié)構(gòu))LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO435/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)36/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

電池容量&電極材料比容量

電池容量:

Ah

電極材料比容量:

mAh/g

計(jì)算電極材料

理論比容量LiCoO2：脫嵌鋰機(jī)制LiCoO2

?

Li1-xCoO2

+

xLi+

+

xe-

(0

≤

x

≤

1)

石墨：脫嵌鋰機(jī)制

6C

+

xLi+

+

xe-

?

LixC6

(0

≤

x

≤

1)37/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

LiMO2(層狀巖鹽結(jié)構(gòu))正極材料

研究進(jìn)展

LiM2O4(尖晶石結(jié)構(gòu))LiMPO4(橄欖石結(jié)構(gòu))38/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)LiMO2(層狀巖鹽結(jié)構(gòu))：LiCoO239/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)脫嵌鋰機(jī)制

LiCoO2

?

Li1

1-xCoO2

+

xLi+

+

xe-

(0

≤

x

≤

1)理論比容量

=

274

mAh/g

脫嵌鋰電位：3

3.9

9-4

4.1

1

V

“二維”脫嵌鋰通道40/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)制備方法

制備方法：高溫/低溫固相法、液相法、…

高溫固相法：普通選取鋰和鈷碳酸鹽、硝酸

鹽、氧化物和氫氧化物等含氧化合物作為鋰源

和鈷源，在空氣中加熱到600-900oC甚至更高

溫度，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。41/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料例1：LiCoO2納米線當(dāng)代能源化學(xué)

Li,

Y.

et

al.

Nano

Res.

,

5,

2742/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例1：LiCoO2納米棒43/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料例2：LiCoO2納米盤(pán)當(dāng)代能源化學(xué)

Li,

Y.

et

al.

Nano

Res.

,

5,

39544/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例2：LiCoO2納米盤(pán)45/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例3：LiCoO2納米晶Zhang,

X.

et

al.

Nanoscale

,

5,

1108746/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例3：LiCoO2納米晶47/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)LiM2O4(尖晶石結(jié)構(gòu)):LiMn2O448/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)脫嵌鋰機(jī)制

LiMn2O4

?

Li1

1-xMn2O4

+

xLi+

+

xe-

(0

≤

x

≤

1)理論比容量

=

148

mAh/g

脫嵌鋰電位：3.9-4.1

V

“三維”脫嵌鋰通道49/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例1：LiMn2O4微米球Zhou,

L.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

A,

1,

83750/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例1：LiMn2O4微米球

Zhou,

L.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

A,

1,

83751/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例1：LiMn2O4微米球

Zhou,

L.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

A,

1,

83752/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例2：Graphene@LiMn2O4Kim,

K.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

21,

1730953/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例2：Graphene@LiMn2O454/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)LiMPO4(橄欖石結(jié)構(gòu)):LiFePO455/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)脫嵌鋰機(jī)制

LiFePO4

?

Li1-xFePO4

+

xLi+

+

xe-

(0

≤

x

≤

1)

理論比容量

=

170

mAh/g

嵌鋰電位：~3.2

V

脫鋰電位：~3.6

V

“一維”脫嵌鋰通道56/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

制備方法從原料上考慮

鋰源

碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰、…鐵源

三價(jià)鐵源：三氧化二鐵、…

二價(jià)鐵源：草酸亞鐵、醋酸亞鐵、硫酸亞鐵、…

磷源

磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨、磷酸二氫鋰、…57/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)58/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例1：LiFePO4@C顆粒

高溫固相法

Hu,

Z.

et

al.

Ionics

,

16,

31159/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例1：LiFePO4@C顆粒

Hu,

Z.

et

al.

Ionics

,

16,

31160/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例2：LiFePO4@C@Graphene

水熱法+后續(xù)熱處理

Wu,

Y.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

22,

1646561/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例2：LiFePO4@C@GrapheneWu,

Y.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

22,

1646562/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例2：LiFePO4@C@Graphene63/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例3：LiFePO4納米盤(pán)

溶劑熱法+后續(xù)碳包覆

Li,

Y.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

21,

999464/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例3：LiFePO4納米盤(pán)Li,

Y.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

21,

999465/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)例3：LiFePO4納米盤(pán)

Li,

Y.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

21,

999466/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

緒論

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料正極材料研究進(jìn)展負(fù)極材料研究進(jìn)展67/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

碳材料

硅基材料

錫基材料

過(guò)渡金屬氧化物

鈦酸鋰68/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)成本脫嵌鋰電位安全性比容量倍率性能循環(huán)性能……Marom,

R.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

21,

9938電極材料發(fā)展趨勢(shì)圖69/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)碳材料70/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)種類天然石墨石墨碳材料人造石墨

軟碳

無(wú)定形碳

新型碳納米材料

硬碳

富勒烯碳納米管

石墨烯71/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)石墨：脫嵌鋰機(jī)制

石墨：嵌入型機(jī)制

6C

+

xLi+

+

xe-

?

