1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液对锂硫电池正极材料单质硫的电化学性能影响

测试了二元和多元溶剂组分的1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液的粘度、离子电导率和单质硫的溶解度. 研究结果表明, 由较强的给电子能力溶剂组成的低粘度电解液较容易提高单质硫的氧化还原反应活性和可逆性能, 有利于提高单质硫在2.10 V附近的低放电平台电位和放电比容量. DOL-DME LiCF3SO3电解液能够较好地改善单质硫电极的表面钝化层结构, 促进电活性物质离子扩散和降低界面电荷传递阻抗, 从而表现出很好的放电倍率特性. 在室温下充放电流密度分别为0.1和0.2 mA/cm2时, 单质硫的首次放电比容量为792 mA·h/g, 第29次放电比容量达到412 mA·h/g.     

微孔碳@硫复合材料的制备及其锂硫电池性能

针对锂硫电池研究中硫单质电导率低和多硫化锂易溶解于电解液的问题,制备了一种核壳结构的碳纳米管(CNT@C)作为硫载体,碳纳米管外壳包覆的碳层中的微孔能吸附多硫化锂,从而抑制多硫离子扩散.X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明硫均匀负载在核壳结构碳纳米管上.电化学测试结果表明这种核壳结构的复合材料有较高容量和良好的循环性能.     

硫/介孔碳复合正极材料的制备与表征

以经加热处理的单质硫与由模板法制备的介孔碳合成一种硫/介孔碳复合材料(S/C).结构和电化学性能测试表明,介孔碳能有效提高硫电极的电化学反应活性、限制硫电极中间产物在电解液中的溶解流失,从而使S/C复合电极具有高的比容量、良好的倍率放电性能和稳定的循环性能.在800mA/g的高电流密度下,硫电极的首周放电比容量达到1234mAh/g;循环100周后,比容量仍保持在800mAh/g以上.     

碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯(CNTs/GO)为主体材料, 通过化学还原法制备了CNTs/GO 负载硫的复合正极材料CNTs/GO/S. 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表明, CNTs 均匀插层在GO片间, 从而形成三维多孔结构, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在CNTs/GO 表面. 电化学测试表明,CNTs/GO/S复合材料具有高的比容量和良好的循环稳定性: 在1C倍率电流密度下, 复合材料首次放电比容量高达904 mAh·g^-1, 经过50圈循环之后, 复合材料的比容量仍保持在578 mAh·g^-1.     

离子液体在制备金属氧化物纳米材料中的应用

总结了近年来在离子液体中制备金属氧化物纳米材料的新方法以及离子液体在金属氧化物纳米材料制备方面的应用及发展趋势.目前,对于制备纳米金属氧化物,离子液体主要是作为电解液、表面活性剂;其未来的发展趋势是离子热合成和集模板-溶剂-反应物于一身的离子液体反应.     

PP14TFSI离子液体在可充镁电池电解液的应用

制备了可充镁电池电解质苯酚基镁盐,以四氢呋喃（THF）与N-甲基-N-丁基-哌啶-双三氟甲基磺酰胺（PP14TFSI）离子液体混合物代替四氢呋喃作为该电解质的溶剂. 当THF与PP₁₄TFSI体积配比为1:1时,该苯酚基镁盐电解液镁可逆溶出性能最佳,电化学窗口宽（2.7 V vs. Mg）,离子电导率高（7.77 mS·cm^-1）. 此外,热重测试表明离子液体的加入大大降低了THF溶剂的挥发性,提高了可充镁电池的安全性能. 四氢呋喃 + N-甲基-N-丁基-哌啶-双三氟甲基磺酰胺混合溶剂有望作为可充镁电池电解液的首选溶剂.     

