锂离子电池硅基负极材料表面和界面调控的研究进展

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.04.008

辽宁石油化工大学学报 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (4): 49-58.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2020.04.008

锂离子电池硅基负极材料表面和界面调控的研究进展

张莉¹，赵学波^1,2

1.中国石油大学（华东）化学工程学院，山东青岛 266580； 2.齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学院，山东济南250353

收稿日期:2020-06-01 修回日期:2020-06-26 出版日期:2020-08-28 发布日期:2020-09-15
通讯作者: 赵学波（1965⁃），男，博士，教授，博士生导师，从事金属有机框架材料的合成、气体储存与分离、催化加氢催化材料、锂/钠离子电池及超级电容器电极材料等方面的研究；E⁃mail：zhaoxuebo@upc.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目（21975286）；山东省“泰山学者”项目（ts201511017）。

Research Progress in Surface and Interface Control of Silicon⁃Based Anode Materials for Lithium Ion Batteries

Zhang Li¹， Zhao Xuebo^1,2

1.College of Chemical Engineering，China University of Petroleum，Qingdao Shandong 266580，China； 2.College of Materials Science and Engineering，Qilu University of Technology（Shandong Academy of Sciences）， Jinan Shandong 250353，China

Received:2020-06-01 Revised:2020-06-26 Published:2020-08-28 Online:2020-09-15
Supported by:
张莉（1990?），女，博士研究生，从事高性能锂离子电池硅基负极材料的制备与电化学性能的研究；E?mail：b17030128@s.upc.edu.cn。

摘要/Abstract

摘要： 在锂离子电池众多负极材料中，硅具有超高的理论比容量（4 200 mA·h/g）和较低的嵌锂电位（约为0.4 V vs Li/Li+），是制备高能量、高功率锂离子电池理想的负极材料。然而，在嵌/脱锂过程中，硅负极巨大的体积变化造成电极材料严重的结构破坏和快速的容量衰减。梳理了硅作为锂离子电池负极材料的储锂机制、结构演变、界面反应和动力学行为等方面的研究，总结了表面和界面改性在锂离子电池硅基负极材料中应用的最新进展，阐述内容主要包括硅电极的表面修饰、电解液的优化和黏结剂的开发等，并对硅负极材料表面和界面改性进行了展望。

关键词: 锂离子电池, 硅负极, 表面修饰, 界面优化

Abstract: Among the anode materials, silicon is an ideal anode material for high⁃energy and high⁃power lithium ion batteries because of its exceptionally high theoretical capacity (4 200 mA·h/g) and low operation potential (~0.4 V vs Li/Li+). However, the huge volume change of silicon anode material during Li+ insertion/extraction processes causes serious structural damage and rapid capacity decay. In this paper, the lithium storage mechanism, structure evolution process, interface reaction and dynamic behavior of silicon anode material were explored. The recent progress of surface and interface modification methods, focusing on silicon electrode surface modification, electrolyte optimization and binder development, and their applications in lithium⁃ion batteries were reviewed. Challenges and perspectives about the future development of the surface and interface control of silicon anode were proposed.

Key words: Lithium ion battery, Silicon anode, Surface modification, Interface optimization

张莉, 赵学波. 锂离子电池硅基负极材料表面和界面调控的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(4): 49-58.

Zhang Li, Zhao Xuebo. Research Progress in Surface and Interface Control of Silicon⁃Based Anode Materials for Lithium Ion Batteries[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2020, 40(4): 49-58.

[1]	解自奇, 谭玉婷, 赵妮, 周明东, 颜文超. Mg²⁺掺杂对富锂层状氧化物材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(2): 22-28.
[2]	周嘉琪, 杨思然, 艾绯雪, 赵桂艳, 毕研峰. Co₉S₈@CNFs复合材料的制备及其在锂离子电池的应用[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(6): 21-27.
[3]	荀瑞, 王利娟. 聚苯胺包覆钛酸锂锌负极材料的制备及表征[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(1): 1-6.
[4]	韩旭，王利娟，毕研峰. 硫化钴锂离子电极材料的制备和应用研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(5): 1-12.
[5]	梁纪灵，王立群，刘丽娟，田莉，张伦秋，王卫强. 硅烷偶联剂对Fe3O4@SiO2的表面修饰及性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(6): 21-26.
[6]	康晓雪,于雪飞,杨占旭. L i F e 1-yMg yP O4的制备及电化学性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2015, 35(5): 5-9.
[7]	杨占旭，宋之林，乔庆东，任铁强，孙　悦，李　琪. 共沉淀法制备ＬａＦ_３表面修饰ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２及性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2012, 32(2): 5-7.
[8]	杨占旭,乔庆东. 高温固相法合成尖晶石型Li4Ti5O12及其性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2011, 31(2): 1-3.

锂离子电池硅基负极材料表面和界面调控的研究进展

Research Progress in Surface and Interface Control of Silicon⁃Based Anode Materials for Lithium Ion Batteries

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 8

编辑推荐

Metrics