结构有序的Si/void/C/graphene纳米复合结构的制备及储锂性能

采用简单的超声、冷冻干燥和热还原相结合的自组装方法,设计和构建了纳米硅核/间隙/无定形碳壳层/石墨烯(Si/void/C/graphene)三维有序纳米复合结构。在该结构中,纳米硅核与碳壳层之间的空隙有效避免了硅的巨大体积膨胀对碳层的破坏,大幅度提高了锂离子电池的循环稳定性;将Si/void/C纳米结构嵌入在石墨烯层与层之间,利用石墨烯卓越的导电性和柔韧性,进一步缓冲了硅材料的体积效应和提高了复合材料的导电性能。该复合材料在4200 m A·h·g~(-1)(1 C)电流密度下循环1000次后比容量仍高达1603 m A·h·g~(-1);在67 A·g~(-1)(16 C)的高倍率下,比容量仍有310 m A·h·g~(-1),显示出了在锂离子电池负极材料领域的巨大应用潜力。     

晶须形中空多孔氮掺杂复合碳电极材料的制备及电化学性能研究

中空多孔碳因其低密度、大孔容、高比表面积以及优良的电导率,被视为一种理想的电负极材料。以纳米碳酸钙晶须为模板剂,负载聚多巴胺薄膜与氧化石墨烯,作为碳源与氮源,制备出晶须形中空多孔碳材料（Cw-GO）,应用于锂离子电池负极。碳化过程中,碳酸钙晶须经高温分解释放出大量二氧化碳,刺破碳前体壳层,具有高效扩孔功能。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附-脱附仪对样品形貌和结构进行了表征,利用循环伏安（CV）、阻抗谱（EIS）、循环充放电（GCD）对样品进行电化学性能检测。结果表明,复合材料Cw-GO在500 mA·g^-1的电流密度下,其初始放电比容量可达到1185.9 mA·h·g^-1,在循环200次后,比容量为921.8 mA·h·g^-1,库仑效率基本保持在99.4%,表现出优异的电化学性能。     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl₂·6H₂O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500 mA·g^-1电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 mA·h·g^-1,容量保持率达86.6%;在10 A·g^-1的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 mA·h·g^-1。     

锂离子电池硅/热解聚苯胺复合负极材料的研究

以纳米硅为原料,聚苯胺（PANI）为碳源,通过球磨法和高温热解制备了硅/热解聚苯胺（Si/p-PANI）复合物作为锂离子电池负极材料,并研究了热解温度对复合材料性能的影响。采用XRD、SEM、TEM、FTIR及XPS方法对复合材料的结构、形貌和组成进行了表征;采用恒流充放电和CV等方法测试了材料的电化学性能。研究结果表明,Si/p-PANI可以抑制纳米硅颗粒之间的团聚,并形成良好的导电网络。700℃热解后得到的Si/p-PANI在400 mA·g^-1电流密度下循环50次,可逆比容量为1 051.1 mAh·g^-1,具有良好的电化学性能。     

利用表面改性制备磷酸锰锂/石墨烯锂离子电池复合材料

3-氨丙基三甲氧硅烷（APS）改性的磷酸锰锂纳米片与氧化石墨烯通过静电自组装,经喷雾干燥和高温煅烧,得到磷酸锰锂/石墨烯复合材料。APS修饰后的磷酸锰锂带正电荷,并可通过红外光谱中3-氨丙基和Si-O-C官能团的存在证明磷酸锰锂成功被APS修饰,使得其与带负电荷的氧化石墨烯自组装形成磷酸锰锂/石墨烯复合材料。测试结果表明约25 nm的磷酸锰锂纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面,石墨烯片层充当导电网络,提高了材料的电子电导率和锂离子扩散速率,缓解了LiMnPO₄在充放电过程中的体积变化。电性能测试发现,该材料的首次放电比容量为142.2 mA·h·g^-1,50个循环后容量保持率达到90.5%,较未经APS修饰的磷酸锰锂/石墨烯材料有大幅提高。     

