新能源材料的在制作二次电池中的应用

碳材料是当前研究最热的材料之一，在当前新能源材料上，C纳米材料是备受关注的研究材料之一，主要的碳材料包括石墨烯以及一维碳纳米材料。

石墨烯是目前应用最广泛的碳负极材料。

但其有与溶剂的相容性差，大电流充放电性能不稳定，首次充放电造成锂与溶剂分子的共嵌入，使石墨层发生剥落，在循环过程中，锂离子的反复嵌入和脱出引起石墨的膨胀和收缩，可能引起单个石墨颗粒和其他石墨颗粒接触不良，形成一个个孤岛，难以进行充电，从而降低了循环充放电性能等问题，然而纳米碳管的掺杂可以弥补石墨材料的不足，纳米碳管可以起到桥梁的作用，使石墨颗粒得以很好地连接，避免孤岛的形成，从而提高了循环性能，纳米碳管的加入还可提高负极材料的嵌锂容量，作为掺杂体纳米碳管更易于发挥它的特点。

Yoo 等[1]研究了石墨烯应用于锂离子二次电池负极材料中的性能, 结果表明其比容量可以达到540 mAh·g-1; 进一步的研究发现, 储锂容量与石墨烯层间距有关, 通过掺入一些物质如CNTs 或者C60等, 可以改变石墨烯的层间距, 从而改变其比容量,如当加入CNTs和C60 后, 其比容量可分别高达730和784 mAh·g-1。

纳米碳纤维的特殊结构，使它不仅具有气相生长碳纤维的特点，而且在性能和应用等方面又与纳米碳管相似[3]，不仅可以直接作为负极材料，也可以作为掺杂体在电极中使用。

与纳米碳管相比纳米碳纤维的制备更易于产业化。

这使其作为锂离子蓄电池负极材料和掺杂体具有很高的实用价值。

M-Endorsement[4]研究了石墨化后的纳米碳纤维作为锂离子蓄电池负极材料的充放电性能, 其第一次循环的放电量为283mAh/g,循环效率为77%,与直径为2um 的普通碳纤维相比，比容量有显著的提高Tatsumi等[5]用气相生长的纳米碳纤维截断为长约10um的材料作锂离子蓄电池的负极材料!结果表明比容量有很大的提高。

纳米碳管，将它单独作为锂离子蓄电池负极材料的研究很多，但是其嵌锂机理及电位滞后等现象的解它释还有待进一步的研究，现在普遍认为纳米碳管的结构中存在多个嵌锂位置，即在不同的电位下，锂离子都能嵌入到纳米碳管中，而电位滞后现象主要是由于间隙碳原子的存在引起的，较大的首次不可逆容量是由于纳米碳管的比表面积很大并存在着大量的含氧基团。

能源研究与管理2021（1）开发与应用收稿日期：2021-12-13基金项目：江西省科学院科研开发专项基金博士项目（2020-YYB-10）第一作者：黎建刚（1990—），男，助理研究员，博士，主要从事新能源技术开发。

E-mail ：jiangangli@摘要：金属-有机框架（MOFs ）衍生结构，作为能量存储和转换领域的热点材料，对其在二次电池电极材料中的应用现状及其发展趋势进行综述，可为开发高效二次电池电极材料提供科学指导。

在此，详细论述MOFs 衍生结构在锂离子电池、锂氧电池、锂硫电池、锂-硒电池、钠离子电池和锌空电池等为代表的新一代的二次电池系统设备中的应用及其研究现状，并针对相关二次电池涉及的具体电化学原理进行概述。

研究发现，通过针对不同种类二次电池其特定的结构特性来指导MOFs 衍生材料的设计，可获得综合电化学性能提升的高效功能材料。

与此同时，MOFs 衍生材料的几何结构和成分组成与其相应电化学活性之间的“构-效”关系仍然不明，电化学能量存储和转化过程中的基本机理解释尚不完善，因此，还需不断深入研究，以实现新型二次电池的商业化应用。

