Sn2Sb@ C核壳结构负极材料的制备与性能

通过改进的乳液聚合法制备氧化物溶胶,再利用热碳还原技术合成Sn2Sb@C核壳结构负极材料.β-SnSb金属间化合物和Sn单质形成Sn2Sb@C的疏松内核,表面被一层无定形碳包覆.由于疏松的内核结构和外层包覆的无定形碳壳层可缓冲电极充放电过程中的体积变化,核壳复合材料表现出稳定的循环性能.以400 mA/g的电流在0.001 ～2.000 V恒流循环,首次充、放电比容量分别为890 mAh/g和1 375 mAh/g,第30次循环的放电比容量为572 mAh/g.     

核-壳多孔硅/碳复合阳极的制备及其电化学性能

将微米硅采用金属银诱导化学腐蚀法制成三维多孔硅。以磺化沥青为前驱体,通过喷雾干燥法对多孔硅包覆,高温碳化得到核-壳多孔硅/碳复合阳极材料。利用SEM表征复合材料微观结构,多孔硅表面均匀分布大量纳米级孔洞,热解碳壳则将多孔硅紧密包裹,从而增强锂离子的扩散性能,及容纳体积膨胀空隙的能力。电池循环210次后,活性物质与集流体未见明显分离。所制备的多孔硅/碳复合锂离子电池具有较好的电化学性能,在0.1 C电流密度下首次放电比容量为3 810 mAh/g,经30次循环后比容量仍保持在1 710 mAh/g。1 C电流密度下,100次循环后比容量稳定在824 mAh/g,库仑效率99%。恢复至0.1 C充放电后,比容量仍能保持在1 210 mAh/g。     

喷雾干燥-碳热还原法制备的Sn2Sb/C复合材料

以纳米SnO2、Sb2O3和酚醛树脂为原料,采用喷雾干燥-碳热还原法制备核壳结构的Sn2Sb/C复合材料。XRD、SEM和TEM分析表明:纳米尺寸的Sn2Sb合金均匀分布在碳微球中。恒流充放电测试表明:材料的首次充电比容量为618mAh/g,第20次循环的充电比容量为411.3 mAh/g,容量保持率为66.6%。材料具有较高的可逆比容量和较好的循环性能,是由于碳微球对纳米合金颗粒的分散包覆,抑制了纳米合金颗粒的团聚,缓解了充放电时的体积膨胀。     

碳包覆硅/碳复合材料的制备与性能研究

为提高锂离子电池商容量Si/C复合负极材料的电化学性能,采用喷雾干燥法制备了核壳结构的碳包覆Si/C复合材料.碳包覆Si/C复合材料为近球形颗粒,形貌规整,粒度分布均匀,呈正态分布,其物相结构和嵌脱锂的电化学反应与Si/C复合材料保持一致.碳包覆后,减小了充放电过程中复合材料电极的极化,电压滞后现象得到了显著的改善.碳包覆Si/C复合材料的最大放电比容量为512 mAh/g,略低于包覆前的材料,但循环稳定性大大提高,50次循环后的容量保持率为96%.     

碳包覆NbSn_2贮锂材料的制备和性能

用机械球磨-热解法制备了碳包覆NbSn2贮锂材料。通过X射线衍射光谱法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)和电化学测试对材料进行了表征,用非原位XRD测试研究了材料的反应机理。所制备的材料粒径大小分布在0.5~1.5μm,材料表面碳的包覆较均匀,包覆厚度为30~60 nm。在充放电电压1.5~0 V内,初始可逆充电比容量为701 mAh/g,经过20周的循环后,充电比容量仍然保持为524 mAh/g。与没有碳包覆的铌锡负极材料相比,其贮锂容量和循环性能都大大提高。     

