锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

还原氧化石墨烯(RGO)/硅复合材料的制备及用作锂离子电池负极的电化学性能

利用天然鳞片石墨通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在碱性条件下通过超声波剥离、静电自组装、磁力搅拌和高温还原的方法合成了还原氧化石墨烯/硅(RGO/Si)复合材料。借助XRD、SEM、TEM、EDX能谱分析和比表面积分析等发现,Si颗粒均匀分布在RGO片层内。在室温下,以该复合材料作为锂离子电池负极,在不同电流密度下研究了其电化学性能。结果表明,RGO/Si复合材料(2∶1)首次循环的放电比容量为1 231 mAh/g,首次库仑效率高达90.9%,在20次循环后,可逆容量保持在452 mAh/g,库仑效率为99.2%。RGO/Si复合材料(1∶1)的RGO片层包覆Si颗粒最紧密,其复合结构最稳定,在高电流密度下容量保持率较高。     

预歧化处理的高性能锂离子电池SiO/C负极材料

以SiO和蔗糖为原料,SiO经高温歧化反应处理后,通过机械球磨、喷雾干燥、高温热解工艺制备出具有优异电化学性能的锂离子电池SiO/C负极材料。经XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM结构分析表明,歧化反应处理的片状SiO包含非晶态SiO和纳米晶相Si、SiO_2,蔗糖热解形成的无定形碳包覆在细片状SiO的表面,组成球形SiO/C颗粒。电化学测试结果表明,预歧化处理的SiO/C复合材料的首次放电容量为1 314.6mAh/g,首次库伦效率达到71%;100周循环后的放电容量为851.2mAh/g,容量保持率达到78.5%,循环稳定性远高于未经歧化处理的SiO/C复合材料。电化学性能的提高归因于SiO预歧化反应及热解碳包覆。     

逐步炭化法制备锂-硫电池正极碳/硫复合材料的研究

提出一种逐步炭化法,以稀硫酸、蔗糖和单质硫为原料,制备碳/硫复合正极材料。扫描电镜、透射电镜结果显示:复合材料为粒度分布均匀的核壳结构球体,直径约为3μm;单质硫均匀填充在球体内部。此种结构有利于提高其电化学性能。在0.1C倍率下碳/硫复合正极材料首次放电比容量为1065mAh/g,60次循环之后,放电比容量趋于稳定,150次循环后的比容量仍可达到510mAh/g,库仑效率始终保持在90%以上。表明逐步炭化法可以制备适宜的锂硫电池正极材料。     

热解温度对锂离子电池Si/C复合负极材料性能的影响

以酚醛树脂为碳源,采用球磨-热解工艺制备了一系列Si/C复合负极材料,通过XRD、SEM、恒流充放电等测试方法,研究了热解温度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,前驱物经不同的热分解温度得到的复合负极材料,其衍射峰基本与原料硅和石墨的衍射峰相符。随着热分解温度的升高,硅颗粒的分散性得到改善,并与石墨及无定形碳层交错起来形成微孔结构,直接对复合材料的电化学性能产生较大的影响。当热分解温度为1000℃时,合成的Si/C复合负极材料综合电化学性能较好,首次充放电效率可以达到73.1%,以100mA/g放电,循环100周后容量保持率为89.7%,以200mA/g放电,循环100周后容量保持率仍可以达到87.8%。     

锂离子电池Si/C复合负极材料的合成与性能

采用球磨-热解工艺制备了Si/C复合负极材料。研究了球磨时间对Si/C复合负极材料结构和电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理。研究结果表明,通过球磨可以将纳米硅颗粒均匀分散于石墨基体材料表面,同时,葡萄糖热解后形成的无定形碳使两者紧密结合。球磨3h合成的材料具有最优的电化学性能。以100mA/g的电流密度放电,首次放电容量达到1340mAh/g,首次充放电效率为75.6%,循环50次后,容量保持率为34.2%。     

铝/石墨复合材料的制备及其电化学性能研究

铝作为负极材料其理论容量较高,但铝在充放电过程中会出现严重的体积膨胀,导致循环性能差。为克服铝体积膨胀严重的缺点,采用简单的球磨法成功制备出铝/石墨复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料的结构和形貌进行分析。电化学性能测试表明,铝/石墨复合材料首次放电比容量高达1004mAh/g,循环15次后容量保持在300mAh/g。铝/石墨复合材料拥有较高的放电比容量和较好的循环性能,在锂离子电池负极材料中具有潜在的应用价值。     

