MnO/石墨烯复合材料的制备及其作为锂离子电池负极的研究

通过原位复合方法合成碳包覆MnO/石墨烯(C@MnO/GN)复合材料并探究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,MnO纳米颗粒(直径约为30~50nm)均匀分散在石墨烯片层上,且颗粒外面包裹一层厚度约为5nm的碳层.电化学测试结果表明该材料作为锂离子电池负极具有优异的倍率和循环性能.0.2和0.5A/g电流密度下,比容量分别为800和700mAh/g;10A/g电流密度下比容量仍能保持在372mAh/g;当电流密度调回0.5A/g时,其比容量仍能恢复到730mAh/g.该材料也表现出优异的循环性能,在5和10A/g电流密度下依次循环100圈,容量保持率几乎100%.     

CoMoO4水热法制备及其在锂/钠离子电池中的应用

碳基负极材料比容量低,无法满足高能量密度电池的需求.为了进一步寻找高容量长循环寿命的电池负极材料,采用水热反应法制备了自支撑CoMoO₄负极,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的结构、形貌进行表征,利用循环伏安法和恒电流充/放电等技术对比研究了材料在锂/钠离子电池中的电化学性能.结果表明,CoMoO₄负极在锂离子电池中的首次可逆比容量为1 403.6 mAh/g,首次库伦效率为146.5%,在100 mA/g电流密度下经50次循环后仍然高达793.6 mAh/g;而CoMoO₄负极在钠离子电池中首次可逆比容量仅为314.2 mAh/g,但经50次循环后容量保持率仍有76.4 %.该自支撑负极无需导电剂和粘结剂,电极材料与泡沫镍结合力强,具有优异的循环稳定性.     

FeTiO3/rGO复合材料的制备与电化学性能

以Fe-ZIF为模板合成了TiO₂@Fe-ZIF/GO前驱体,并通过进一步热处理获得锂离子电池FeTiO₃/rGO复合阳极材料。电化学测试结果表明,FeTiO₃/rGO复合材料在200mA/g电流密度下循环300圈后放电比容量为634mA·h/g,在1 000mA/g电流密度下循环400圈后放电比容量仍为536mA·h/g,并且表现出了优秀的倍率循环性能。这种优异的电化学性能归因于ZIF在石墨烯纳米片上的原位生长,使得石墨烯既起到导电框架的作用,又起到体积缓冲剂的作用,克服了过渡金属钛酸盐导电性差、以及多次循环过程中产生的不可逆晶型变化等缺点,提升了负极材料的储锂性能。     

硅碳复合结构对锂离子电池负极电化学性能的影响

以晶硅太阳能电池生产过程中的晶硅切削废料为原料、以壳聚糖(Chitosan, CTS)为碳源,通过液相包裹和低温热解工艺制备了具有较大孔隙的硅/硬碳复合材料(Si@CTS).对比研究了Si@CTS及Si@CTS混合石墨后(Si@CTS/G)分别作为锂离子电池负极的电化学性能.结果表明,具有孔隙和互联结构的Si@CTS负极首次放电比容量可达到1 672.8 mAh/g,首次库伦效率达到了84.45%;在循环100圈之后Si@CTS放电比容量保持在626.4 mAh/g.进一步,将Si@CTS作为高容量活性物质添加至石墨中,研磨混合后制得的Si@CTS/G复合负极表现出良好的稳定性,在循环100圈之后放电比容量为698.1 mAh/g,对高容量高稳定性硅碳负极批量化生产和应用具有重要意义.     

SnO_2/石墨烯负极材料的制备与电化学性能

为了提高锂离子电池锡基负极材料的比容量,以SnCl_4·5H_2O和石墨烯为原料,通过气相沉积法和高温烧结制备了SnO_2/石墨烯复合材料,并研究了不同烧结温度对SnO_2/石墨烯复合材料电化学性能的影响. SnO_2颗粒沉积并嵌入在石墨烯的层间,石墨烯的层状结构能够缓冲SnO_2的体积膨胀,进而有效提高材料的循环稳定性.利用电子扫描显微镜、X线能谱和X线衍射等表征方法和循环伏安等电化学性能测试方法对材料进行表征和分析.结果表明:当烧结温度为400℃时,材料的电化学性能最好,在电流密度为100 mA/g时,充放电循环50周后,其放电比容量仍能保持在716.6 mA·h/g;在电流密度为1 A/g时,放电比容量为431.9 mA·h/g.因此,该材料在商用锂离子电池领域具有潜在的应用前景.     