关键词：金属-有机框架；衍生结构；可充放电池；电极功能材料中图分类号：TM912文献标志码：A文章编号：2096－7705（2021）01－0078－05LI Jiangang,LI Qin,TANG Hongmei,ZAN Cong,DENG Tonghui（Energy Research Institute of Jiangxi Academy of Science,Nanchang 330096,China）Metal-organic frameworks (MOFs)derivatives have been seen as the hot materials in the field of energy storage andconversion.To summary their application status and development trends in rechargeable battery electrode materials,which can provide the scientific guidance for the development of high-efficiency electrode materials.Here,the application of MOFs derivatives on the aspect of electrode materials of lithium-ion batteries,lithium-oxygen batteries,lithium-sulfur batteries,lithium-selenium batteries,sodium-ion batteries,zinc-air batteries and other novel secondary battery system equipment were represented,and the involved specific electrochemical principles in related rechargeable batteries also been summarized.It was found that by guiding the design of MOFs derivatives with the specific structural characteristics of different types of rechargeable batteries,the highly efficient functional materials with improved overall electrochemical performance can be obtained.Meanwhile,the "configuration-activity relationship"between the geometric structure and composition of MOFs derivatives and their corresponding electrochemical activity is still unclear.The fundamental mechanism explanation in the process of electrochemical energy storage and conversion is not yet complete.Therefore,it is still necessary to keep continue in-depth research to realize the commercial application of the novel rechargeablebatteries.metal-organic frameworks;derivative;rechargeable battery;electrode functional materialsDOI ：10.16056/j.2096-7705.2021.01.015MOFs 衍生结构在新型二次电池电极材料中的应用黎建刚，李琴，唐红梅，詹聪，邓同辉（江西省科学院能源研究所，南昌330096）78··能源研究与管理2021（1）开发与应用引言经济的快速增长以及人口数量的爆发式增加，导致化石类能源的过度消耗，并次生出严重的环境气候问题，可再生能源的开发与可持续存储技术的发展，为上述危机的应对提供了有效解决方案[1]。

氟化锂电池技术在新能源汽车中的应用随着新能源汽车的兴起，电池技术的发展也进入了一个新的阶段。

作为目前应用最为广泛的电池类型之一，氟化锂电池在新能源汽车领域也得到了广泛的应用。

本文将从氟化锂电池的组成结构、优势和应用案例三个方面探讨氟化锂电池技术在新能源汽车中的应用。

一、氟化锂电池的组成结构氟化锂电池又称为锂氟电池，它是由正极材料、负极材料、电解质、隔膜和其他附件组成的二次电池。

在氟化锂电池中，正极材料为氟化钴锂（LiCoF6），负极材料为石墨、碳纳米管等碳质材料。

电解质为含有氟元素的有机电解液，常用的有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸乙酯、丁腈等。

在电解液的带动下，锂离子在正负极之间交换电子，使电池产生电能。

二、氟化锂电池在新能源汽车中的优势1. 高能量密度：氟化锂电池的能量密度高，可达到250Wh/kg 以上，相较于铅酸电池、镍氢电池和磷酸铁锂电池等电池类型，能够在保证车辆续航里程的前提下减轻电池组的重量。

2、长寿命：氟化锂电池内部的化学反应比较稳定，使用寿命相对较长，一般可保证2000次以上的充放电循环次数。

3、低自放电：氟化锂电池具有低自放电特性，即在长期未使用状态下不会很快失去电荷，这也就意味着使用氟化锂电池组的新能源汽车驻车时间相对较长。

4、环保：相比传统的铅酸电池而言，氟化锂电池的化学反应产物为氟酸根离子和锂离子，对环境的污染更小。

三、氟化锂电池在新能源汽车中的应用案例随着氟化锂电池技术的不断成熟，越来越多的新能源汽车开始采用氟化锂电池组。

以下是几个应用案例：1、特斯拉Model S：作为目前市场上续航里程最长的新能源汽车之一，特斯拉Model S采用了锂离子电池组，其中包括了氟化锂电池。

2、比亚迪e6：比亚迪e6是一款全球领先的纯电动商务车型，采用两个18650蓝宝石电池组成的高电压电池，其中一组采用氟化锂电池。

3、戴姆勒Smart ED：Smart ED作为一款城市电动车，采用了氟化锂电池组，具有较小的车身尺寸，适合城市道路使用。

新能源材料的研究与应用概况在当今环保意识日益提高的时代背景下，新能源的研究和应用越来越受到人们的关注。

而新能源材料则是新能源技术发展的重要基础和关键领域。

本文将从新能源材料的定义、研究现状以及应用前景等方面进行探讨。

一、新能源材料的定义新能源材料是指被用于新能源领域，可将天然能源（如太阳能、风能、水能等）转化为电能、热能、化学能等可用形式的材料。

这些材料的特征是具有高效、高稳定性、低成本、生态友好等特性，其主要特征是在转换的过程中，减少或不产生污染物。

一般来说，新能源材料包括能源转换材料、能量存储材料和能源利用材料三种类型。

能源转换材料：能源转换材料是指根据自然能源的源头进行能量转换的材料。

如光伏材料（硅、硒、铜铟镓硒等）、生物质材料、热俘获材料等。

能量存储材料：能量存储材料是指在能源利用的过程中，用于能量暂时储存和释放的材料。

如电池材料（二次电池材料、金属空气电池材料、异质结电池材料等）、超级电容器材料、压缩空气储能材料等。

能源利用材料：能源利用材料是指在能源利用的生产、传输、转换和消耗等过程中所使用的材料。

如航空航天材料、新型燃料电池材料、传热材料等。

二、新能源材料的研究现状目前，在新能源材料领域，国内外各大科研机构和企业都在积极推进相关的研究和开发工作。

其中，太阳能、储能材料、燃料电池等是目前国内外研究较为广泛的领域。

1.太阳能材料太阳能作为新能源的代表，一直是研究的热点。

当前，针对太阳能的转换和储存，科学家们已经提出了多种替代方案，如基于低成本、高效率的有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。