LixC6

(0

≤

x

≤

1)

理論比容量:

372

mAh/g

體積改變：~10

%

脫嵌鋰電位：~0.1

V72/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)無(wú)定形碳：脫嵌鋰機(jī)制

無(wú)定形碳：微孔儲(chǔ)鋰機(jī)制73/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

碳材料優(yōu)缺點(diǎn)

成本安全性表面包覆

表面氧化碳材料改性

電壓

比容量倍率性能循環(huán)性能庫(kù)侖效率

摻雜形貌控制

納米化

……74/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：表面包覆(碳)Zhang,

W.

et

al.

J.

Power

Sources

,

174,

76675/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：表面包覆(碳)76/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：氮摻雜Cheng,

H.

et

al.

ACS

Nano

,

5,

546377/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：氮摻雜Cheng,

H.

et

al.

ACS

Nano

,

5,

546378/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：氮摻雜Cheng,

H.

et

al.

ACS

Nano

,

5,

546379/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性3：形貌控制(梭子狀)片狀石墨

vs

梭子狀石墨Yoshio,

M.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

14,

175480/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

改性4：形貌控制(球形)梭子狀石墨

vs

球形石墨

Yoshio,

M.

et

al.

J.

Mater.

Chem.

,

14,

175481/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：納米化(納米彈簧)Guo,Y.

et

al.

Electrochem.

Commun.

,

11,

146882/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：納米化(納米彈簧)83/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性6：納米化(三維介孔碳)

Xu,

B.

et

al.

Electrochim.

Acta

,

56,

646484/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性6：納米化(三維介孔碳)85/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)硅基材料86/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)種類硅Si硅基材料硅氧化物硅基合金

SiO2、SiO等Si–M

(M=Ni、Ge、Sn等)87/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)脫嵌鋰機(jī)制

硅：合金型機(jī)制

Si

+

xLi+

+

xe-

?

LixSi

(0

≤

x

≤

4.4)

理論比容量

=

4200

mAh/g

體積改變：>300

%

嵌鋰電位：~0.2

V

脫鋰電位：~0.5

V

Jin,

S.

et

al.

Energy

Environ.

Sci.

,

4,

5688/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

硅基材料優(yōu)缺點(diǎn)

成本安全性納米化硅基材料改性

電壓

比容量倍率性能復(fù)合改性摻雜改性循環(huán)性能庫(kù)侖效率……89/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：納米化(硅納米線陣列)

Cui,

Y.

et

al.

Nat.

Nanotech.

,

3,

3190/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：納米化(硅納米線陣列)91/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：納米化(硅中空納米球)

Cui,

Y.

et

al.

Nano

Lett.

,

11,

294992/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：納米化(中空納米球)93/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：納米化(硅中空納米球)94/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性3：納米化(硅納米片)Yan,

Q.

et

al.

Chem.

Mater.

,

23,

529395/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性3：納米化(硅納米片)96/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性4：納米化(SiO2中空納米方塊)Chen,

Q.

et

al.

Sci.

Rep.

,

3,

356897/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性4：納米化(SiO2中空納米方塊)98/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性4：納米化(SiO2中空納米方塊)Chen,

Q.

et

al.

Sci.

Rep.

,

3,

356899/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：復(fù)合改性(硅-無(wú)定形碳)Wang,

D.

et

al.

Phys.

Chem.

Chem.

Phys.

,

14,

12741100/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：復(fù)合改性(硅-無(wú)定形碳)101/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：復(fù)合改性(硅-無(wú)定形碳)102/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性6：復(fù)合改性(硅-石墨烯)

Guo,Y.

et

al.

Adv.

Energy

Mater.

,

2,

1086103/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性6：復(fù)合改性(硅-石墨烯)104/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性6：復(fù)合改性(硅-石墨烯)105/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性7：復(fù)合改性(硅-銀)Yu,

Y.

et

al.

Adv.

Mater.

,

22,

2247106/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性7：復(fù)合改性(硅-銀)Yu,

Y.

et

al.

Adv.

Mater.

,

22,

2247107/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性7：復(fù)合改性(硅-銀)108/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)錫基材料109/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料種類當(dāng)代能源化學(xué)

錫基材料

錫錫氧化物錫硫化物錫基合金

Sn

SnO2、SnO等

SnS2、SnS等Sn–M(M=Co、Ni、Cu、Fe等)110/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

脫嵌鋰機(jī)制

錫：合金型機(jī)制

Sn

+

xLi+

+

xe-

?