五种1-烷基-2,3-二甲基咪唑型离子液体的合成及作为Li/LiFeO_4电池电解液的研究

合成了五种新的1-烷基-2,3-二甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺离子液体(alkyl-DMimTFSI).以离子液体作为Li/LiFeO4电池电解液,分别考察不同烷基(正丁基、正戊基、正辛基、异辛基和正癸基)对电解液理化性质、界面性质和电池行为的影响.结果表明离子液体的电化学窗口都可以达到5.6V(-0.4～5.2Vvs.Li+/Li),显示它们具有较好的电化学稳定性.加入碳酸亚乙烯酯作为添加剂后,离子液体电解液在Li负极形成稳定的固体电解质相界面膜(SEI),从而提高了Li负极的稳定性,保护了Li片不受腐蚀.电化学阻抗和循环伏安分析进一步揭示LiFeO4正极与离子液体电解液也有良好的兼容性.此外,研究还表明离子液体中烷基种类严重影响它们的电池行为.采用butyl-DMimTFSI和amyl-DMimTFSI电解液体系的电池充放电容量和可逆性明显优于另外三种离子液体,它们的首次放电容量分别达到145和152.6mAh/g,并表现出良好的充放电循环性能.因粘度最大,采用isooctyl-DMimTFSI电解液的电池首次放电容量仅为8.3mAh/g,但添加碳酸丙烯酯(质量比1∶1)稀释后首次放电容量上升至132.4mAh/g.     

离子液体中电沉积半导体材料的研究

离子液体具有稳定性高、溶解性好和电化学宽窗口等优点,是理想的电解液。在离子液体中,可以得到在水溶液或其他有机电解液无法沉积的半导体材料,并且离子液体电沉积方法简便灵活,可以控制半导体材料的形貌和尺寸,在制备纳米半导体的领域中具有非常重要的现实意义。本文介绍了离子液体的性能特点,并综述了几种离子液体中电沉积半导体材料。其中包括单质半导体薄膜材料(S、iGe、Te、灰Se等),以及在光电子领域具有广阔应用前景的各种直接带隙的半导体化合物(GaAs、InSb、ZnTe等)。最后,提出离子液体电沉积方法与模板法相结合,制备Si、Ge纳米线,并可以辅助胶体晶体模板法制备光子晶体,为获得完全带隙的光子晶体材料提供了新的技术路线。     

离子液体在金属-空气电池中的应用研究进展

金属-空气电池能量密度大、成本低、无污染、可循环利用,是新能源汽车领域技术发展的重要方向.离子液体具有高的热稳定性、宽的电化学窗口、可以忽略的蒸气压、易于循环利用、无毒等优点,成为金属-空气电池研究中崭新的液体介质.将离子液体作为电解液应用于金属-空气电池体系,有望解决传统溶液体系存在的能量转化效率低、电解液干涸等技术难题,是一种极具研究价值的绿色新工艺.常见的金属负极有锂、锌、镁、铝、钠和硅.本文综述了离子液体作为电解液在这6种金属-空气电池中的应用研究进展和面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望.     

隔膜对BMImBF_4离子液体电解液中镁沉积-溶出性能的影响

研究了实验扣式电池中Celgard2400,Celgard2500,ENTEK ET20-60,TEKLON UH2054以及一种玻璃纤维隔膜对含有0.5mol·L-1Mg(CF3SO3)2的BMImBF4离子液体电解液中镁的电化学沉积-溶出性能的影响.通过扫描电镜对五种隔膜的表面形貌进行了分析,吸液实验比较了不同隔膜对Mg(CF3SO3)2/BMImBF4离子液体电解液的吸液性能,交流阻抗技术测定了隔膜的电导率,恒电流充放电测试研究了扣式电池中镁的沉积-溶出性能.在这五种隔膜中,虽然玻璃纤维隔膜的机械强度较差,但该材料对Mg(CF3SO3)2/BMImBF4离子液体电解液有较好的吸液性和液体保持性,特别是具有高的离子电导率,有利于大电流下镁的沉积-溶出.     

Facile synthesis and performance of polypyrrole-coated sulfur nanocomposite as cathode materials for lithium/sulfur batteries