多元有机酸自组装硅碳复合材料用于高效储锂

相比于传统物理打浆式简易硅碳材料的复合，本工作利用自组装的方式让有机酸碳源材料与纳米硅粉进行内部结合，羧酸碳源保护层在抑制硅材料膨胀的同时，通过相互间串联起的网络增加导电性，得到稳定性更好的硅碳复合负极材料。该方法首先在纳米硅粉表面进行修饰，使其表面带上氨基，通过酰胺化反应，让柠檬酸与纳米硅键合。此外过量的碳源材料包附于外层，形成多个单纳米硅颗粒聚集的微米级多核卵壳型颗粒。这种结构使得该电极材料在电流密度500 mA/g下，经过600圈的长循环下具有1 073.4 mAh/g的比容量。在2 A/g的电流密度下，初始比容量为751.2 mAh/g,在300圈循环后比容量维持在573.0 mAh/g,容量保持率为76.3%。该实验工作为锂离子电池硅碳负极材料的合成提供了一种简单低成本的实用性合成思路。     

流变相法合成Li2ZnTi3O8的电化学性能

采用流变相法成功合成了尖晶石Li2ZnTi3O8.X射线衍射(XRD) 分析结果表明所合成的尖晶石颗粒结晶良好.扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,所得Li2ZnTi3O8粒径较小,分散较均匀.将所合成的样品作为锂离子电池电极材料,采用充放电测试和循环伏安测试研究了其电化学性能.电化学性能测试结果表明,该材料的放电比容量和循环性能都较好,在0.05～3.0 V 电压下,以100 mA/g进行充放电,首次放电比容量为234.6 mAh/g,100次循环后放电比容量仍保持在208.5 mAh/g.     

钴负载碳气凝胶的制备与电化学性能研究

以聚丙烯腈(PAN),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和钴盐为前驱体,通过对有机凝胶进行高温碳化得到钴负载碳气凝胶.利用X射线衍射谱(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),热重分析(TGA)和充放电测试对钴负载碳气凝胶进行结构、形貌和电化学性能的表征分析.结果表明,碳化温度影响产物的形貌及性能,其中700℃碳化的钴负载碳气凝胶钴颗粒分布最均匀,同时具有最好的电化学性能.在50mA·g^(-1)电流密度下,首次放电比容量高达983.1mAh·g(-1)电流密度下,首次放电比容量高达983.1mAh·g^(-1),经100周循环后,放电比容量仍保持在280.3mAh·g(-1),经100周循环后,放电比容量仍保持在280.3mAh·g^(-1);在500mA·g(-1);在500mA·g^(-1)大电流密度下,该材料放电比容量为105.4mAh·g(-1)大电流密度下,该材料放电比容量为105.4mAh·g^(-1),具有很好的倍率性能.     

Sb_4O_5Cl_2/RGO/C复合材料的溶剂热制备及其储锂性能测试

以葡萄糖为氧化石墨烯(GO)的还原剂和碳源,采用溶剂热法制备得到了Sb4O5Cl2/RGO/C复合材料,并首次将其用于锂离子电池负极材料进行充放电性能测试.结果表明,Sb4O5Cl2/RGO/C复合材料具有较高的可逆比容量和良好的循环性能,首次可逆比容量达636mAh·g-1,60次循环之后可逆容量仍保持在334mAh·g-1.同时,分别在100,200,500和1 000mA·g-1电流密度下进行充放电性能测试,可逆比容量分别为349,282,232和180mAh·g-1,呈现出较好的倍率性能.     