AgO有序阵列结构电极材料的制备与表征

在浓氢氧化钠溶液中,通过电化学方法氧化银纳米颗粒制备得到AgO有序阵列结构电极材料。性能表征表明,所制备的AgO材料具有独特的直通孔阵列结构,有利于电解质溶液在孔隙中的扩散,可直接用作Al/AgO电池阴极,无需黏结剂等。与常规AgO阴极材料相比,同等条件下,以AgO有序阵列结构材料为阴极所组成电池的放电性能大幅提高,3 C倍率下质量比容量可达422.6 mA·h·g^-1,电极活性材料的利用率为97.8%,7 C倍率下质量比容量依然有387.8 mA·h·g^-1,活性物质利用率89.7%。同时,循环性能相比传统电极也得到大幅提升,在第10个循环时依然保持着405.2 mA·h·g^-1的质量比容量。制备方法易于操作且高效环保,有利于工业化生产;所得材料具有独特结构和性能优势。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂（x=0,0.04,0.08,0.12）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱（EIS）对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明：制备出的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%（即x=0.08）时,得到的正极材料Li_1.2Ni_0.16Mn_0.56Cr_0.08O₂具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^-1增加到246.6 mA·h·g^-1,在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^-1增加到104.2 mA·h·g^-1。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

Sb/Sb2O3/C复合纳米纤维膜制备与储锂性能研究

Sb作为锂离子电池负极材料具有较高的理论容量,但在合金/脱合金化过程中的体积粉化严重影响了其循环稳定性。本文首先合成了含锑MOF纳米片(Sb-MOF),并通过静电纺丝技术将其复合到纳米纤维中,经过热处理后制备了Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜。得益于Sb/Sb₂O₃在碳基质中的高分散性,所得复合纤维膜在锂离子电池中表现出优异的倍率和循环性能,具体表现为：在0.1 A g^-1和4 A g^-1电流密度下,可逆比容量分别为713 m Ah g^-1和352 m Ah g^-1;在1 A g^-1电流密度下循环500次后容量保持率为82.3%。优异的储锂性能、简单的工艺以及自支撑特性使得该Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜作为自支撑电极在锂离子电池领域具有较大的发展潜力。     

高安全性三甲基硅功能化碳酸丙烯酯电解液的合成及其在锂离子电池中的应用

设计合成了一种新型三甲基硅取代碳酸丙烯酯化合物(TMSPC),并对其化学结构、热性能、离子电导率、电化学窗口和燃烧性能进行了详细的表征。通过与商业电解液(1 mol·L^-1 LiPF₆/EC:DEC=1:1,体积比)互配组成电解液,30%(vol) TMSPC的添加能大大降低电解液的燃烧速率。同时,对LiFeO₄/Li半电池进行测试,在0.2 C倍率条件下,30%(vol) TMSPC的添加也能提高电池的循环性,未添加与添加TMSPC的LiFeO₄/Li 在110个循环后的容量分别为106 mA·h·g^-1和109 mA·h·g^-1,相应的容量保持率为81%和87%。     

WS2纳米结构的构筑及其储能性能研究

针对市场对于高性能储锂、储钠负极材料的巨大需求和解决金属硫化物存在的关键制约问题，设计并开发了一系列纳米棒、纳米块和微米球等不同形貌和纳米结构的硫化钨，研究了形貌和石墨烯表面修饰对硫化钨储能性能的影响。研究结果表明：相比于WS₂纳米块和WS₂微米球，WS₂纳米棒比表面积更大、结晶性更好，展现了更好的储能性能。进一步通过冷冻干燥法，在WS₂纳米棒表面包裹上一层石墨烯，有效地提升了所制硫化钨的循环稳定性和倍率性能。在500 mA·g^-1下循环500圈，其储钠放电容量仍保持在65.9 mAh·g^-1，在1 000 mA·g^-1下循环500圈，其储锂放电容量可保持在288.3 mAh·g^-1。     

多级结构MoS2/C复合材料的储锂性能

利用二硫化钼和葡萄糖为原料,采用一锅乙醇/水复合溶剂热-后热处理法制备了绣球花状结构MoS₂/C复合材料。考查了乙醇/水复合溶剂的合理组成和MoS₂/C复合材料中碳的合理含量,分别采用SEM和TEM表征了MoS₂/C材料的形貌结构,通过TGA测试和计算了材料中的碳含量。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了MoS₂/C复合电极的电化学性能。结果表明,MoS₂/C复合材料拥有多级花球状结构,缓解了MoS₂的团聚,使电极材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当V（乙醇）：V（水）为1：2,碳含量为50%时,MoS₂/C复合电极在200 mA·g^-1的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量达到762 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2000 mA·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。     

不同镍钴锰比对xLi2MnO3-(1-x)LiMO2正极材料的 结构和电化学性能的影响

以NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 mA·h·g^-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 mA·h·g^-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 mA·h·g^-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

Lithium Storage Performance of Hollow and Core/Shell TiO2 Microspheres Containing Carbon☆

TiO2 microspheres containing carbon have been synthesized viaa one-pot hydrothermal process using CTAB as the mesoporous template and nanoparticle stabilizer and Ti(SO4)2 and sucrose as titanium and ca...