高稳定性水系锌离子电池正极材料MnO2@MgO的制备与性能

采用共沉淀法和热分解法合成了具有核壳结构的MnO2@MgO微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料进行表征,结果发现包覆MgO不改变MnO2的结构,包覆层由纳米颗粒组成,厚度约为50 nm。电化学性能结果显示,包覆后材料的放电比容量明显提高,在100 mA·g^-1电流密度下,最大放电比容量为274.3 mAh·g^-1,比未包覆材料提高了12.8%。在1000 mA·g^-1电流密度下经过500次循环后,包覆后材料的放电比容量保持率高达84.1%,表现出优异的循环稳定性。MgO包覆层的存在避免了MnO2与电解液之间直接接触,抑制了电极材料在充放电过程中锰的溶解,从而显著提高MnO2的循环性能。     

多元醇还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4

以三甘醇为还原剂,Li2CO3和三价铁源FePO4为原料,通过多元醇还原法在低于300℃下直接制备了结晶良好的纯相LiFePO4,无须后续热处理。0.1C首次放电比容量为140.5mAh·g-1。为了进一步改善纯相LiFePO4的电导率,以聚乙烯醇为碳源,在700℃下热处理进行了碳包覆改性,获得了LiFePO4/C复合正极材料。合成的LiFePO4/C在0.1C下放电容量为155mAh·g-1,5C倍率下放电比容量保持在125mAh·g-1,具有很好的倍率性能和循环稳定性。     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

铁基普鲁士蓝正极的制备及电化学储钠性能

通过引入抗氧化剂(抗坏血酸)和配位剂(柠檬酸钠),采用共沉淀法在室温下制备出了高钠含量、低缺陷的铁基普鲁士蓝材料。由于高的钠含量和低的晶体缺陷,该材料在0.1C时容量可达110.0 mAh·g^-1。除了普鲁士蓝材料独特的开放框架结构,其多边界结构和低的缺陷,使该材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。在10C大电流下,容量仍有86.6 mAh·g^-1,1C电流下经过1300次循环,容量保持在90.1 mAh·g^-1,容量保持率达到86.9%。     

AlF3包覆对Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2正极材料电化学性能的影响

通过共沉淀法制备锂离子电池富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2,并对其进行AlF3包覆。实验结果表明,通过AlF3包覆,材料的电化学性能得到明显提高。在0.2C下,包覆前材料的首次放电比容量为253 mAh.g-1,首次充放电效率仅为88.8%。经过AlF3包覆,材料的首次放电比容量提高到294 mAh.g-1,首次充放电效率高达96.4%。同样,在1.0C下循环50次,未包覆材料的放电比容量由225 mAh.g-1降到185 mAh.g-1,容量保持率仅为82.2%。经过AlF3包覆,材料的放电比容量由230mAh.g-1仅降为222 mAh.g-1,容量保持率高达96.5%。     

导电氧化物AZO对尖晶石型LiMn_2O_4高温性能的改善及研究

采用溶胶凝胶法对尖晶石型LiMn2O4正极材料进行铝掺杂氧化锌(AZO)包覆改性,并通过XRD、SEM、EDS、TEM、EIS、ICP-AES和充放电测试等手段对其结构,形貌及电化学性能进行表征。研究结果表明,AZO包覆层有效的阻止了LiMn2O4颗粒和电解液的直接接触,抑制了高温下锰溶解,明显改善了LiMn2O4的高温循环性能。1.5wt%AZO包覆的LiMn2O4正极材料在高温(55℃)1C时,首次放电比容量为114 mAh·g-1,经过100次循环后,容量保持率仍高达95.4%,远高于未包覆LiMn2O4的70.6%。此外,1.5wt%AZO包覆的LiMn2O4表现出了优越的大倍率放电性能,在10C下放电比容量能达到99 mAh·g-1。     

高容量正极材料0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2的合成与电化学性能研究

在恒定pH值下将层状钴铝双羟基复合金属氧化物(CoAl-LDH)均匀包覆在球状Ni(OH)2表面,与LiOH.H2O混合均匀后,经高温煅烧制得钴铝酸锂包覆镍酸锂0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2正极材料.电化学测试表明,0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2正极比容量高,具有良好的倍率性能和循环寿命,其0.1C放电比容量为211 mAh·g-1,0.5C放电比容量为195.6 mAh·g-1,3C放电比容量为161 mAh·g-1,0.5C 30周期循环后容量保持率为93.2%,明显优于LiNiO2和钴酸锂包覆镍酸锂0.08LiCoO2-0.92LiNiO2正极.     

锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的制备及电化学性能

以球磨结合焙烧的方法制备锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.XRD、EIS表征及以该材料作正极的恒电流循环测试表明,所得产物为晶体结构发育良好的单斜晶系Li3V2(PO4)3.在0.1C、0.25C和0.5C倍率下,首次放电比容量分别为150.6、134.1和107.1mAh·g-1.0.25C循环130周后容量保持率为87.3%,而0.5C循环105周后容量保持率仍达到87.2%.锂离子在材料中的嵌入、脱出伴随明显的两相转变过程.电荷传递阻抗和SEI膜阻抗是影响材料倍率性能的主要因素.     

碳包覆硅/石墨复合材料的制备及其电化学性能

本文以工业硅粉(600目)为原料,通过高能球磨和热解包碳方法制备了碳包覆纳米硅,在此基础上采用简单的机械球磨方法制备了碳包覆/石墨复合材料,并系统研究了碳包覆量及硅/石墨比例对碳包覆硅/石墨复合材料电化学性能的影响.与商业纳米硅粉/石墨复合材料相比,工业硅粉/石墨复合材料的循环性能及倍率性能均得到改善.通过高能球磨和热处理法得到的碳包覆材料为无定形碳和晶态硅材料的复合,所获碳包覆硅材料一次颗粒的粒径在100～200 nm左右.碳包覆量对材料的电化学性能有着重要影响,Si/C-2-1复合材料表现出高的可逆比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,在0.1C倍率下,可逆比容量高达492.6 mA h·g~(-1),循环100周后容量保持率达85.8%,1C电流密度下放电比容量达369.7 mAh·g~(-1),为0.1C的73.9%.提高碳包覆硅/石墨复合材料中硅含量的比例可以提升其比容量,当硅含量达到20%时,Si/C-2-3复合材料在0.1C倍率下可逆比容量达到600.4 mAh·g~(-1),但材料循环性能有所下降,说明石墨在稳定硅/碳复合材料循环性能方面发挥着非常重要的作用.     

普鲁士蓝正极材料的离子交换法制备及电化学储钾性能

采用氯化钾(KCl)和钠基普鲁士蓝(NPB)材料Na2-xMn[Fe(CN)6]z·yH2O为原料,通过离子交换法制备了掺钠钾基普鲁士蓝(NKPB)材料K1.9Na0.1Mn[Fe(CN)6]·0.4H2O。电化学测试表明,与用传统共沉淀法制备的钾基普鲁士蓝(KPB)材料K1.85Mn[Fe(CN)6]0.98□0.02·0.7H2O(□代表[Fe(CN)6]空位)相比,采用离子交换法制备的NKPB具有更高的容量(0.1C首次放电容量达136.3 mAh·g^-1)、较好的循环稳定性(0.5C经过100次循环,容量保持率为96.1%)和优异的倍率性能(5C和10C容量分别为87.6和68.4 mAh·g^-1)。NKPB优异的电化学性能与其高的钾含量、完整的晶体结构、钠离子掺杂、纳米级的颗粒尺寸,以及独特的开放框架结构有关。     

B掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的制备及长循环电化学性能

采用固相燃烧法制备了单晶多面体尖晶石型LiMn1.94B0.06O4正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及充放电测试等手段,对其晶体结构和电化学性能等进行了表征。结果表明,B掺杂没有改变尖晶石型LiMn2O4的晶体结构,促进了(440)和(400)晶面的优先生长,形成了高暴露的(111)晶面及少部分(110)和(100)晶面的单晶多面体LiMn1.94B0.06O4晶粒,减少了Mn的溶解和提供了更多的锂离子扩散通道,其晶粒尺寸在160~350 nm之间。在10C、25℃的条件下,LiMn1.94B0.06O4电极的首次放电比容量可达到103.0 mAh·g^-1,2000次循环后,表现出较好的容量保持率(57.7%);在15C高倍率下,LiMn1.94B0.06O4仍然保持了67.1 mAh·g^-1的首次放电比容量,1500次循环后,仍能维持46.2%的容量保持率;在1C、55℃的条件下,其初始放电比容量高达125.2 mAh·g^-1,表现出良好的高温性能。B掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn2O4的高倍率性能和循环寿命,稳定晶体结构,抑制Jahn?Teller效应和缓解Mn的溶解。     

高镍系正极材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2的制备及性能表征

以镍钴氢氧化物为原料,采用异丙醇铝水解法合成Ni0.88Co0.07Al0.05(OH)2,将前驱体与锂源充分混合,通过3种烧结条件制备出球形LiNi0.88Co0.07Al0.05O2正极材料,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。研究表明,在500℃下保温3 h、700℃下保温14 h的条件下合成的LiNi0.88Co0.07Al0.05O2具有良好的综合电化学性能,0.2C放电比容量达192.2 mAh·g^-1,首次充放电效率为81.6%,1C放电比容量为190.7 mAh·g^-1,100周后放电比容量为141.1 mAh·g^-1,容量保持率达到73.4%。     

