锂硫电池正极用钴掺杂空心多孔碳载体材料（英文）

锂硫电池被认为是新一代低成本、高能量密度的储能系统。但由于硫正极导电性差、穿梭效应严重以及氧化还原反应速率慢,导致电池容量衰减严重,倍率性能较差。本研究以柠檬酸钠为碳源制备了具有三维中空结构的多孔碳材料,并在其骨架上负载钴纳米颗粒后作为硫正极的载体。引入的钴纳米颗粒可有效吸附多硫化物,提升其转化反应的动力学,进而明显改善电池的循环和倍率性能。所得的钴掺杂复合硫正极在0.5C (1C=1672 mAh·g~(–1))的倍率下首圈放电比容量高达1280 mAh·g~(–1),在1C的倍率下稳定循环200圈后可保持770 mAh·g~(–1),并且具有优异的倍率性能,即使在10C的大电流密度下仍可稳定循环。     

锂离子电池正极材料LiFePO_4在LiBC_2O_4F_2基电解液中的电化学性能

采用循环伏安、交流阻抗和充放电测试等研究了使用LiBC_2O_4F_2基电解液的LiFePO_4/Li电池(LiBC_2O_4 F_2电池)和使用LiPF_6基电解液的LiFePO_4/Li电池(LiPF_6电池)的电化学性能.结果表明,常温下LiBC_2O_4 F_2电池和LiPF_6电池的循环伏安曲线都只有1对对应于Fe~(2+)/Fe~(3+)的氧化还原峰,但是高温下LiPF_6电池的氧化还原峰分裂为多个氧化还原峰,而LiBC_2O_4F_2电池的氧化还原峰却与常温下类似,说明LiBC_2O_4F_2电池在高温下工作能保持较好的稳定性.常温下LiBC_2O_4F_2电池的初始放电容量比LiPF_6电池低,但其具有较高的容量保持率,而且在高温下具有比LiPF_6电池更高的放电容量和更优良的循环性能,如经过50次循环后,LiBC_2O_4F_2电池的容量保持率为92.5%,而LiPF_6电池的容量保持率为78.4%.交流阻抗图谱也表明,使用LiBC_2O_4F_2电池在高温下电池的界面电荷传输反应阻抗比室温下有所下降,说明其具有良好的高倍率性能和高温循环性能.     

SnS2/ZIF-8衍生二维多孔氮掺杂碳纳米片复合材料的锂硫电池性能研究

锂硫电池(LSBs)因能量密度高、原料储量丰富、环境友好等优点引起了广泛关注。然而,多硫化物的穿梭效应、反应过程中较大的体积膨胀以及硫较差的电子电导率等缺点极大地限制了其发展。本研究设计了一种SnS₂纳米颗粒与ZIF-8衍生的花状二维多孔碳纳米片/硫复合材料(ZCN-SnS₂-S),并研究了其作为锂硫电池正极的电化学性能。其独特的二维花状多孔结构不仅有效缓解了反应过程中的体积膨胀,而且为Li+和电子的传输提供了快速通道,杂原子N也促进了对多硫化物的吸附作用。并且负载的极性SnS₂纳米颗粒极大地增强了对多硫化物的吸附,从而使ZCN-SnS₂-S复合材料表现出优异的电化学性能。在0.2C(1C=1675 mA·g^-1)电流密度下, ZCN-SnS₂-S电极循环100次后仍能保持948 mAh·g^-1的高可逆比容量,容量保持率为83.7%。即使在2C的高电流密度下循环300圈,ZCN-SnS₂-S电极仍具有546 mA...     

二硫苏糖醇/多壁碳纳米管阻隔层抑制锂硫电池的穿梭效应

二硫苏糖醇(DTT)作为剪切剂,对高阶多硫化物进行剪切阻止其溶解,抑制穿梭效应的产生。以二硫苏糖醇(DTT)和多壁碳纳米管(MWCNTs)复合薄膜作为锂硫电池正极片与隔膜之间的阻隔层,抑制多硫化物的溶解和扩散,阻止穿梭效应,减小活性物质的损失,提高锂硫电池的容量和循环性能。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,含DTT/MWCNTs阻隔层的锂硫电池在0.2 C倍率首次放电比容量达到1 674 mAh/g,活性物质的利用率达到99.9%。在1 C充放电300次循环后,容量依然保持在780 mAh/g,是首次放电容量1 094 mAh/g的71.3%,且库伦效率保持在95.3%以上。在5 C和10 C倍率下充放电,电池比容量分别达到597和214 mAh/g。     