聚苯胺在LiFePO_4/C正极中的双重功能

锂离子电池(LIB)中正极活性材料的导电率σ都很低,要减小正极的极化程度,增大活性材料的比充、放电容量和充、放电电流密度,最有效方法之一是选用高导电率的导电剂,与粘结剂混合在一起在正极中组成良好的导电网络.测试结果表明:聚苯胺(PAn)的导电率(σPAn=18.39 S/cm)大于正极中常用导电剂乙炔黑(AB)的导电率(σAB=7.77 S/cm).以PAn作为正极活性材料,不添加其他导电剂,对其进行恒电流充、放电试验(电流密度I=15 mA/g)时,其第3循环的比放电容量D3=60.8 mAh/g,充、放电效率η3=94.56%,试验结果表明:PAn在正极中兼有导电剂和活性材料的功能.以LiFePO4/C含碳复合材料作为正极活性材料,以PAn替代AB作为导电剂进行了恒电流充、放电试验,在电流密度为15 mA/g,30 mA/g,45 mA/g,60 mA/g,75 mA/g,90 mA/g和120 mA/g时,LiFePO4/C的比充、放电容量都增加了,表明正极的极化程度减小了.正极在经过较大电流密度(120 mA/g)充、放电后,再以小电流密度(15 mA/g)进行充、放电时,比充、放电容量几乎没有变化,表明经大电流(120 mA/g)充、放电后LiFePO4/C的贮锂结构没有变化.     

锂离子电池材Li1＋xZnxMn2-xO4电化学性质研究

采用溶胶-凝胶法合成了Zn^2＋取代的锂离子电池正极材料Li1＋xZnxMn2-xO4。结构研究结果表明,用这种方法可以在比固相反应低得多的温度下得到单相的尖晶石且制得的材料粒度均匀,粒径大多在150nm左右。半电池循环测试结果表明,起始组成为x=0．06的样品性能最佳,其与锂片组成的半电池在3．0V-4．6V间,以0．10mA／cm^2的电流密度进行充放电的首次充、放电容量分别为131．4mAh／g和129．2mAh／g,经35次循环后容量仍保持在100mAh／g。     

CNTs对MH/Ni电池正极电化学性能的影响

采用化学气相沉积法制备碳纳米管,将碳纳米管作为添加剂掺杂制备MH/Ni电池正极,研究了正极中添加不同含量在不同充放电制度下对电化学性能的影响. 结果表明,在30 mA/g恒电流放电条件下,添加了碳纳米管的模拟电池放电性能并没有得到改善,而且比没有添加的要差些;但在60 mA/g恒电流放电条件下,添加碳纳米管的作用比较明显,添加量为质量分数1%的碳纳米管电化学性能较好,在第40和80次循环时放电容量分别为272.2 mAh/g 和260.3 mAh/g,而且放电平台比较平稳.     

MnO@CoMn_2O_4/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量,但因其电导率低,以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减.碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法,二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能.以MnO_2纳米线为模板制备出MnO_2@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构,再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn_2O_4纳米线复合材料(MnO@CoMn_2O_4@N-C).ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应,产生了氮掺杂碳,提升了导电性.当作为锂离子电池阳极材料时,MnO@CoMn_2O_4/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA·h/g,并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在925.8 mA.h/g,在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA·h/g,同时具有优异的倍率循环性能.这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构,以及氮掺杂碳的包覆.     

微波辅助水热合成高容量钼酸铋负极性能研究

通过水热合成法及微波辅助水热法制备出层状钼酸铋锂离子电池负极材料，利用X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安及交流阻抗测试等对样品进行了形貌表征及电化学性能测试，并考察了其在电池中的循环稳定性.相比水热法，微波辅助水热法合成的钼酸铋电荷转移电阻减小且容量提升，在电流密度为15 mA/g时容量可达674 mAh/g,且循环后库仑效率接近90%.     