有机太阳能电池：有机太阳能电池是一种基于有机分子材料的太阳能电池。

与传统的硅基太阳能电池不同，有机太阳能电池依靠分子之间的相互作用来转换光能。

这种电池具有重量轻、使能够弯曲等特点，是一种崭新的太阳能转换方式。

当前，该领域的相关研究已经取得了很大的突破，有机太阳能电池的转换效率已经达到了20%以上。

钙钛矿太阳能电池：钙钛矿太阳能电池是近年来新出现的一种太阳能电池。

干法磷酸铁锂
干法磷酸铁锂
干法磷酸铁锂是一种高新技术材料，是锂离子电池领域中常用的正极
材料之一。

它是以锂铁矿石为原料，在高温高压的环境下通过干法处
理方法制备而成。

干法磷酸铁锂逐渐广泛应用于电动车、电动自行车
以及存储储能设备等领域，成为当今新能源领域发展的重要组成部分。

一、制备过程
干法磷酸铁锂制备过程中，首先需要将原料进行破碎、碳热还原、灼烧、水化等步骤，将锂、铁、磷三种元素分离出来。

接着将分离出来
的磷酸盐和氢氧化铁混合，并在加热状态下进行反应，最终通过煅烧、干燥等工艺得到干法磷酸铁锂。

二、应用领域
在新能源产业快速发展的当下，干法磷酸铁锂作为一种新型材料得到
了广泛的应用。

它被广泛应用于电池行业、二次电池行业以及其他储
能设备领域。

相较于其他锂离子电池材料，干法磷酸铁锂的具有能量
稳定，循环寿命长，安全性高的优点；因此，它成为了电动车、电动
自行车、纯电动轿车等领域的主流电池材料。

三、发展趋势
干法磷酸铁锂作为一种新型材料，具有良好的性能和广泛的应用前景，因此得到了各大电池厂商的研究和开发。

未来，人们预计干法磷酸铁
锂将继续在电池行业中扮演重要角色，它的市场规模将会更加巨大。

同时，人们还将会研究和探讨更多针对干法磷酸铁锂的应用，推动其
向更广泛的领域应用。

四、结语
干法磷酸铁锂是一种应用前景广阔的新型材料，其研发和应用正是应
对新能源快速发展的经验之一。

未来，干法磷酸铁锂将会有更好的应
用发展前景，成为锂离子电池领域必不可少的一部分。

新能源材料与技术创新随着现代人类社会的发展，人们对于能源的需求也逐渐不断增长。

然而，随着传统化石燃料供应日趋稀缺，其所带来的环境污染和越来越高的价格也使得人们开始逐渐关注起新能源的开发应用。

新能源作为一种替代传统能源的可持续性能源形式，已经逐渐发展成为了当前全球能源领域发展的热点。

而新能源材料和技术创新，则扮演了新能源开发应用的核心角色。

一、新能源材料的概念与类别新能源材料是指用于生产新型能源产品或应用于新能源领域的一种材料，它不仅能够为能源转换提供支撑，同时还要具备轻量、低成本、高效率等要求。

新能源材料的主要类别如下：1. 太阳能材料太阳能是全球最广泛、最丰富的动力能源之一，而太阳能电池就是将太阳能转换成电能的重要设备。

太阳能材料就是用于制造太阳能电池的材料，比如硅片、碳纤维、石墨烯等。

2. 燃料电池材料燃料电池是利用氢气作为燃料，通过氧化还原反应产生电能的一种环保型电池。

燃料电池材料则是用于制造燃料电池的材料，包括阳极、阴极、电解质等。

3. 二次电池材料二次电池是利用化学反应将电能储存，再通过化学反应释放电能的装置。

二次电池材料是用于制造二次电池的材料，包括正负极活性材料、电解液、膜隔板等。

4. 氢储存材料氢储存材料是指用于储存氢气的材料，是氢能领域研究的重要方向之一。

例如，金属-有机框架化合物、氢气吸附材料等。

二、新能源技术创新的发展新能源技术创新是指新能源领域中，基于新能源材料、新能源装备、新能源管理等方面的技术创新。

新能源技术创新目前主要有以下四个方向：1. 太阳能技术创新太阳能是一种绿色、无污染的能源，其技术创新已经发展到了微型化、高效化的阶段，如有机柔性太阳能电池、高效钙钛矿太阳能电池、多染料敏化太阳能电池等，这些技术的推广应用将会进一步加速太阳能产业的发展。

