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硅基锂离子电池负极材料
  • ISSN号:1005-281X
  • 期刊名称:《化学进展》
  • 时间:0
  • 分类:O613.7[理学—无机化学;理学—化学] O646.21[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室材料电化学过程与技术北京市重点实验室,北京100029
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(No.51272019,51272016);北京市优秀博士学位论文基金项目(No.YB20121001001)资助
中文摘要:

硅是目前已知比容量(4200 m Ah·g-1)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(>300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层(SEI),最终导致电化学性能的恶化。本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理,总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中巨大体积效应的相关工作,并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法、电化学性能和相应机理,重点介绍了硅炭复合材料。另外,介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机理。最后,对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景。

英文摘要:

Silicon has the highest theoretical capacity (4200 mAh·g-1) when used as the anode material for lithium-ion batteries. But the severe volume change ( 〉 300% ) during Li + insertion/extraction processes results in the structural destruction, which further leads to the loss of electrical contact between active materials themselves or active materials and the current collectors. Moreover, the new solid electrolyte interphase (SEI) continually forms on the surface of silicon. All of these problems cause capacity attenuation as well as the poor cycling and rate performance for silicon-based anode materials. In this review, the lithium-storage and capacity fading mechanisms of silicon-based materials for lithium-ion batteries are summarized. To overcome the severe volume change during charge/discharge, selection and structure design of silicon material are introduced. Synthetic routes, electrochemical performance and possible mechanisms of typical silicon-based composite materials, especially various silicon/carbon composite materials, are discussed. An overview of several novel fabrication techniques of the electrodes for improving the electrochemical performance of silicon-based anode materials and their possible mechanisms are given. Challenges and perspectives of silicon-based anode materials are also proposed and discussed.

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期刊信息
  • 《化学进展》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院基础研究局 化学部 文献情报中心
  • 主编:
  • 地址:北京中关村四环西路33号
  • 邮编:100080
  • 邮箱:scinfo@mail.las.ac.cn
  • 电话:010-82627757
  • 国际标准刊号:ISSN:1005-281X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-3383/O6
  • 邮发代号:82-645
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:21655