高能球磨法制备PTFE/科琴黑-C柔性复合材料及其电化学应用

对荷叶进行多阶温度炭化得到前驱炭材料,将材料与科琴黑（KB）、聚四氟乙烯（PTFE）按照2:2:3的质量比球磨混合后真空抽滤制备一种锂硫电池中间层柔性材料,PTFE/KB-C复合材料的多孔结构能为高阶硫化物Li₂S_n（4≤n≤8）的进一步还原提供较多的三相反应位点,并利用PTFE/KB-C复合材料良好的多层多孔化学吸附作用来抑制可溶性多硫化物的穿梭。该中间层在以纯硫材料为正极的锂硫电池电性能测试表征中,1.0 C（电流密度1 675 mA·g-1）倍率下首次放电比容量达1 350 mAh·g-1,没有硝酸锂添加剂条件下经过100次充放电循环后比容量依旧保持在960 mAh·g-1,库伦效率基本在95%以上,保持了良好的循环稳定性。      

花瓣状纳米硫和球状纳米硫的制备及性能

锂硫电池因能量密度高、环境友好,被认为是最有希望的新一代能源储存装置。但是,多硫化物穿梭效应和体积膨胀等问题是锂硫电池目前所面临的巨大挑战。通过化学合成法制备了不同形貌且具有稳定规则结构的纳米硫,为电池在充放电过程中提供更多的活性位点,有效减少正极活性物质的损失,使电池的电化学性能得到提升。结果表明,花瓣状纳米硫材料在0.1C的电流密度下有740.72 mAh/g的初始容量,100次循环后容量保持在362.07 mAh/g;球状纳米硫材料在0.1C的电流密度下初始容量为825.30 mAh/g,100次循环后容量保持在418.06 mAh/g,每圈的容量衰减率仅为0.493%。     

锂硫电池正极用钴掺杂空心多孔碳载体材料

锂硫电池被认为是新一代低成本、高能量密度的储能系统。但由于硫正极导电性差、穿梭效应严重以及氧化还原反应速率慢, 导致电池容量衰减严重, 倍率性能较差。本研究以柠檬酸钠为碳源制备了具有三维中空结构的多孔碳材料, 并在其骨架上负载钴纳米颗粒后作为硫正极的载体。引入的钴纳米颗粒可有效吸附多硫化物, 提升其转化反应的动力学, 进而明显改善电池的循环和倍率性能。所得的钴掺杂复合硫正极在0.5C (1C=1672 mAh·g^-1)的倍率下首圈放电比容量高达1280 mAh·g^-1, 在1C的倍率下稳定循环200圈后可保持770 mAh·g^-1, 并且具有优异的倍率性能, 即使在10C的大电流密度下仍可稳定循环。     

二维二氧化钼/碳纳米管隔膜修饰层促进多硫化锂的催化转化（英文）

严重的穿梭效应和多硫化锂缓慢的反应动力学是阻碍锂硫电池商业化进程的两大主要障碍。本文通过化学气相沉积法合成超薄二维二氧化钼纳米片,并将其与碳纳米管复合作为锂硫电池隔膜修饰层以便解决以上两大问题。二维特性赋予了二氧化钼纳米片丰富的多硫化锂活性吸附位点;在H_2/Ar混合气中的部分还原在二氧化钼表面引入了氧空穴,提升了其对多硫化锂转化反应的催化活性。碳纳米管导电网络的构建为持续稳定的多硫化锂反应提供了快速的电荷传递通道。对称电池测试显示二硫化钼/碳纳米管隔膜修饰层有效降低了硫化锂沉积的反应能垒;第一性原理计算进一步证实了其对多硫化锂的强锚定作用。所制锂硫电池展现出出色的循环稳定性,在1 C电流密度下循环800次,容量衰减率仅为每次0.053%。     

硫化物电化学氧化过程研究

用电化学方法研究了碱性溶液中硫化物在Pt电极上的氧化过程。结果表明，硫离子在－600－＋750mV(vs.SCE）存在两个电化学氧化过程。经热力学、动力学和化学分析证实，在约－400mV时硫离子首先氧化为单质硫及多硫化物，沉积在电极表面；约250mV处，单质硫及多硫化物进一步氧化为硫酸根离子而进入溶液，低电位下的氧化反应是可逆反应，硫离子扩散为控制步骤；高电位下，单质硫进一步氧化为硫酸根离子的反应是不可逆反应，而两反应过程密切相关。     