石油沥青和葡萄糖热解炭的可逆储钠性能研究

以石油沥青和葡萄糖为原料,在氮气保护下采用高温热解的方法制备了沥青热解炭和葡萄糖热解炭负极材料。结果表明,葡萄糖热解炭比沥青热解炭层间距大、无定形程度大且含氧量多。葡萄糖热解炭首次放电容量171.9 mAh/g,沥青热解炭首次放电容量为79.2 mAh/g。20次循环以后葡萄糖热解炭和沥青热解炭容量保持率分别为94.6%和68.2%。循环伏安分析表明,沥青热解炭在低电位下的不可逆还原峰的出现电位更低,比葡萄糖热解碳降低了0.13 V。交流阻抗分析表明葡萄糖热解炭的SEI膜阻抗、界面阻抗及扩散阻抗均明显小于沥青热解炭。     

腐殖酸基石墨化材料的制备及其电化学性能

以腐殖酸为前驱体,通过高温热处理制备锂离子电池负极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试系统对该材料的形貌、微晶结构和电化学性能进行表征。结果表明,腐殖酸基石墨化材料呈现出较为规整的石墨片层结构,且随着石墨化温度的升高,所得材料的石墨化度也越来越高。腐殖酸基石墨化材料均表现出良好的电化学性能,石墨化温度为2 800℃所制备的石墨化材料的首次放电比容量为356.7 mAh/g,充电比容量为277.6 mAh/g,首次充放电的库仑效率为77.81%,在1C和2C倍率下50次充放电循环后的容量保持率分别高达99.4%、95.9%,是一种理想的锂离子电池负极材料。     

锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

钠离子电池无粘结剂二氧化钛负极材料的合成

作为电池的重要组成部分,电极材料直接影响电池的能量密度。电极材料在制作过程中往往会添加粘结剂以稳定极片结构,但粘结剂的加入会降低电极材料的比容量,影响其离子迁移速率。通过在经水热反应刻蚀的钛箔/网上原位生长二氧化钛(TiO 2)得到无粘结剂TiO 2/Ti纳米线阵列电极,并系统地研究不同钛基底及水热反应温度对TiO 2/Ti纳米线阵列电极物理性能和电化学性能的影响。结果表明,不同钛基底及水热反应温度均对生长的TiO 2纳米线的形貌和电化学性能有重要影响。其中通过220℃水热反应生长在钛网(0.15 mm)上的TiO 2纳米线呈蛛网状,具有较大的比表面积,属于锐钛矿型TiO 2,储钠过程主要由赝电容效应控制,且具有优秀的电化学性能:首周放电比容量为986 mAh g^-1,库伦效率为21.7%;随后放电比容量逐渐稳定在240 mAh g^-1左右;循环200周后放电比容量仍能达到228 mAh g^-1,库伦效率稳定在99.3%左右;即使在3200 mA g^-1的超大电流密度下,放电比容量仍能达到152 mAh g^-1。无粘结剂电极材料极大可以有限地提升电极材料的比容量,对未来高能量密度电池体系的设计具有一定的理论意义和参考价值。     

大容量VB2-空气电池负极材料的制备与性能

VB₂因具有超高理论比容量(4060 mAh/g)而成为具有发展潜力的空气电池负极材料。实验以VB₂为负极活性物质, Ni为导电剂, NH₄HCO₃为造孔剂, 采用粉末冶金方法制备了大容量VB₂-空气电池用多孔负极片, 并探讨了负极片孔隙度对负极所组装空气电池放电性能的影响规律。结果表明, 所制备的多孔VB₂负极片放电性能优异, 放电比容量可以达到3216~3463 mAh/g范围内; 多孔VB₂负极片放电容量、比容量、库伦效率和比能量均与孔隙度密切相关。当添加15wt%NH₄HCO₃造孔剂时, 烧结制备的多孔VB₂负极片的孔隙度为60.91%, 此时VB₂-空气电池放电性能最优: 放电容量为7792 mAh, 放电比容量为3463 mAh/g, 库伦效率为85.30%, 放电比能量为2370 mWh/g。     

锂离子电池SiOx/C/CNTs复合负极材料的制备及其电化学性能

通过机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备锂离子电池SiO_x/C/CNTs复合负极材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪,对其物相组成、颗粒形貌及电化学性能进行了表征,并与SiO_x/C和SiO_x/C/石墨烯复合材料的性能对比。研究结果表明,CNTs的引入不仅可以增加复合材料的可逆容量,还可以有效提高材料的循环稳定性。SiO_x/C/CNTs复合负极材料在100mA/g下首次放电比容量为1 981.5mAh/g,循环100周后,放电容量仍有474.0mAh/g,倍率性能较优,具有良好的应用前景。     

Roll-Pressed Silicon Anodes with High Reversible Volumetric Capacity Achieved by Interfacial Stabilization and Mechanical Strengthening of a Silicon/Graphene Hybrid Assembly

