锂离子电池用Si-Mn复合电极的研究

利用机械球磨方法制得原子比为Si:Mn=3:5的硅-锰复合材料.利用XRD对材料进行物相分析,以锂片作为参比电极和对电极,通过充放电测试、循环伏安曲线研究了材料的电化学性能.XRD分析和电化学测试结果表明:在氩气气氛下球磨96 h后所得材料为Si和Mn的混合物;电极片在压制压力为10MPa条件下首次嵌锂容量为400 mA·h·g-1,充放电效率为72%.对电极的热处理改善了材料的循环性能.材料的首次嵌锂容量随着热处理温度的提高而降低.电极在350℃处理后其可逆容量在第40次循环可保持在192 mA·h·g-1.     

Ni/Al-LDH/MCNTs原位复合材料的制备与电化学性能

以Ni(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、尿素和MCNTs为原料,采用原位均相沉淀法制备了MCNTs含量(质量分数)分别为1%、3%和5%的Ni/Al-LDH/MCNTs复合电极活性材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了材料的微观结构和形貌;采用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗(EIS)和充放电测试研究了该复合材料作为镍氢电池正极材料的电化学性能。结果表明,在Ni/Al-LDH中复合MCNTs能够提高材料的电化学活性,降低电化学反应电阻,显著改善材料的大电流充放电性能。其中MCNTs含量为3%的Ni/Al-LDH/MCNTs复合材料具有最佳的电化学性能,在200、500、1000和2000mA·g-1电流密度下的放电比容量分别为330、321、307和288 mA·h·g-1,而未复合MCNTs的Ni/Al-LDH在2000 mA·g-1电流密度下放电比容量仅为205 mA·h·g-1。     

煤系腐植酸基炭/葡萄糖/石墨复合材料的制备及电化学性能

采用石墨化炉对腐植酸进行石墨化处理,以腐植酸基石墨化材料为原料,葡萄糖和片状石墨为中间相,经高温(750℃)炭化处理制备煤系腐植酸基炭/葡萄糖/石墨复合材料;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)法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:片状石墨分散在腐植酸基石墨化材料周围,且被无定型炭包覆.C-C-2复合材料作为锂离子电池的负极材料,具有较高的比容量,在0.1C倍率下的首次可逆比容量为307.3mA·h/g,首次库仑效率为76.3%;在1C和2C倍率下,50个充放电循环后,可逆比容量分别为283.3mA·h/g和152.2mA·h/g,容量保持率分别高达97.9%和97.5%;具有良好的循环稳定性及大倍率性能.     

二硫化锡/膨胀石墨复合材料的低温合成及其储锂性能

以氯化亚锡和硫代乙酰胺为原料,通过简单的溶液反应过程,制备了一种新型二硫化锡/膨胀石墨(SnS_2/EG)复合材料。实验结果表明,SnS_2纳米颗粒可均匀地担载在EG表面,并表现出优良的电化学储锂循环稳定性和倍率性能。100 mA·g~(-1)电流密度下,经200次充放电循环后复合材料的可逆容量仍保持在650 mA·h·g~(-1),同时大电流下的可逆容量保持率也较高(1 A·g~(-1)下的放电比容量为320 mA·h·g~(-1))。     

Fe@Fe_2O_3/石墨烯复合材料的制备与电化学性能研究

采用水热反应和高温固相反应方法合成了Fe@Fe_2O_3/石墨烯复合材料。运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱仪(XPS)和透射电镜(TEM)对复合材料进行了物理表征。结果表明,Fe@Fe_2O_3/石墨烯复合材料中纳米颗粒均匀分布在石墨烯中,且纳米颗粒具有核壳结构,提出了核壳结构的形成机理。充放电测试结果显示,Fe@Fe_2O_3/GNS复合材料在100mA/g下经过90次循环后,可逆容量仍有959.3 mA·h/g,库伦效率保持在86.4%。此外,在5000 mA/g电流充放电条件下,Fe@Fe_2O_3/GNS复合材料循环280次后,可逆容量维持在515 mA·h/g,表现出较好的大电流充放电循环寿命。     