2. 风电技术创新风能资源是非常丰富的，随着风电技术创新的不断进步，全球风电装机容量增速也越来越快。

风电技术创新的方向之一是提高风电利用率，包括提高风电组件的效率和维修可靠性、降低风电成本等。

《能源材料与器件综合实验》1.课程编号1000963092.课程名称能源材料与器件综合实验3.高等教育层次（本科）4.课程在培养方案中的地位：课程性质（必修）对应于新能源材料与器件专业，属于Bs专业课程基本模块。

5.开课学年及学期建议第四学年、第七学期6.先修课程（a必须先修且考试通过的课程，b必须先修过的课程，c建议先修的课程）c材料物理与化学、材料表征的近代物理技术、化学电源设计、现代仪器分析技术7.课程总学时64，学分28.课程教学形式（0普通课程）9.课程教学目标通过本课程的教学，使学生在具备根据电化学器件的性能要求来制备能源材料、设计器件结构的能力，并能够运用生命周期的方法，对失效的材料进行资源化利用。

1.通过课程学习，使学生使学生知悉能源材料与电化学器件的概念、意义，理解若干经典和现代化学电源、物理电源的基本原理，知悉和理解不同类型化学电源在国民经济中各自的适用范围、优缺点、应用实例等，了解能源材料与器件对于社会经济的发展和对于军民融合技术所具有的重要作用。

2.通过课程学习，使学生具备根据二次电池目标需求来进行能源材料的设计、选择与合成的基本能力，能够针对不同类型和功用的二次电池，选取恰当的结构组成和实现途径；能够针对失效材料选取恰当的回收利用途径。

3．通过课程学习，使学生掌握典型的二次电池及其关键材料的制备、组装、分析方法，掌握典型失效材料的资源化利用途径，并进行实践，拥有对能源材料、电化学器件进行测试和进行有效分析的能力，形成团队协作的精神，4. 能够综合运用材料设计和器件设计的原则，结合可持续发展的基本要求，运用生命周期分析来提出合理的解决方案，具备对能源材料与器件进行合理表征、描述、分析、判断的素养，并实现对材料与器件的再循环。

备注：课程的每一个教学目标对应需考核的一项知识能力点，上表中的四种表述形式是对知识能力点的不同掌握层次。

10.教学内容、学时分配、与进度安排11.考核与成绩评定：平时成绩、期末考试在总成绩中的比例，平时成绩的记录方法。

石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用田晓鸿（西安航空职业技术学院，西安710089）摘要：新能源汽车锂离子电池对于负极材料的节能环保性要求较高，而石墨烯作为新型的碳材料，因低成本、高性能而成为新型的负极材料，而针对氧化石墨法制备流程复杂、存在污染性，且制成的微米级团聚颗粒石墨烯电化学性能受限问题，文章采用机械液相剥离的规模化制备工艺，将石墨烯与石墨复合制备成石墨烯复合材料，通过实验方法测定其作为锂离子电池负极材料的电化学应用性能，结果表明与石墨复合后，可有效优化石墨烯负极材料的使用性能，更好的满足新能源汽车发展要求。

关键词：石墨烯；负极材料；电化学性质；锂离子电池中图分类号：U469.72；TM912文献标识码：A文章编号：1001-5922（2021）01-0183-04 Preparation of Graphene and Its Application as Anode Materials for Lithium Ion Batteries of New Energy VehiclesTian Xiaohong（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi'an710089，China）Abstract：New energy automobile lithium-ion battery has high requirements for energy-saving and environmental protection of anode materials.Graphene,as a new carbon material,has become a new type of anode material due to its low cost and high performance.However,in view of the complicated preparation process of the graphite oxide method,the presence of pollution,and the limited electrochemical performance of the micron-sized agglomerated particles,this paper adopts the large-scale preparation process of mechanical liquid phase exfoliation to prepare graphene and graphite composites into Graphene composite material,through the experimental method to determine its electrochemical application performance as a lithium-ion battery anode material.The results show that the per⁃formance of graphene anode material can be effectively optimized after compounding with graphite,which can bet⁃ter meet the development requirements of new energy vehicles.Key words：graphene;anode material;electrochemical properties;lithium ion battery0引言随着电动汽车技术及保有量的不断发展，为实现节能减排的目的，对锂离子电池制备及使用性能提出了更高的要求。