LixSn

(0

≤

x

≤

4.4)(MSn=118.7

g/mol)

理論比容量

=

994

mAh/g

體積改變：~300

%

嵌鋰電位：0.1-0.7

V

脫鋰電位：0.4-0.8

V111/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

脫嵌鋰機(jī)制(1)(2)

SnO2：合金型機(jī)制

SnO2

+

4Li+

+

4e-

→

Sn

+

2Li2O

Sn

+

xLi+

+

xe-

?

LixSn

(0

≤

x

≤

4.4)

理論比容量

=

783

mAh/g

(MSnO2=150.7

g/mol)112/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

脫嵌鋰機(jī)制

SnS2：類似于SnO2脫嵌鋰機(jī)制(1)

(2)SnS2

+

4Li+

+

4e-

→

Sn

+

2Li2S

Sn

+

xLi+

+

xe-

?

LixSn

(0

≤

x

≤

4.4)

理論比容量

=

645

mAh/g

(MSnS2=182.8

g/mol)113/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

錫基材料優(yōu)缺點(diǎn)

成本安全性納米化改性

電壓比容量錫基材料復(fù)合改性倍率性能循環(huán)性能庫(kù)侖效率……114/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：納米化(SnO2中空納米球)Yang,

D.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

B

,

112,

14836115/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：納米化(SnO2中空納米球)

Yang,

D.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

B

,

112,

14836116/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性1：納米化(SnO2中空納米球)

Yang,

D.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

B

,

112,

14836117/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：納米化(SnO2納米管陣列)Du,

N.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

C

,

115,

11302118/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

改性2：納米化(SnO2納米管陣列)ZnOZnO@SnO2SnO2Du,

N.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

C

,

115,

11302119/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性2：納米化(SnO2納米管陣列)Du,

N.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

C

,

115,

11302120/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性3：納米化(SnS2納米片)Cheon,

J.

et

al.

Adv.

Mater.

,

20,

4269121/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性3：納米化(SnS2納米片)122/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性3：納米化(SnS2納米片)123/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性4：復(fù)合改性(錫-無(wú)定形碳)Wan,

L.

et

al.

Adv.

Mater.

,

20,

1160124/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性4：復(fù)合改性(錫-無(wú)定形碳)Wan,

L.

et

al.

Adv.

Mater.

,

20,

1160125/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性4：復(fù)合改性(錫-無(wú)定形碳)Wan,

L.

et

al.

Adv.

Mater.

,

20,

1160Sn

+

xLi+

+

xe-

?

LixSn

(0

≤

x

≤

4.4)126/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：復(fù)合改性(SnO2/無(wú)定形碳)Wu,

P.

et

al.

Nanoscale

,

3,

746127/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：復(fù)合改性(SnO2/無(wú)定形碳)SnSnO2@C128/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性5：復(fù)合改性(SnO2/無(wú)定形碳)SnO2

+

4Li+

+

4e-

→

Sn

+

2Li2O

(1)Sn

+

xLi+

+

xe-

?

LixSn

(0

≤

x

≤

4.4)

(2)129/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

改性6：復(fù)合改性(SnO2/碳納米管+無(wú)定形碳)CNT@SnO2CNT@SnO2@C

Wu,

P.

et

al.

J.

Phys.

Chem.

C

,

114,

22535130/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)131/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)改性6：復(fù)合改性(SnO2/碳納米管+無(wú)定形碳)132/155改性7：復(fù)合改性(SnO2/石墨烯+無(wú)定形碳)鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)Feng,

X.

et

al.

ACS

Nano

,

6,

8349133/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)134/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)過(guò)渡金屬氧化物135/155

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)

種類鈷氧化物鐵氧化物過(guò)渡金屬

Co3O4、CoO等

-Fe2O3、Fe3O4、

-Fe2O3等氧化物鎳氧化物銅氧化物

NiOCuO136/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)脫嵌鋰機(jī)制

Co3O4：轉(zhuǎn)換型機(jī)制

Co3O4

+

8Li+

+

8e-

?

3Co

+

4Li2O(MCo3O4=240.8

g/mol)

理論比容量

=

890

mAh/g

體積改變：~100

%

嵌鋰電位：~1.0

V

脫鋰電位：~2.2

V137/155鋰離子電池及其關(guān)鍵材料當(dāng)代能源化學(xué)脫嵌鋰機(jī)制

Fe2O3：轉(zhuǎn)換型機(jī)制

Fe2O3

+

6Li+

+

6e-

?

2Fe

+

3Li2O

NiO：轉(zhuǎn)換型機(jī)制

NiO

+

2Li+

+

2e-

?

Ni

+

Li2O

CuO：轉(zhuǎn)換型機(jī)制

CuO

+

2Li+

+

2e-

?

Cu

+

Li2