Mn_2O_3/Fe_2O_3/少层石墨烯/硫锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能

采用熔盐法、层间催化剥离法、退火工艺及熔化扩散法制备出Mn_2O_3/Fe_2O_3/少层石墨烯/硫复合材料作为锂硫电池正极材料。高导电少层石墨烯构成三维导电网络,为电极反应过程中电子传输提供通道,有利于提升锂硫电池的比容量。金属氧化物颗粒均匀分布在少层石墨烯表面,对多硫化物具有强烈化学吸附作用,能够有效抑制多硫化物的溶解和迁移效应,有利于增强锂硫电池循环稳定性。结果表明,Mn_2O_3/Fe_2O_3/FLG30/S电极显示出高比容量和优异的循环性能。0.1 C倍率下,其初始容量高达886.3 mAh·g~(-1),100圈循环后容量保持率高达88.1%。     

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

Mn2O3/Fe2O3/少层石墨烯/硫锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能EI北大核心CSCD

采用熔盐法、层间催化剥离法、退火工艺及熔化扩散法制备出Mn2O3/Fe2O3/少层石墨烯/硫复合材料作为锂硫电池正极材料。高导电少层石墨烯构成三维导电网络,为电极反应过程中电子传输提供通道,有利于提升锂硫电池的比容量。金属氧化物颗粒均匀分布在少层石墨烯表面,对多硫化物具有强烈化学吸附作用,能够有效抑制多硫化物的溶解和迁移效应,有利于增强锂硫电池循环稳定性。结果表明,Mn2O3/Fe2O3/FLG30/S电极显示出高比容量和优异的循环性能。0.1 C倍率下,其初始容量高达886.3 mAh·g^-1,100圈循环后容量保持率高达88.1%。     

羟基化多壁碳纳米管掺杂抑制锂硫电池的穿梭效应

为了抑制锂硫电池的“穿梭效应”,改善锂硫电池的电化学性能。正极片掺杂羟基化多壁碳纳米管（MWCNTs—OH）,利用亲水性羟基官能团对多硫化物的吸附作用,阻止多硫化物的扩散,增加有效物质的利用率,抑制穿梭效应的产生,提高锂硫电池的容量和循环性能。利用TEM、SEM和EDS等进行结构和性能表征。电化学测试结果表明,掺杂MWCNTs—OH的锂硫电池,放电容量明显提高。在0.1 C倍率,首次放电比容量达到1 281 mAh/g,首次库伦效率接近96.7%,循环10次后比容量还保持在882 mAh/g。在0.2 C、0.5 C和1 C倍率下充放电时,电池首次放电比容量分别达到794.2 mAh/g、712.2 mAh/g和557.3 mAh/g,显示出极佳的倍率性。      

三维多孔碳纳米片PC/CNT夹层高性能锂硫电池

为了抑制多硫化物的溶解与扩散,改善锂硫电池的电化学性能,利用多孔碳纳米片(PC)与多壁碳纳米管(MWCNTs)复合形成新型三维多孔碳纳米片(PC/CNT)夹层来捕获可溶性多硫化物。其中,MWCNTs提供高效的导电通道并维持电极结构完整性;一维碳纳米管和二维多孔碳纳米片形成三维互联结构,有利于电/离子快速传输。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,PC/CNT夹层高性能锂硫电池在0.05C倍率下首次放电比容量达到1 311 m Ah/g,活性物质的利用率高达78.8%。在2C倍率下循环5次后,放电比容量仍然达到941 m Ah/g,是首次比容量的71.8%,且库伦效率仍然保持在96%,显示出良好的倍率和循环性能。     

柔性多功能Fe2O3/CC正极宿主实现高效吸附与催化多硫化物的锂硫电池

锂硫电池因其高能量密度和低成本而成为最有发展前景的电化学储能器件之一。然而,多硫化物的“穿梭效应”、硫导电率低是锂硫电池商业化面临的主要挑战。本工作中,以Fe(NO)₃·9H₂O为铁源,NH₄F为表面活性剂,通过简单的水热及煅烧处理制备了Fe₂O₃纳米棒修饰炭布(CC)的柔性Fe₂O₃/CC复合材料。其中,Fe₂O₃中介孔的存在有利于电解质的渗透和充放电过程中锂离子的传输和扩散,同时其密集阵列暴露出的丰富活性位点可以实现多硫化物的高效吸附和快速转化,降低多硫化物的穿梭效应。电化学分析显示：Fe₂O₃/CC正极在0.1 C(1 C=1 672 mA g^-1)的电流密度下具有1 250 mAh g^-1的高放电比容量,经100圈循环后比容量保持在789 mAh g^-1。在2 C的倍率下循环...     