热处理对锂离子电池硅/石墨/炭负极电化学性能的影响

将天然石墨、酚醛树脂和微米级硅粉进行球磨处理制备复合材料前驱物,再于N2气氛下700℃炭化得到硅/石墨/炭(Si/G/C)复合电极材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜及电化学循环充放电对其形貌、结构及其电化学性能进行表征.结果表明,Si/G/C作为锂离子电池负极材料具有高于900 mA·h/g的可逆比容量,40次循环后保持在550 mA·h/g.对电极进行热处理后,其循环性能显著提高,40次循环后比容量保持在700 mA· h/g.扫描电镜分析结果显示,热处理后集流体上电极材料分布更均匀,因涂抹不均形成的空隙不复存在.热处理后电极结构更致密、内部黏结强度增大使其结构稳定性明显提升,是电极循环性能提高的主要原因.     

低成本硅纳米管/碳复合材料的制备及储锂性能

以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料,即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能,又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料,沥青为碳源,采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在,碳层均匀地包覆在硅纳米管上,使得硅碳复合材料的直径增大,碳层厚度约为7 nm,碳以无定形结构存在,碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明,与硅纳米管相比,当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好,首次充放电容量分别为1 387.8 mA·h/g和1 615.7 mA·h/g,首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率,循环性能得到大幅度提升,与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比,包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA·h/g。容量保持率为76.8%。     

松花粉模板法制备ZnFe_2O_4/C锂离子电池负极材料及其性能研究

利用松花粉为生物模板制备了多孔ZnFe_2O_4/C复合材料。研究了不同制备工艺参数对其电化学性能的影响,最佳条件所得ZnFe_2O_4/C在0.2 A g-1下首次充放电容量为884.2 m Ah·g-1/1244.6 m Ah·g-1,库仑效率为71%,循环到120圈时可逆放电比容量为985.8 m Ah·g-1。考察了不同粘结剂对ZnFe_2O_4/C电化学性能的影响,结果表明CMC作为粘结剂时,其电化学性能要优于以PVDF和ALG做粘结剂的样品,在10 A·g-1电流密度下材料的平均放电比容量仍能达到393.6 m Ah·g-1。     

磷酸亚铁锂-磷酸钒锂复合材料制备方法研究

以固相法制备出了磷酸亚铁锂-磷酸钒锂复合正极材料.采用X-射线衍射仪(XRD)、电子扫面电镜(SEM)、激光粒度分析仪、碳硫分析仪以及X-光电子能谱仪等对制备出的复合材料进行表征,发现该材料以磷酸亚铁锂和磷酸钒锂的晶形结构为主,其中有少量的杂质成分;该材料颗粒粒度较细、粒度分布窄且均匀,颗粒表面光滑、碳包裹状况良好,同其它方法制备的复合材料比较在碳含量差不多的情况下具有较优的导电率.对材料进行了电化学性能表征认为该材料的电化学性能比较优异,0.1C放电容量达到190 mA·h·g-1以上,10C可以达到120 mA·h·g-1,20C放电容量仍有85 mA·h·g-1且循环稳定性均较好;1C进行1000次循环之后仍然保持120 mA·h·g-1的容量,具有较高的实用价值.     

石墨烯负载纳米二硫化钴的制备及其在锂离子电池方面的应用研究

采用二次水热法将纳米二硫化钴负载于石墨烯上,并通过结构表征和电化学性能测试,探讨了纳米二硫化钴/石墨烯材料作为锂离子电池负极的性能。电容量测试结果表明：在电流密度为100 mA/g条件下,二硫化钴/石墨烯复合材料的首周充放电容量分别为1 610 mA·h/g和774 mA·h/g,测算出的库伦效率为48.1%;循环性能测试结果表明：经过50次循环测算后的复合材料的放电比容量为302 mA·h/g,容量保持率为33.4%;倍率性能测试结果表明：当电流密度回复到100 mA/g时,复合材料的比容量恢复至550 mA·h/g。实验制备的纳米二硫化钴/石墨烯复合材料在锂电池负极的应用上表现出了优异的循环性能和倍率性能。     

