★锂电负极材料快讯★

  2024.01第二期  

 01 

  硅基负极材料  

文章名称：High-areal capacity Si architecture as an on-chip anode for lithium-ion batteries

文章特色：高面积容量硅作为锂离子电池的阳极

文章类型：Article

期刊：Energy Storage Materials

DOI：10.1016/j.ensm.2023.103172

年份：2024-01

通讯作者：Sofiane Abdelouhab, Denis Machon

通讯单位：加拿大舍布鲁克大学

应用领域：锂离子电池

关键词：微型电池；锂离子电池；介孔硅；片上阳极

文章摘要：

硅是锂离子电池最有前途的阳极材料之一，特别是在满足移动和自主设备对微型电池形式的能量存储不断增长的需求方面。然而，这种电池的发展受到硅体积膨胀和固体电解质界面持续生长导致的机械和电化学失效的阻碍。在这项研究中，提出了一种新的片上阳极结构，在多孔硅上使用快速热退火进行处理。该结构由多孔层的各向同性结构之上的致密硅层组成。我们证明，这种结构增强了电化学和机械稳定性，在超过200次循环后实现了9 mAh cm-2的面积容量，并且库仑效率接近100%。

文章示意图

 02 

  硅基负极材料  

文章名称：Recycled solar-grade silicon kerf scraps and sandwiched by tunable porous carbon sheets as commercial anodes

文章特色：回收太阳能级硅切屑夹在可调多孔碳片中作为商业阳极

文章类型：Article

期刊：Journal of Energy Storage

DOI：10.1016/j.est.2023.110164

年份：2024-01

通讯作者：Jian Shi

通讯单位：阜阳师范学院

应用领域：锂离子电池

关键词：商用锂电池；Si/C阳极；可调合成；太阳级硅屑；片状CaCO3；三明治状多孔结构

文章摘要：

为了硅/碳（Si/C）阳极易于商业化，从光伏工业中废弃的太阳级硅屑(SGSKS)被纯化和回收，作为一种经济高效的锂存储硅源。然而，受商业阴极的限制，追求良好的结构完整性和持久的寿命比商业Si/C阳极的超高容量更值得关注，这主要是受硅质量分数和体积膨胀容限的影响。因此，控制硅的质量负载并为体积膨胀提供足够的空隙空间，对于高质量 Si/C 阳极具有重要意义。在此，以片状CaCO3作为模板，SGSKS为原材料，描述了一种高度可调的多孔碳片(PCS/Si)夹层Si/C复合材料的合成方法。通过调节CaCO3和硅的质量比，可以有效控制PCS/Si中硅的质量负载和空隙，以增强结构完整性，延长寿命，同时获得足够的容量满足商业需求。实验结果表明，受益于这种精心设计，优化后的PCS/Si-2复合材料在硅质量负载为30.62 wt%时，在0.2 A g-1时具有853.4 mAh g-1的高容量保持率，并且具有相对较好的结构完整性。此外，使用PCS/Si-2阳极与商用LiCO2阴极相匹配的全电池在0.2 C下表现出103.4 mAh g-1的长循环稳定容量，也可以点亮一排LED灯泡数小时，从而促进了商业化应用潜力。同时，为光伏废弃物的高价值回收再利用，促进资源节约和环境保护提供了另一种有价值的观点。

文章示意图

 01 

  硬碳负极材料  

文章名称：Regulating Graphitic Microcrystalline and Single-Atom Chemistry in Hard Carbon Enables High-Performance Potassium Storage

文章特色：调节硬碳中的石墨微晶和单原子化学用于高性能钾存储

文章类型：Article

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202309509

年份：2023-12

通讯作者： Jin Wang

通讯单位：南京工业大学

应用领域：钾离子电池

关键词：催化热解；硬碳；钾离子电池；单原子

文章摘要：

硬碳 (HC) 由于其可调的层间间距和丰富的空隙以适应K+，已成为钾离子电池(PIB) 最有前途的阳极，引起了相当大的研究兴趣。然而，硬碳的初始库仑效率低、平台电位高，严重阻碍了其实际应用。本文探索了锰离子催化热解策略，以调节硬碳中的石墨微晶结构和局域电子分布，从而大大提高K+平台储存和ICE。系统的实验测量、原位/非原位观察、动力学分析和密度泛函理论计算表明，Mn2+离子的引入可以催化硬碳中短序石墨纳米畴的形成，提供丰富的K+插入，同时通过Mn-N3-C配位结构诱导局部电子分布，实现K+的动态扩散和电子转移动力学。因此，调制后的硬碳在钾半电池结构中表现出高的低电位平台容量、优异的速率能力和高的初始库仑效率。更重要的是，基于碳结构与放电/充电平台的相关性，提出了“吸附-插层”的电荷存储机制。这项工作为高性能PIBs硬碳阳极微观结构调控的基本原理提供了深入的见解。

文章示意图

 01 

  快充负极材料  

文章名称：Origin of fast charging in hard carbon anodes

文章特色：硬碳阳极快速充电的起源

文章类型：Article

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-023-01414-5

年份：2024-01

通讯作者：Yong-Sheng Hu

通讯单位：中科院物理研究所

应用领域：锂/钠离子电池

文章摘要：

电动汽车和电网储能的未来发展在很大程度上依赖于锂/钠离子电池的快速充电能力，但阳极中的石墨存在电镀问题，这促使科学聚焦到储存电位恒定的阳极。本文报道了基于硬碳阳极的安时级别的全钠离子电池在大约9分钟内实现3000次充放电循环。该硬碳负极不仅具有斜坡段电压存储容量，而且在高面积容量下，能够在略高于金属钠析出电位的平台段提供容量，且未观察到金属钠的析出现象。该工作还通过实验和计算技术比较Li和Na在硬碳中的电化学行为，提出了一种依赖于楔形纳米孔尺寸的统一的存储机制，机制类似于金属的欠电位沉积，为硬碳负极中实现快速储存提供了合理的指导。