In situ chemical oxidation polymerization of pyrrole on the surface of sulfur particles was carried out to synthesize a sulfur/polypyrrole （SIPPy） nanocomposite with core-shell structure. The composite was characterized by elemental analysis, X-ray diffraction, scanning/transmission electron microscopy, and electrochemical measurements. XRD and FTIR results showed that sulfur well dispersed in the core-shell structure and PPy structure was successfully obtained via in situ oxidative polymerization of pyrrole on the surface of sulfur particles. TEM observation revealed that PPy was formed and fixed to the surface of sulfur nanoparticle after polymerization, developing a well-defined core-shell structure and the thickness of PPy coating layer was in the range of 20-30 nm. In the composite, PPy worked as a conducting matrix as well as a coating agent, which confined the active materials within the electrode. Consequently, the as prepared SIPPy composite cathode exhibited good cycling and rate performances for rechargeable lithium/sulfur batteries. The resulting cell containing SIPPy composite cathode yields a discharge capacity of 1039 mAh·g^-1 at the initial cycle and retains 59% of this value over 50 cycles at 0.1 C rate. At 1 C rate, the SIPPy composite showed good cycle stability, and the discharge capacity was 475 mAh·g^-1 after 50 cycles.     

介孔碳/硫复合材料(CxSy)与室温钠硫电池

通过熔融扩散法合成了一系列不同含硫量的有序介孔碳（CMK-3）/硫复合材料（C_xS_y）. 采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、比表面积测定仪（BET）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）分析、表征和观察样品. 将复合材料组装成钠硫电池,室温下测试电化学性能. 循环伏安（CV）曲线结果表明,室温钠硫电池在1.61 V处有一个还原峰,对应于Na₂S_x(x = 2 ~ 5)的形成;在1.82 V和1.95 V分别有一个氧化峰,对应于Na₂S_x(x = 2 ~ 5)的分解. 50 wt%硫含量（C₁S₁）电极0.05C（1C=558 mA·g^-1）倍率首周放电容量500 mAh·g^-1,50周期循环比容量为305.6 mAh·g^-1. 交流阻抗数据拟合计算其表观活化能为21.83 kJ·mol^-1. 本研究可为室温钠硫电池多孔电极材料的研究提供一定的指导作用.     

PEG包覆涂层对含碳纤维导电剂的锂硫正极材料的影响

通过球磨混合及聚乙二醇（PEG）包覆处理制备含有高模量碳纤维（HMCF）的硫基复合材料.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌,采用X-光电子扫描能谱（XPS）验证了PEG包覆在材料的表面,较系统地研究了PEG含量对含有高模量碳纤维的硫正极比容量、循环稳定性和倍率性能等性能的影响.结果表明：和常用的导电剂乙炔黑(AB)相比,HMCF导电剂具有结晶度高,接触角小,吸液性能好等优点.当PEG涂层量为1.09%时,硫正极初始放电容量为1312.5 mAh·g^-1,在电流密度为200 mA·g^-1充放电时,50次循环以后可逆容量保持为650 mAh·g^-1,和没有PEG涂层相比,循环稳定性提高了39.9%.     

利用升华物质2,4,6-三异丙基-1,3,5-三氧杂环己烷作模板剂制备聚苯胺包覆的中空硫电极材料

本文首次提出采用升华物质为模板,制备聚苯胺包覆的中空硫电极材料. 首先通过Na₂S₂O₃和稀HCl反应,在具有升华特性的ADD(2,4,6-三异丙基-1,3,5-三氧杂环己烷)微粒表面沉积一层S,然后在S的表面再沉积聚苯胺包覆层. 在经60 ^oC干燥12小时后,其中的ADD自然挥发,得到聚苯胺壳体包覆的中空硫复合物. SEM、TEM和TG分析表明,制得的聚苯胺包覆中空硫的粒径约为2 μm,硫含量为61.1%. 在500 mA·g^-1充放电电流下,首次放电比容量为776.2 mAh·g^-1,库仑效率为95.9%. 100次充放电循环后,放电比容量为524.7 mAh·g^-1. 由于聚苯胺包覆物的聚苯胺膜具有抑制聚硫锂向外的扩散作用,以及包覆物中的空间对放电时S的膨胀具有缓冲作用,聚苯胺包覆中空硫粉末的放电比容量和充放电稳定性均明显高于未包覆聚苯胺的中空硫和化学制备的硫. 这种制备导电聚合物包覆中空硫的新方法具有操作简单、成本低廉的优点,有进一步发展的前景.     