喷雾干燥法制备碳包覆TiO_2锂离子电池负极材料

以四异丙氧基钛酸(TTIP)作为锂离子电池负极材料TiO2合成的钛源,草酸为防止TTIP水解的抑制剂,聚乙烯醇(PVA)为碳源,采用喷雾干燥法结合固相烧结的方法制备出微米级球型TiO2和碳包覆TiO2。利用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学方法对其进行物理表征和电化学性能研究。测试结果表明,400℃下煅烧4 h的TiO2样品为锐钛矿晶型,具有相对最高的比容量,0.1 C电流密度下首圈放电比容量为225.5 mAh/g,充放电效率为95.3%,在不同电流密度下35圈循环后,放电比容量仍可以达到190.3mAh/g,比容量保持率为84.4%。原料中添加10%(质量分数)PVA制备的碳包覆TiO2,在10 C大电流密度下放电比容量提高至114.7 mAh/g,比没有碳包覆的TiO2提高约26.6%,经过20次充放电循环后放电比容量仍为102.3 mAh/g,容量保持率为89.2%。碳包覆TiO2在大电流密度下表现出较佳的比容量及循环性能。     

碳包覆MnSn2锂离子电池负极材料合成及性能

用球磨-热解法合成了碳包覆锂离子电池锰锡合金负极材料MnSn2/C.通过XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征.制备的材料粒径大小分布在1～2μm之间,合金材料表面完全被碳包覆,碳层厚度约为60～ 120 nm.在充放电电压为1.5 V到0V范围内,初始可逆充电比容量为675 mAh/g,经过20周的循环后,充电比容量仍然保持为440mAh/g.与没有碳包覆的MnSn2贸极材料相比,其循环性能有较大提高.     

碳包覆对CuFeS_2电化学性能的影响

FeS_2的理论比容量很高,但由于其室温循环可利用性很差,使其工业化应用受到了很大限制。CuFeS_2具有较好的光、电和磁性质,但其室温电导率较低,不能满足实际应用的要求。利用溶剂热方法对CuFeS_2进行碳包覆,以期改善Li/CuFeS_2电池的室温电化学性能。研究结果表明,碳包覆使CuFeS_2颗粒尺寸明显减小并且颗粒边缘更加圆滑。以其为活性物质装配锂电池,与CuFeS_2的放电曲线类似,分别在1.6和1.4 V出现两个放电平台。在60 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到了563.2 mAh/g,接近CuFeS_2的理论比容量(583 mAh/g),比未包覆的CuFeS_2提高了约9.1%。在1 200 mA/g的高电流密度下,碳包覆CuFeS_2电极首次放电比容量达到了432.5 mAh/g,30次循环后的放电比容量仍可达到130 mAh/g,远高于纯CuFeS_2的比容量。循环伏安特性曲线以及交流阻抗谱测试结果表明,碳包覆使CuFeS_2电极的极化程度减小,电池的内阻下降,这从另一角度证实了碳包覆对CuFeS_2电化学性能的改善。     

Li3V2(PO4)3/C复合正极材料的制备与性能

以CH3COOLi、V2O5、NH4H2PO4和碳凝胶为原料,采用溶胶-凝胶法合成了锂离子蓄电池Li3V2(PO4)3/C复合正极材料.对其前驱体和产品采用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)以及元素分析分别进行了表征.考察了掺杂碳含量对材料充放电性能及其高倍率循环性能的影响.样品C的首次放电比容量达到128.4 mAh/g.样品B和C以0.2 C充放120次后容量几乎没有衰竭;继续以1 C充放电120次,其比容量仍基本恒定,比单一Li3V2(PO4)3材料具有更优良倍率性能和循环性能.交流阻抗测试表明碳掺杂可以形成碳包覆层,材料的电导率大幅提高,从而提高了材料的电化学性能.     