氟化钙对常压烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构与性能的影响

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,CaF2–Al2O3–Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的Si3N4/BN复相陶瓷。研究了CaF2添加量对Si3N4/BN复相陶瓷材料力学性能的影响,并通过X射线衍射和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微组织。结果表明：随着CaF2添加量增加,制备的Si3N4/BN复相陶瓷材料气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。添加量为2%（质量分数）时,Si3N4/BN复相陶瓷的室温抗弯强度达145.5MPa。添加适量的CaF2可在Si3N4/BN复相陶瓷材料常压烧结过程中较大程度地破坏h-BN的卡片房式结构,将微米级的h-BN颗粒变成纳米级颗粒。     

先驱体浸渗裂解法制备C/C-SiC复合材料的烧蚀性能

用先驱体浸渗裂解法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)-SiC复合材料,用H2-D2火焰法检测其烧蚀性能.结果表明:C/C-SiC复合材料的烧蚀率随复合材料中的Si含量的增加而呈下降趋势;经过5次浸渍,C/C-SiC复合材料的密度从1.46 g/cm3增加到1.75 g/cm3,Si含量从5.06%增加到13.8%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降474%和34.5%.密度为1.75g/cm3的C/C-SiC复合材料,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为2.22 μm/s和1.289 mg/s,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为密度1.78 g/cm3的C/C复合材料的21.7%和78.6%.基体中SiC的引入明显提高了C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能.     

真空热压烧结制备高性能B4C/Al复合材料

B4C/Al复合材料因其优异的性能,受到了人们广泛关注.以Al粉和B4C粉体为原料,采用真空热压烧结法,在高于Al熔点温度时,制备出了碳化硼含量10wt%的铝基复合材料.研究结果表明:烧结温度为700 ℃,烧结压力为30 MPa,保温时间为45 min时,获得的B4C/Al复合材料力学性能最佳,其相对密度为98.2%,硬度为2.53 GPa,抗弯强度为350 MPa.球磨混料使Al颗粒表面生成少量Al2O3,在烧结过程中,Al2O3与B2O3发生固-液反应形成共融物,改善了B4C/Al之间的界面结合强度,从而获得力学性能优异的B4C/Al复合材料.     

纳米SiC增韧Al_2O_3陶瓷复合材料的制备、表征及力学性能研究

以SiC和Si微米粉为添加剂,采用无压烧结工艺制备了纳米SiC增韧的Al2O3陶瓷复合材料,探讨了SiC含量、烧结气氛和烧结温度对复合材料的烧成收缩率、微观形貌、抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性的影响。结果显示：SiC的添加使复合材料的烧成收缩率下降,惰性气氛下复合材料的收缩率要大于氧化气氛和还原气氛时的收缩率。在氧化性气氛下烧结时,当SiC添加量为4%时,复合陶瓷的体积密度为3.80 g·cm^-3,抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度均达到最大值,分别为480 MPa、5.12 MPa·m1/2、16.2 GPa。添加SiC后所得复合材料的基体颗粒为椭圆状,粒径为2μm左右,颗粒与颗粒之间结合紧密,颗粒形状的改变可能是因为烧结机理发生变化所致。纳米SiC颗粒位于晶界处,形成了由Al2O3-SiC-Al2O3搭桥联结的晶界,提高了晶界强度,导致裂纹只能在晶内传播。     

多孔Si_3N_4/BN复相陶瓷的常压烧结制备

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,Yb2O3-Al2O3-Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的多孔Si3N4/25%h-BN复相陶瓷。研究了Yb2O3添加量对Si3N4/25%BN复相陶瓷力学性能的影响,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微结构。结果表明:随着Yb2O3添加量增加,制备的Si3N4/25%BN复相陶瓷的气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。Yb2O3添加量为2%(质量分数)时,Si3N4/25%BN复相陶瓷的气孔率为15.1%,相对密度为72.8%;当Yb2O3添加量提高至15%时复相陶瓷的气孔率增加至32.1%,相对密度则降至60.3%。同时随着Yb2O3添加量增加,复相陶瓷的室温抗弯强度先增大后减小,Yb2O3含量为4%时,室温抗弯强度呈现最大值,可达264.3MPa。     

Reaction-Bonding Preparation of Si3N4/MoSi2 and Si3N4/WSi2 Composites from Elemental Powders

Si₃N₄/MoSi₂ and Si₃N₄/WSi₂ composites were prepared by reaction-bonding processes using as starting materials powder mixtures of Si-Mo and Si-W, respectively. A presintering step in an At-base atmosphere was used before nitriding for the formation of MoSi₂ and WSi₂; the nitridation in a N₂-base atmosphere was followed after presintering with the total stepwise cycle of 1350°C × 20 h +1400°C × 20 h +1450°C × 2 h. The final phases obtained in the two different composites were Si₃N₄ and MoSi₂ or WSi₂; no free elemental Si and Mo or W were detected by X-ray diffraction.     