Application of Si anodes is hindered by severe capacity fading due to pulverization of Si particles during the large volume changes of Si during charge/discharge and repeated formation of the solid-electrolyte interphase. To address these issues, considerable efforts have been devoted to the development of Si composites with conductive carbons (Si/C composites). However, Si/C composites with high C content inevitably show low volumetric capacity because of low electrode density. For practical applications, the volumetric capacity of a Si/C composite electrode is more important than gravimetric capacity, but volumetric capacity in pressed electrodes is rarely reported. Herein, a novel synthesis strategy is demonstrate for a compact Si nanoparticle/graphene microspherical assembly with interfacial stability and mechanical strength achieved by consecutively formed chemical bonds using 3-aminopropyltriethoxysilane and sucrose. The unpressed electrode (density: 0.71 g cm⁻³) shows a reversible specific capacity of 1470 mAh g⁻¹ with a high initial coulombic efficiency of 83.7% at a current density of 1 C-rate. The corresponding pressed electrode (density: 1.32 g cm⁻³) exhibits high reversible volumetric capacity of 1405 mAh cm⁻³ and gravimetric capacity of 1520 mAh g⁻¹ with a high initial coulombic efficiency of 80.4% and excellent cycling stability of 83% over 100 cycles at 1 C-rate.     

Dendrimer Based Binders Enable Stable Operation of Silicon Microparticle Anodes in Lithium-Ion Batteries

High-capacity anode materials (e.g., Si) are highly needed for high energy density battery systems, but they usually suffer from low initial coulombic efficiency (CE), short cycle life, and low-rate capability caused by large volume changes during the charge and discharge process. Here, a novel dendrimer-based binder for boosting the electrochemical performance of Si anodes is developed. The polyamidoamine (PMM) dendrimer not only can be used as binder, but also can be utilized as a crosslinker to construct 3D polyacrylic acid (PAA)-PMM composite binder for high-performance Si microparticles anodes. Benefiting from maximum interface interaction, strong average peeling force, and high elastic recovery rate of PAA-PMM composite, the Si electrode based on PAA-PMM achieves a high specific capacity of 3590 mAh g⁻¹ with an initial CE of 91.12%, long-term cycle stability with 69.80% retention over 200 cycles, and outstanding rate capability (1534.8 mAh g⁻¹ at 3000 mA g⁻¹). This work opens a new avenue to use dendrimer chemistry for the development of high-performance binders for high-capacity anode materials.     

Si@环化聚丙烯腈/多壁碳纳米管负极复合材料的制备及电化学性能

通过简单高能球磨和高温热解法制备了锂离子电池Si/C电极复合材料,聚丙烯腈（PAN）包覆的纳米颗粒（Si@PAN）与多壁碳纳米管（MWCNTs）混合,制得Si@环化PAN/MWCNTs（Si@c-PAN/MWCNTs）复合材料作为锂离子电池的负极材料。包覆在纳米Si外层的高温热解后的PAN能够有效缓冲Si在充放电过程中巨大的体积变化产生的应力,同时MWCNTs作为Si@c-PAN的基体阻止Si@c-PAN颗粒的团聚,也提高了Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的导电性能。电化学测试结果表明,Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极在电流密度为0.2 A/g时,其首次放电比容量达到2 098 mA?h/g,库伦效率达到86%;循环50次后Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的可逆比容量仍能够达到1 278 mA?h/g,在2 A/g放电时其比容量为600 mA?h/g,仍保持良好的循环稳定性。      

Performance of Si–Ni nanorod as anode for Li-ion batteries

Si–Ni nanorod structures as anode materials for Li ion batteries have been prepared by depositing Si coatings on electrodeposited Ni nanocone arrays using plasma enhanced chemical vapor deposition. The obtained samples were characterized by field emission scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The electrochemical performance was evaluated by a galvanostatic battery testing. It is shown that the first discharge capacity is high as 4125 mAh/g with a high first coulombic efficiency of 92% at C/20 rate. A capacity of 3249 mAh/g at C/5 rate is attained with retention of 95.7% after 30 cycles.     

炭黑吸附聚合制备聚吡咯/ 炭黑导电复合材料

用炭黑吸附化学氧化聚合法制备聚吡咯/ 炭黑( PPy/ C) 导电复合材料。运用FT2IR、TGA、SEM、四探针和电化学测试仪对材料的组成、结构和性能进行了测试和表征。导电炭黑的加入不仅提高了材料的电导率,由原来的6.152 S/ cm 增加至13.42 S/ cm, 而且提高了材料的堆积密度, 改善了聚吡咯的颗粒形态和制膜加工性能, 聚吡咯复合材料为正极的锂/ 聚吡咯二次电池的性能得以改善, 室温下充放电循环30 次以上, 电池容量无明显衰减, 库仑效率在98 %以上, 首次放电容量以聚吡咯计可达41 mAh/ g。