三维纳米硅/多孔碳的储锂性能

以纳米硅粉为活性材料,乙炔为碳源,通过化学气相沉积(CVD)一步法原位制得核壳结构可控的三维硅/多孔碳纳米复合材料。透射电子显微镜(TEM)和热重分析(TGA)结果表明,制备了厚度可控的无定形碳包覆纳米硅颗粒核壳结构,并形成串珠状三维导电网络。以200 m A/g在0.01~1.00 V循环100次,复合材料中硅的可逆比容量保持在1 270 m Ah/g。这主要是因为:原位生成的无定形碳可缓冲纳米硅颗粒的体积变化,Li+扩散通道更好;三维网络改善了电子传输性能。     

碳包覆改性制备高倍率钛铌氧化物TiNb2O7

钛铌氧化物TiNb_2O_7具有大功率充放电,长循环寿命,高理论容量的特点,是开发高能量密度锂离子电池有前景的负极材料之一。然而,TiNb_2O_7(TNO)的电子传导率差和Li+扩散系数低是其显著缺点和需要改进的难点。采用高能球磨和碳包覆改性,制备碳包覆改性的纳米钛铌氧化物材料TNO-0.02C。在1 C倍率下,TNO-0.02C的放电比容量为280mAh/g,而未进行碳包覆改性的TNO材料的放电比容量为240 mAh/g。在20 C大倍率充放电下,TNO材料仅表现出135 mAh/g的放电比容量,而TNO-0.02C的放电比容量达到154 mAh/g。在1 C倍率下,TNO-0.02C和TNO两种材料在循环100次后,放电比容量没有显著降低。结果表明,采用葡萄糖作为碳源对钛铌氧化物TNO进行包覆改性后,其电化学性能显著提高。     

废石墨化学沉积包覆作锂离子蓄电池负极材料

以大功率石墨电极废品破碎后的微粒为“核”,以中温沥青为包覆原料,经化学沉积包覆形成“核-壳”型锂离子蓄电池负极材料。采用恒电流充放电和循环伏安等方法检测人造石墨包覆前后的充、放电性能和循环性能,以及锂在其中的嵌入脱出反应。结果表明:单颗粒核壳型包覆有效地改善了石墨界面处固体电解质相界面(SEI)膜结构,缓解了电解液在界面发生的强烈还原反应,保护了人造石墨(AG)结构、提高了AG用作锂离子蓄电池负极的充、放电性能。首次放电比容量由包覆改性前的255.5mAh/g增至305.4mAh/g,首次库仑效率则从包覆前的80.8%提高到90.2%;50次循环后放电比容量由改性前的154.1mAh/g提高至302.3mAh/g;同时,改性后的人造石墨提高了对碳酸丙烯酯(PC)系电解液的相容性。     

羰基铁/SiO2磁性核壳复合粒子研究

采用溶胶-凝胶方法制备了羰基铁/SiO2核壳复合粒子。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外测试分析仪(FTIR)、振动样品磁强计(VSM)、热重分析仪(TG-DTA)等对材料形貌、微观结构、分子结构与性能进行表征,并分析了羰基铁粉表面包覆机理。实验结果表明,羰基铁粒子表面被均匀地包覆非晶态SiO2纳米壳层。包覆后的核壳复合粒子仍具有很好的超顺磁性能,适当控制壳层的厚度可以提高超顺磁性能,同时抗氧化性能也明显提高。     

FeF2@C球形核壳复合结构的制备及其电化学性能

氟化亚铁(FeF2)因较高的理论比容量和充放电电势而成为高能量密度锂电正极材料的优选,但其导电性差、电化学过程中体积变化等因素阻碍了其实际应用.本文以二茂铁和氟化铵作为前驱体,采用高温热反应法合成了碳层包覆氟化亚铁(FeF2@C)球形核壳纳米复合结构,并结合XRD、SEM-EDS、TG对样品的物相、形貌和结构进行表征,考察了样品在1.3 V-4.2 V之间,电流密度为30 mAg-1下的循环充放电性能.实验结果表明:较高的初始比容量和良好的循环性能归因于外包覆碳层促进了充放电过程中的电子导电性,并限制了转化过程中的体积变化.     