基于热重差热分析研究玻璃熔制过程中碳酸钡的分解规律

纯碳酸钡的分解比一般的碳酸盐要复杂而且分解温度更高,尤其在含碳酸钡的硼硅酸盐玻璃熔制过程中碳酸钡的分解更为复杂,其直接影响到所熔制玻璃的质量和熔制工艺的优化.以中温固体氧化物燃料电池(简称IT-SOFC,Solid Oxide of Fuel Cell)封接玻璃BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2体系的某配方为对象进行研究,以探明含碳酸钡的硼硅酸盐玻璃熔制过程中碳酸钡的分解规律.本文设计了三种粉料,即原配方粉体记为A粉料,在原配方改动为只留下BaCO3、SiO2、Al2O3三种原料的配方记为B样,最后一种粉料为分析纯BaCO3.利用差热热重分析(DTA/TG)对这三种粉料进行分析测试与比对,同时利用X射线衍射技术(XRD)对A粉料所制备的玻璃粉体进行分析.实验结果表明:分析纯碳酸钡发生两步晶型转变后,在1010 ℃才开始分解.而含碳酸钡的硼硅酸盐玻璃熔制过程中一部分碳酸钡在相对低温条件下首先是与SiO2与Al2O3两种原料反应而分解,另一部分碳酸钡随着温度不断升高而自身分解.最终,A玻璃在1176.5 ℃时产生BaAl2Si2O8(钡长石)晶相.     

Preparation and properties of C/SiC/ZrO2 porous composites by hot isostatic pressing the pyrolyzed preforms

Three phase mixture of C/SiC/ZrO₂ porous composites were prepared from commercially available phenolic resin, Si and ZrO₂ powders. In the first step, mixed powders were pyrolyzed at 850 °C in vacuum to obtain a carbonized microporous material and then hot isostatically pressed at 1200, 1300 and 1350 °C for 10 min in an argon pressure of 50 MPa to prepare C/SiC/ZrO₂ porous composites, in second step. The hot isostatic pressing led to the increase in density from 3.28 to 3.48 g/cm³ and reduction in porosity (from 32 to 20%) of the composites. X-ray diffraction analyses revealed the existence of β-SiC and carbon might be amorphous in the composites. According to the results of scanning electron microscopy, the crystal growth of β-SiC with facets was observed at 1350 °C. In addition, the energy dispersive spectroscopy showed that carbon/silicon atomic ratio was 1:1 in the crystals. X-ray photoelectron spectroscopy of the composites suggested that evolved gaseous molecules, due to the decomposition of phenolic resin, reacted with molecules containing Si to form β-SiC. The formation and growth of β-SiC in addition to the densification of matrix by hot isostatic pressing led to the increase in hardness (max.: 13.99 GPa) at higher temperatures.     

竹炭/电气石复合材料的远红外性能分析

以竹炭和电气石为原料,采用机械共混及高温烧成制备了竹炭/电气石复合远红外材料,采用红外辐射测量仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)研究了烧成温度对复合材料的远红外比辐射率、物相组成、微观形貌及微区元素组成的影响,初步分析了二者复合对远红外性能的影响。研究表明,随着温度的升高,竹炭/电气石复合材料的远红外比辐射率呈降低趋势,当煅烧温度为700℃时,其比辐射率值达到最大,为0.896。随着温度的增加,复合材料的主要物相发生了明显变化,由组成复杂的NaFe3Al6(BO3)3Si...、NaFe3+3Al6BO3...、CaFe3(Al,Mg)(6BO...和Na0.8Mg3Al6B3O...转化为CaAl2Si2O8、(Ca,Na)(Si,Al)4O8、NaSi3AlO8等。