文章示意图

 02 

  快充负极材料  

文章名称：Surface chemistry induced robust SEI on graphite surface via soft carbon coating enables fast lithium storage

文章特色：通过软碳涂层在石墨表面产生的表面化学诱导坚固SEI实现锂的快速存储

文章类型：Article

期刊：Carbon

DOI：10.1016/j.carbon.2023.118729

年份：2023-12

通讯作者：Jilei Liu，Zhiyong Wang， Peng Gao

通讯单位：湖南大学

应用领域：锂离子电池

关键词：石墨阳极；快速充电；碳涂层；电极-电解质界面；锂离子电池

文章摘要：

利用石墨阳极实现长循环寿命的锂离子电池的快速充电，往往受到石墨表面不可控镀锂的阻碍。本文系统地研究了软碳涂层对SEI性能和Li+存储性能的影响。各种分析研究结合三电极阻抗测量和界面分析表明，碳涂层有效地减缓了石墨表面电阻膜的形成，从而促进了电荷转移和低能垒。深度剖析XPS分析清楚地表明，均匀、坚固且富含LiF的SEI的形成在增强界面动力学方面起着主导作用，体电极中的Li+扩散受到的影响较小。因此，具有碳涂层的石墨负极表现出较好的快速充电性能和循环寿命，在2C-CV下循环100次后的容量保持率为98.3%。这项工作揭示了涂层化学在调节SEI性能和Li+存储性能中的关键作用，为合理设计实用的快速充电石墨阳极提供了有价值的指导。

文章示意图

 01 

  新型电池&负极材料  

文章名称：Dual carbon confined MoS2 hierarchical microspheres as high-performance anode for sodium-ion batteries with superior cycling stability

文章特色：双碳约束MoS2分级微球作为钠离子电池的高性能负极，具有优异的循环稳定性

文章类型：Article

期刊：Journal of Energy Storage

DOI：10.1016/j.est.2023.109801

年份：2023-12

通讯作者： Guoquan Suo

通讯单位：陕西科技大学

应用领域：钠离子电池

关键词：钠离子电池；阳极材料；MoS2；碳核壳结构

文章摘要：

由于能源市场需求的不断增长，钠离子电池（SIBs）作为大规模应用潜在储能设备受到了广泛关注。然而，循环过程中缓慢的动力学和显著的体积膨胀导致SIBs的电化学行为较差。本文制备了一种包含内部硬碳核和外部N掺杂碳壳约束MoS2分层微球（HC@MoS2@NC）纳米复合双碳材料作为SIBs的阳极，具有优异的循环稳定性和良好的倍率性能。双碳约束可以提高MoS2的结构稳定性。双碳具有良好的电子导电性，保证了MoS2负极良好的电池倍率性能。同时，NC插入导致10.09 Å的较大层间距可使MoS2储存更多的Na+。因此，HC@MoS2@NC纳米复合材料在100次循环后在0.1 A g-1下提供了321 mAh g-1的高容量。在2 A g-1的大电流密度下，1000次循环后仍能实现180 mAh g-1的高容量。即使在5 A g-1的较大电流密度下，100次循环后容量仍能保持在162 mAh g-1。

文章示意图

 02 

  新型电池&负极材料  

文章名称：Self-Confinement of Na Metal Deposition in Hollow Carbon Tube Arrays for Ultrastable and High-Power Sodium Metal Batteries

文章特色：用于超稳定和高功率钠金属电池的空心碳管阵列中金属钠沉积自约束

文章类型：Article

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202312750

年份：2024-01

通讯作者：Zheng-Long Xu

通讯单位：郑州大学应用领域：钠金属电池

关键词：Au/HCT-CC；无枝晶；原位透射电镜；金属钠阳极；理论模拟

文章摘要：

钠金属电池有望成为下一代储能技术，其使用能量密集且价格实惠的钠金属作为阳极，但面临不可控的钠枝 晶生长问题。本文在碳布上合理设计了金纳米颗粒@空心非晶碳管/壳阵列（Au/HCT-CC）作为动态宿主。原位透射电子显微镜观察揭示了Au/HCT-CC宿主内受调节的无枝晶 Na 金属电镀/剥离。实验和理论表征证明，中空碳中钠金属沉积的自约束可以进一步稳定电解质/电极界面并均匀化钠离子通量，从而成功地克服了钠金属阳极的障碍。在半电池中循环时，Au/HCT-CC 电极在5 mA cm-2电流下，在2200小时内可提供高达99.96%的库仑效率(CE)。即使在10 mA cm-2和20 mAh cm-2的苛刻循环条件下进行250次循环，仍能保持99.54%的高CE。这些值可与文献中提出过的钠金属阳极电化学性能相媲美。最后，通过在 Na3V2(PO4)3@C||Na-Au/HCT-CC 全电池中循环超过900次循环，以极低的容量衰减率(每循环0.017%)证明了新阳极的实际可行性。

文章示意图