正极材料LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2包覆LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的性能

以NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O、NH3·H2O及NaOH为原料,采用共沉淀方法在LiNi0.8 C00.15 Al0.05 (OH)2球形粒子表面包覆一层Ni1/3 Co1/3Mn1/3(OH)2三元材料前驱体,配锂后在750℃下、氧气气氛中焙烧12 h,合成复合层状材料Li[(Ni0.8 Co0.15Al0.05)0.97(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.03]O2.复合层状材料具有核壳结构,包覆壳层的厚度约为1μm.复合层状材料在2.8～4.3 V充放电,0.1C首次放电比容量为188.2 mAh/g;0.2 C循环100次的容量保持率为96.2％;在55℃下以0.2C循环100次,放电比容量保持在163.2 mAh/g.     

金属氢氧化物对锂硫电池性能的影响

通过水热法在锂硫电池正极材料硫碳复合物表面包覆纳米金属氢氧化物抑制多硫化物的穿梭,很好地改善了电池的循环性能。利用扫描电镜(SEM)、恒流充放电和交流阻抗等方法比较了不同包覆层氢氧化铝、氢氧化钴、氢氧化铈对锂硫电池性能的影响。其中,用氢氧化铝包覆的硫碳复合材料显示了较好的电化学性能,在100 m A/g充放电条件下,首次充放电比容量为1 192 m Ah/g,80次循环后放电比容量为797 m Ah/g,容量保持率达67%。0.5 C条件下,放电比容量达754 m Ah/g。     

锂离子电池双壳硅基复合负极材料制备及性能

针对硅基负极材料在体积膨胀、HF腐蚀、SEI膜不稳定、电导率低等问题,降低了其材料的稳定性和实用性,基于此,提出了一种基于硅纳米核颗粒与碳化层构筑核壳型硅碳为内核即内壳,通过化学或机械方法,在其内壳表面包覆纳米级纤维状多孔氧化锡层、HF隔绝层和最外层人造SEI膜功能Li+导体层为外壳,制备得到一种多层包覆硅基核壳结构的双壳结构锂离子电池负极材料.实验结果表明,该双壳硅基负极材料首次效率高达98.8％,300次循环后容量保持率仍有96.4％.实验结果验证了该双壳结构不但可以弥补硅基内核与包覆材料各自的缺陷,而且通过协同作用大幅提升了硅基负极材料在首次效率、容量保持率、高能量密度、高稳定性和循环寿命等方面的性能.     

锂离子电池Sn-Co-C复合负极材料的合成与研究

以纳米金属氧化物和酚醛树脂为原料,采用喷雾干燥法得到前驱体,经高温碳热还原后制备了核壳结构的Sn-Co-C复合负极材料。通过XRD、SEM和TEM分析表明,生成的纳米尺度的Sn-Co合金颗粒均匀分布于碳微球内部。恒流充放电测试表明Sn-Co-C复合负极材料,首次可逆比容量为391 mAh/g,经过100次循环后比容量为307.1 mAh/g,容量保持率为78.5%。由于碳微球对纳米合金颗粒的分散包覆,缓解了充放电时的体积膨胀,抑制了纳米合金颗粒的团聚,从而使其具有较高的可逆比容量和较好的循环性能。     

尖晶石LiMn2O4的表面改性研究

研究了表面包覆TiO2的尖晶石LiMn2O4.XRD、SEM研究结果表明:经包覆处理后的材料仍为尖晶石结构,粒径均匀.电化学性能测试表明:表面包覆可很好地抑制LiMn2O4材料在电解液中Mn的溶解,提高了循环性能.经包覆处理后的样品的电化学反应阻抗增加.2%包覆量的样品的初始容量为114 mAh/g,常温下,20次循环后容量保持率为100%,100次循环后容量保持率为95%.     

微波法制备锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4/C

采用湿化学法-微波法制备了Li2FeSiO4/C正极材料。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜法(TEM)、X射线能谱(EDS)和恒流充放电测试,对样品结构、形貌、组成和电化学性能进行了表征和分析。结果表明该法可以快速高效制备出Li2FeSiO4/C材料;在640 W功率下微波处理6 min,获得了晶粒细小、均匀和良好碳包覆的Li2FeSiO4,该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能。室温下以1/16 C进行充放电,首次放电比容量为120.7 mAh/g,10次循环后放电比容量保持为100.2 mAh/g。