Application of diatomite as an effective polysulfides adsorbent for lithium-sulfur batteries

The lithium–sulfur batteries show the great potential to be the most promising candidate for high energy applications. However, the shuttling of soluble polysulfides deteriorates the battery performance tremendously. To suppress the diffusion of soluble polysulfides, diatomite that has abundant natural three-dimensional ordered pores is incorporated into the cathode to trap polysulfides. The composite cathode material(S-DM-AB for short), including sulfur(S), diatomite(DM), and acetylene black(AB) is prepared by an impregnation method. For comparison, another composite cathode material(S-AB for short) including sulfur and acetylene black is also prepared by the same method. The battery with S-DMAB composite cathode material delivers a discharge capacity of 531.4 m Ah/g after 300 cycles at 2 C with a capacity retention of 51.6% at room temperature. By contrast, the battery with S-AB composite cathode material delivered a capacity of only 196.9 m Ah/g with a much lower capacity retention of 18.6% under the same condition. The addition of diatomite in the cathode is proved to be a cheap and effective way to improve the life time of the lithium sulfur batteries.     

硫在不同碳载体材料中的电化学性能研究

为了探索碳载体材料结构对于硫的电化学性能的影响,本文通过高温固相法将升华硫与石墨烯、导电炭黑、多孔碳等三种不同结构的碳载体材料复合,制备得到硫含量相近的三种硫碳复合材料. 通过电镜扫描、低温氮吸附、X射线衍射等方法,对所制备的硫碳复合材料的结构和硫的分布状态进行了表征和分析. 并进一步对三种复合材料进行了电化学性能测试,结果表明,硫负载到多孔碳中的电化学性能最好,其初始放电比容量达到了1623.2 mA·h·g^-1,循环100周之后,其放电比容量仍能保持在845 mA·h·g^-1. 这主要因为相比于石墨烯的层状结构和导电炭黑的链状结构,多孔碳材料中含有大量的微孔和介孔,负载硫后,与硫分子的接触面积大,活性物质的利用率高,从而提高了硫的电化学性能.     

Interconnected nitrogen-doped carbon nanofibers derived from polypyrrole for high-performance Li/S batteries

Interconnected nitrogen-doped carbon nanofibers (INC) prepared through the carbonization of polypyrrole (PPy) precursor is designed as scaffold to load sulfur. The BET measurement showed that INC possessed abundant mesopores with a relatively high specific surface area and a large total pore volume. The sulfur/INC (S/INC) composite was synthesized by a melt-diffusion of sulfur nanoparticle into INC network. Transmission electron microscopy showed the formation of a nanofiber structure with uniform sulfur coating on the surface of INCs. When tested as cathodes for Li/S batteries, a high initial discharge capacity of 1173 mAh g^–1 and a reversible capacity of 702 mAh g^–1 after 50 cycles at 0.1 C are achieved, which ascribe to the chemical and physical adsorption properties of mesoporous and nitrogen-doped INC.     

Synthesis and electrochemical performance of sulfur–carbon composite cathode for lithium–sulfur batteries

In this paper, porous carbon was synthesized by an activation method, with phenolic resin as carbon source and nanometer calcium carbonate as activating agent. Sulfur–porous carbon composite material was prepared by thermally treating a mixture of sublimed sulfur and porous carbon. Morphology and electrochemical performance of the carbon and sulfur–carbon composite cathode were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectra (EIS), and galvanostatic charge–discharge test. The composite containing 39 wt.% sulfur obtained an initial discharge capacity of about 1,130 mA?h g^?1 under the current density of 80 mA?g^?1 and presented a long electrochemical stability up to 100 cycles.     

孔道有序排列高容量S@C复合电极材料的制备及电化学性能

用氨水对木材进行预处理, 去除其中的木质素, 再经过高温碳化和活化处理, 得到孔道有序排列的多级孔径三维碳材料, 于150 ℃下熔融吸附硫, 得到高容量 S@C复合电极材料. 扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱及表面吸附实验等测试结果表明, 该碳材料呈现各向异性多级孔径的三维结构, 孔道与树干生长方向平行有序排列; 经过KOH活化后的碳材料孔道内壁上出现较多微孔, 从而具有较大的孔容和比表面积. 以S@C复合材料作正极组装了锂/硫电池, 电化学性能测试结果表明, 电池首次放电比容量达1595 mA·h/g, 接近于硫电极材料的理论比容量1670 mA·h/g.