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。     

纳米b-Ni(OH)2的制备及其储锂性能

以Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH为原料采用化学沉淀法制备了Ni(OH)₂电极材料。采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了样品的微观结构,结果表明该样品是具有片状纳米次级结构的β-Ni(OH)₂。采用循环伏安(CV)和电化学充放电测试研究了该β-Ni(OH)₂样品的储锂性能,结果发现该样品作为锂离子电池负极材料具有非常高的储锂活性,在50 mA·g^-1电流密度下其第3次循环放电比容量高于1550 mA·h·g^-1;样品电极中的碳含量对其循环性能和倍率性都有显著影响,通过交流阻抗(EIS)测试分析了样品电极中碳含量的作用机理。     

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。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

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。     

石墨烯/δ-MnO2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO₂复合材料,并用X射线粉末衍射（XRD）、低压氮气吸附脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、热重（TGA）对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试（CV）、恒电流充放电（GCD）以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g^-1（99.6%）,说明该方法制备的RGO/δ-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

秸秆基碳材料在Li2SO4电解液中的电化学性能

以生物质秸秆为碳源,利用水热结合KOH活化法制备了多孔碳材料,对其结构与形貌进行了表征。采用三电极体系,在不同浓度的Li₂SO₄电解液中,对多孔碳电极进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试。结果表明,在0.5 mol·L^-1的Li₂SO₄电解液中,秸秆基生物质碳材料呈现出较好的电化学性能。当电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容可达224 F·g^-1;经1500次充放电测试后,比电容保持率高达94.1%,循环性能良好。     

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 mA·h·g^-1（1 C）电流密度下循环1000次后比容量仍高达1603 mA·h·g^-1;在67 A·g^-1（16 C）的高倍率下,比容量仍有310 mA·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。     

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。     

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。     

CuFe类普鲁士蓝/MnO2纳米片复合材料的电化学性能

采用共沉淀合成法，将CuFe类普鲁士蓝(CuHCF)与不同质量的MnO₂纳米片结合，构建CuHCF/MnO₂复合材料来提高电化学性能。利用扫描电镜、X射线粉末衍射仪和红外光谱对CuHCF/MnO₂的形貌和微观结构进行分析，并用循环伏安法和电流充放电法评价其电化学性能。结果表明：由于CuHCF和MnO₂纳米片良好的协同效应，CuHCF/MnO₂-1电极在1 A·g^-1电流密度下比容量最高为260.9 F·g^-1,优于单独的CuHCF和MnO₂电化学性能。     

片状LiFePO4/C正极材料制备及其电化学性能研究

在温和的反应条件下，使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)成功合成了片状二水磷酸铁，并将其与氢氧化锂、柠檬酸球磨混合，采用碳热还原法制备了具有纳米厚度的片状LiFePO₄/C电极材料。研究了SDBS对磷酸铁形貌以及LiFePO₄/C电极材料电化学性能的影响。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和充放电测试等技术手段，对合成样品的物相、形貌和电化学性能进行了分析测试。电化学测试表明，在25℃，2.0～4.2 V电压范围条件下，使用片状二水磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C样品，在0.1 C下放电比容量高达166.4 mA·h·g^-1，且首次库仑效率达到99.6%，在1 C下循环500次容量保持率为99%，表现出了优异的电化学性能。     

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。     

Mxene增强LiFePO4电池正极材料性能研究

在水热法合成LiFePO₄和HF刻蚀合成Mxene(金属碳/氮化物)的基础上,通过湿化学法制备了不同Mxene含量的Mxene/LiFePO₄复合正极材料,并对其物相、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,Mxene纳米片在LFP颗粒中的负载,使得LiFePO₄和Mxene之间通过“点到面”的导电模式在复合电极中构建高效导电网络,提高LiFePO₄正极材料的电子导电性。同时,Mxene二维层状结构的特点缩短了锂离子在正极材料中的扩散路径。因此,Mxene/LiFePO₄正极材料表现出良好的电化学性能,包括离子导电性和电子导电性等。其中,3%Mxene的负载,在0.1、1和5C充放电倍率下,首次放电比容量分别为159.3、136.8和100.2 m Ah·g^-1,表现出良好的循环稳定性。     