生物炭负载金属硒化物复合材料的储锂性能

通过高温对膨化大米进行炭化处理得到米炭(Puffed Rice Carbon, PRC),以米炭(作为生物炭)和商业Sn、Se粉为原材料,采用高能球磨法在氩气保护气氛中球磨48 h,制备了SnSe/PRC锂离子电池负极材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜(含能谱分析)、恒流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗谱等技术对材料进行结构、形貌表征和电化学性能测试.结果表明:在高能机械力作用下,米炭与Sn、Se相互挤压形成合金/碳复合镶嵌结构,提升了体系的导电性能,缓冲了材料的体积膨胀效应,改善了纯合金相的结构稳定性.在电流密度500 mA/g、电压范围0.01~3.00 V条件下进行充放电循环,SnSe/PRC的首次放电比容量较高(704.00 mAh/g),经50次充放电循环后比容量稳定保持在608.90 mAh/g.该材料还具有良好的倍率性能,在较大电流密度下容量仍保持稳定,当恢复至初始电流密度时,容量能恢复到原有水平.利用环境友好且易制得的生物炭材料能有效地改善了SnSe的储锂性能,对金属硒化物在锂离子电池方面的应用有很好的参考价值.     

废弃印刷线路板浸出液中原位电沉积制备三维结构Cu6Sn5/CNTs合金薄膜电极

锡基材料因具有较高的理论容量而被认为是极具吸引力的锂离子电池负极材料。然而,由于合金化和去合金化过程中存在体积膨胀效应,使得电池容量迅速衰减,限制了其实际应用。本文采用废弃印刷线路板（WPCBs）浸出液作为电沉积液,通过原位电沉积法制备无粘结剂的铜锡合金/碳纳米管（Cu₆Sn₅/CNTs）合金薄膜电极,并探究了电沉积液中碳纳米管（CNTs）浓度对合金薄膜电极的影响。实验结果表明,当电沉积液中CNTs浓度为0.2 g·L?1时,易团聚的Cu₆Sn₅合金纳米颗粒均匀分布在CNTs形成的三维网状结构中,这使得Cu₆Sn₅/CNTs-0.2合金薄膜电极组装的电池表现出优异的循环性能和倍率性能,在100 mA·g?1的电流密度下循环50次后,放电比容量为458.35 mAh·g?1,容量保持率为82.58%;在0.1、0.2、0.5、1.0和2.0 A·g?1的电流密度下放电比容量分别为518.24、445.52、418.18、345.33和278.05 mAh·g?1。该研究不仅为锂离子电池负极材料的制备提供了参考,还为资源化利用废弃印刷线路板提供了一种经济有效的策略。     

溶剂热法构建层状二硫化钒纳米片——一种高效稳定的钠离子电池负极材料

利用简单的溶剂热合成法制备层状二硫化钒纳米片,并对其作为钠离子电池负极材料进行了性能研究.结果表明:层状二硫化钒纳米片用于钠离子电池负极时,在电流密度为200mA/g的50次循环后,比容量最高可达238.4mAh/g.首圈库伦效率为78.0%,随后第二圈的库伦效率又增长为97.3%,整体稳定性好.     

Fe-B在碱性电池中的电化学性能研究

采用化学还原法制备Fe-B,并对其进行了P元素的掺杂以作为对比.所合成的硼化物在KOH碱性溶液中具有较高的一次放电容量.在30 mA/g的电流密度下,Fe-B和Fe-P-B的首次放电容量分别为247 mAh/g和278 mAh/g,表明P元素的掺杂提高了Fe-B的首次放电比容量.     

蔗糖辅助燃烧法制备纳米锂离子电池正极材料Li1.1 Mn2 O4

采用蔗糖辅助燃烧法制备了富锂型锂离子电池正极材料Li1.1Mn2O4, XRD表明合成的Li1.1Mn2O4样品具有完整的尖晶石结构. SEM显示样品是由纳米粒子组成. 0.5 C 初始放电比容量为115 mAh/g, 10 C放电比容量可达109 mAh/g. 10 C倍率下循环200次容量保持率为90%. 实验结果表明该材料倍率和循环性能均优良.     

兰炭基活性炭材料的制备及其电化学性能

以兰炭为原料,KOH为活化剂,利用微波辐射对兰炭进行脱氢、炭化、活化制备活性炭材料.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR),透射电子显微镜(TEM)等手段对材料的结构和形貌进行表征.通过恒流充放电、循环伏安(CV)对材料的电化学性能进行测试.结果表明:兰炭基活性炭用于锂离子电池负极材料具有优异的循环稳定性和良好的库伦效率.材料在充放电电流密度为200mA·g-1时,首次放电比容量达1 850mAh·g-1,循环60周后容量仍然保持在713.8mAh·g-1.