Sol-gel法制备的LiTi2-xMnx(PO4)3@C复合纳米材料及其储锂性能

通过简单的溶胶-凝胶方法成功合成一系列Nasicon型LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.02,0.05,0.08和0.1)。掺入异价元素锰增大了LiTi2(PO4)3的晶格参数,从而扩大Li^+的传输通道,并降低了电化学阻抗。同时材料的表面包覆均匀的导电碳层以提高电子的传输速率。所有复合材料通过粉末X射线衍射仪及透射电子显微镜进行表征。LiTi1.92Mn0.08(PO4)3@C作为锂离子电池正极材料表现出最佳的电化学性能。在0.1C倍率下,电池循环150次后放电容量高达145 mAh·g^-1,增大至5C倍率下首次充放电达到132mAh·g^-1。优异的电化学性能可归因于掺杂提高了锂离子扩散系数及包覆碳材料降低了传荷阻抗。     

热处理对富氮碳纳米纤维结构及储锂性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)为原料,经静电纺丝、稳定化和碳化,制备了碳纳米纤维(CNFs)。系统地研究了氮的种类及含量对锂离子电池(LIBs)中Li+的储存性能和负极容量的影响。碳化过程中纤维从无定形碳向石墨化碳结构转变,含氮官能团减少,结构的变化对Li+在CNFs电极中的存储位置有很大的影响。结果表明,Li+不仅可以存储在石墨化碳层之间,还可以存储在氮功能化引起的缺陷部位,后者主要是由于碳材料的氮掺杂而使LIBs的电化学性能改善。碳化温度为600℃时,可以产生足够高的氮含量,从而提高电极的容量。在电流密度为0.1 A·g^-1时,循环200次之后比容量高达560 mAh·g^-1,即使在1 A·g^-1的高电流密度下,循环1000次比电容量仍然保持在200 mAh·g^-1。     

三维钴基MOF[KCo7(OH)3(ip)6(H2O)4]·12H2O作为超级电容器的高容量电极材料

为了开发较高能量密度的超级电容器,我们通过简单的溶剂热反应合成了一种三维的钴基金属有机框架(MOF)化合物([KCo7(OH)3(ip)6(H2O)4]·12H2O,Co?ip;ip=间苯二甲酸根),并考察了其作为超级电容器电极材料的性能。Co?ip电极显示出高比电容、良好的循环稳定性和优良的倍率性能。在1 mol·L^-1 KOH溶液中,电流密度为1 A·g^-1时,其最大比电容为1660 F·g^-1。在电流密度为2 A·g^-1条件下,循环3000次后,其比电容的保持率为82.7%。优异的超级电容性能可归因于Co?ip具有纳米尺寸颗粒和三维的多孔结构。     

纳米磷酸铁锂的制备及电化学性能研究

利用液相沉淀法合成了纳米级磷酸铁,并以此为铁源,通过碳热还原技术制备了粒径均匀的纳米级球形LiFePO4/C正极材料。经热分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及恒电流充放电测试,研究了纳米磷酸铁及纳米磷酸铁锂材料的结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明材料的首次放电比容量达161.8 mAh.g-1(0.1C),库仑效率为98.3%;室温下在0.2C、0.5C、1C、2C及5C倍率充放电其首次放电比容量分别为156.5、144、138.9、125.6和105.7 mAh·g-1,材料具有较好的倍率性能。     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构,形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

Mn、Mg共掺杂Ni(OH)2的电化学性能

采用缓冲溶液法制备复合掺杂Mn、Mg的正极材料Ni0.82Mn0.18-xMgx(OH)2(x=0.06、0.09、0.12)。采用XRD、XPS和SEM等测试表征材料的晶体结构、锰价态和形貌,采用循环伏安和恒流充放电测试研究Mn、Mg不同掺杂比例对氢氧化镍电化学性能的影响。结果表明,Mn、Mg掺杂样品均为β相,晶粒细化;Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2样品具有优异的电极反应可逆性和充放电性能,100 mA·g^-1电流密度下的放电比容量(290.6 mAh·g^-1)优于商用β-Ni(OH)2(281.1 mAh·g^-1);且500 mA·g^-1电流密度下循环30圈后,Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2的放电比容量未见衰减,其循环稳定性优于商用β-Ni(OH)2。