多孔碳负载五氧化二铌及其在超级电容器中的应用

以间苯二酚、甲醛和草酸铌为原料,通过原位聚合和高温煅烧,制备出多孔碳负载的五氧化二铌（Nb₂O₅）材料。X射线粉末衍射和扫描电镜分析表明,负载在多孔碳表面上的五氧化二铌具有三维纳米凸起结构,属于正交晶型。循环伏安测试表明该复合材料的比电容达到290 F·g^-1,并具有良好的大电流放电能力,5 A·g^-1的放电电流下,容量可以达到108 F·g^-1。0.5 A·g^-1的首次放电容量为355 F·g^-1 （1.0~3.0 V vs. Li⁺/Li）,100次循环后容量保持率为82%。通过对交流阻抗图谱和等效电路的模拟分析,对其电化学赝电容特性进行了讨论。该复合材料降低了电解液中离子在充放电过程中的迁移路径和扩散阻力,实现Nb₂O₅活性材料的多维度接触,提高了Nb₂O₅的导电性,改善了其超级电容特性。     

花状Ni(OH)2的制备及其电化学性能研究

以NiCl₂·6H₂O和NH₃·H₂O为原料,采用简单的水热法,借助表面活性剂CTAB成功合成了β-Ni(OH)₂。研究表明,该材料具有以纳米片相互穿插构成的花状分层微米球结构,比表面积高达45 m²?g^-1。电化学测试表明材料具有良好的电化学性能,在3 A?g^-1的充放电电流密度下,Ni(OH)₂的比容量达到505 C?g^-1,在超级电容器领域具有良好的应用前景。     

MOF衍生的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料的制备与电化学性能研究

为提升超级电容器电极材料的电化学性能,在泡沫镍(NF)上以MOF为模板制备出NiCoP/C导电骨架,后将超薄NiMn-LDH纳米片沉积其上,制备得到核壳结构的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料。电化学测试结果表明,MOF模板的高比表面积、独特的核壳结构和NiCoP/C与NiMn-LDH之间的协同作用有利于电极材料性能的提升。制备得到的NiCoP/C@NiMn-LDH电极在1 A·g^-1下比电容可达2 278.0 F·g^-1;循环2 000圈后电容保留率为93.7%。     

Cr掺杂VO2(B)正极材料的合成及其电化学性能

采用水热反应法,在合成过程中通过向反应体系中添加Cr（NO₃（₃·9H₂O,制备出了Cr掺杂的VO₂（B（。结合XRD、XPS、FESEM、EDS和FTIR等表征手段,研究了不同掺杂量对目标产物物相、结构和形貌的影响。电化学性能研究表明,当掺杂量（原子百分比,下同）为0.49%时,VO₂（B（正极材料具有最佳的可逆容量和循环稳定性,其在电流倍率为0.1C时,样品的首次放电比容量为282 mA·h·g^-1,较未掺杂样品高出36 mA·h·g^-1,50次循环后,其放电比容量仍高达189 mA·h·g^-1,容量保持率为67%,明显优于未掺杂样品（60.6%）。EIS和CV研究显示,当掺杂量为0.49%时,VO₂（B（电荷转移电阻和电化学反应极化明显降低,此进一步诠释了其优异的电化学性能。     

Li2ZrO3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的复合材料及其电化学性能

以Zr（NO₃）₄·5H₂O和CH₃COOLi·2H₂O为原料,采用湿化学法,将Li₂ZrO₃包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池正极材料的表面,研究Li₂ZrO₃不同包覆比例对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li₂ZrO₃层均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%（质量分数） Li₂ZrO₃包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g^-1、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g^-1,其容量保持率达到91.77%,表现出良好的循环稳定性。循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）测试结果表明,Li₂ZrO₃包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应,减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗,从而提高了材料的电化学性能。     

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。