Fe2O3-石墨烯-碳纳米管复合材料制备条件对载硫性能的影响

锂硫电池是传统锂离子电池最有前途的替代品之一,多硫化物的溶解和导电性差是制约锂硫电池应用的两个重要因素。通过水热法合成了Fe₂O₃-还原氧化石墨烯(RGO)-碳纳米管(CNT)复合载硫材料,并通过调节氨水浓度,实现了复合材料中Fe₂O₃的颗粒尺寸的有效调控,发现小尺寸的Fe₂O₃颗粒具有更好的吸附和催化作用。合成的Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料在1 C倍率下首次放电容量为1 286 mA·h/g,循环500圈后剩余718 mA·h/g,每圈的容量衰减率为0.08%。在0.2、0.5、1、2和4 C倍率下的平均比容量为983、825、769、673和604 mA·h/g,具有良好的倍率性能。在5 C倍率下循环500次仍剩余527 mA·h/g,具有良好的大电流循环性能。Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料特别适用于高性能锂硫电池,具有优异的电化学性能主要是由于R...     

石墨烯改善锂离子电池正极材料LiCoO_2电化学性能的研究

采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯和通过化学还原法还原氧化石墨制得石墨烯,及以石墨烯作为正极材料LiCoO2的导电剂,并研究它们对锂离子电池电化学性能的影响。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,石墨烯的表面褶皱使其能有效地包裹LiCoO2颗粒,形成面接触的导电界面,从而显著提高了导电性。充放电实验表明,石墨烯的加入有利于提高LiCoO2的电化学反应活性、放电容量和高倍率循环性能。相对于传统的炭黑,LiCoO2的放电容量在0.2 C下提高了10 m Ah/g。石墨烯/LiCoO2电池在1C倍率下,循环300次后,放电容量由145.0 m Ah/g衰减到137.8 m Ah/g,放电容量能保持初始容量的95.1%。石墨烯/LiCoO2电池在20 C倍率下的放电容量达到132.1 m Ah/g,是1 C放电容量的91.1%。     

Co4S3修饰蜂窝状多孔碳膜用于锂硫电池

以低交换速率的正戊醇作为溶剂，通过相转化法制备了内部结构均一无大孔结构的ZIF-67/CNT/PAN相转化膜，再经硫化、碳化后制备了Co₄S₃修饰的蜂窝状多孔碳膜(Co₄S₃@DH-NC).XRD表征结果证明了Co₄S₃的成功合成，其负载量高达19.5%(质量分数).蜂窝状多孔结构可以有效促进电解液以及多硫化物在膜内的均匀分散；Co₄S₃均匀负载于蜂窝状结构内部，电负性更强的S有利于Co₄S₃吸附多硫化物；CNT为骨架的高导电网络促进了Co₄S₃对多硫化物的催化转化.以Co₄S₃@DH-NC为隔层的锂硫电池在4 C下循环400圈后比容量能保有581.3 mA·h/g,库仑效率为100%左右.Li₂S的沉积放电比容量为681.811 mA·h/g,相较于DH-NC...     

锂硫电池三维石墨烯/硫复合正极材料的制备及其性能

以天然石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,再通过水热还原、熔融升华法制备得到三维石墨烯/硫二元复合正极材料。对三维石墨烯/硫复合正极材料进行微观形貌和电化学性能的表征,结果显示:石墨烯具有三维多孔网状结构,能有效增加活性物质硫的利用率,并且硫均匀地负载在三维石墨烯的孔道和表面,没有发生团聚现象;电化学性能结果显示:三维石墨烯/硫复合正极材料在C/8电流密度下首次充放电容量为800mAh/g,40周次循环后容量还保持在600mAh/g左右,表明三维石墨烯/硫复合正极材料具有优异的循环与倍率性能。     

C/LLZO复合隔膜的磁控溅射制备及其对多硫化物抑制效应北大核心CSCD

通过磁控沉积技术在聚丙烯(PP)商业隔膜表面构建了碳/锆酸镧锂(C/LLZO)功能结构,以实现高效阻碍多硫化物扩散,提高电池比容量。本文对多层隔膜表观形貌、孔隙率、电解液亲和性和电化学性能等进行表征。研究结果表明:导电碳的引入改善了硫正极的绝缘缺陷,LLZO特有的结构也提高了锂离子电导率,同时磁控溅射方法有效避免了直接涂覆法带来的隔膜孔隙率大大降低等问题。C/LLZO双溅改性隔膜的离子电导率高达3.44 m S/cm,是商业隔膜(PP/Celgard2400,1.93m S/cm)的1.78倍;在0.2 C下首次充放电比容量达905.34 m Ah/g,200次循环后依然保持在780.06 m Ah/g,容量衰减率为每循环0.069%,优于商业隔膜的0.80%,显示出优异的循环稳定性。