网格结构SnO2纤维的制备及其储锂性能

采用静电纺丝技术由不同浓度纺丝液制备了SnO_2-PVP纤维,并分别在氩气和空气中煅烧后获得SnO_2纤维和SnO_2-C纤维。物化性能表征表明所合成的SnO_2纤维及SnO_2-C纤维具有特殊的网格结构,存在较多空隙能有效缓冲SnO_2充放电过程中剧烈的体积变化,因而样品具有比SnO_2纳米颗粒更好的储锂性能。SnO_2-C纤维中含有较多的C具有较好的倍率性能,但放电容量较低。SnO_2纤维具有较高的放电容量,同时具有较好的循环稳定性。在电流密度为0.4、0.8、1.6、2.4和4 A·g-1,10次循环后放电容量分别达到1 372、832、685、642和599 mAh·g~(-1),且当电流密度回落至0.4 A·g-1时放电容量可恢复到1 113 mAh·g-1;另外在电流密度1.6 A·g-1下充放电200次后纤维的放电容量仍可达到613 mAh·g~(-1)、库伦效率接近100%,表现出极好的倍率性能和循环稳定性。     

Co3O4/SnO2纳米空心管锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

采用静电纺丝的方法获得含有机物的纳米纤维CoCl_2/SnCl_4/PVP,通过高温退火去除有机物PVP,氧化SnCl_4和CoCl_2得到孔隙率高、具有单轴中空结构的Co_3O_4/SnO_2一维纳米材料。该复合材料在电流密度为100 mA·g~(-1)进行40次循环测试,首次放电容量与充电容量分别为1937 mAh·g~(-1)和1515 mAh·g~(-1),其容量远高于商业石墨的容量。通过不同电流密度下的倍率性能测试,表明该材料拥有快速充电的功能。     

金属有机框架衍生的高性能锂离子电池负极Co3O4/C复合材料

为克服Co_3O_4负极材料导电率低、循环稳定性差的缺点,选择Co_2(NDC)_2DMF_2(NDC=1,4-萘二甲酸根)为前驱体采用两步煅烧工艺,制备了具有高碳含量的Co_3O_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对样品进行了表征。采用热重分析法(TGA)测定了Co_3O_4/C中非晶态碳的含量。作为锂离子电池的负极材料,Co_3O_4/C具有高的可逆比容量、优异的循环性能(在200 m A·g~(-1)的电流密度下,循环200圈后放电比容量稳定保持在1 000 mAh·g~(-1))和良好的倍率性能(在100、200、500、1 000和2 000 mA·g~(-1)的电流密度下,放电比容量为分别1 076.3、976.2、872.9、783.6和670.1 mAh·g~(-1))。材料优异的电化学性能归结为有机配体衍生的高含量非晶态碳的导电和缓冲作用有利于电子的快速传递并有效减缓了金属氧化物充放电过程中的体积膨胀。     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构,形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

球磨辅助高温固相法制备Li1.0Na0.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其性能

以乙酸盐(乙酸锂、乙酸钠、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锰等)为原材料,采用球磨辅助高温固相法制备Li_(1.0)Na_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料。借助XRD、SEM等表征材料的结构和形貌,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能。结果表明,钠的掺杂导致颗粒表面光滑度降低,形成Na_(0.77)Mn O_(2.05)新相。0.05C活化过程中,掺钠样品和未掺钠样品首次放电比容量分别为258.4 m Ah·g~(-1)和215.8 m Ah·g~(-1),库伦效率分别为75.2%和72.8%;2C放电比容量分别为116.3 m Ah·g~(-1)和106.2 m Ah·g~(-1)。研究发现,掺钠可减小首次充放电过程的不可逆容量,提高容量保持率;改善倍率性能与容量恢复特性;降低SEI膜阻抗和电荷转移阻抗;掺钠后样品首次循环就可以基本完成Li_2Mn O_3组分向稳定结构的转化,而未掺杂的样品需要两次循环才能逐步完成该过程;XPS结果表明,掺钠样品中Ni~(2+)、Co~(3+)、Mn~(4+)所占比例明显提高,改善了样品的稳定性和电化学性能;循环200次后的XRD结果表明掺钠与未掺钠材料在脱嵌锂反应中的相变化过程基本一致,良好有序的层状结构遭到破坏是循环过程中容量衰减的主要原因。     

高振实密度圆饼状LiFePO_4/C的制备及电化学性能

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法一步合成圆饼状LiFePO_4,然后以葡萄糖为碳源与合成的LiFePO_4前躯体高温烧结得到碳包覆的LiFePO_4/C复合材料,其振实密度高达1.3 g·cm~(-3)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对LiFePO_4/C复合材料进行了物相和形貌表征,研究结果表明制备得到的LiFePO_4呈圆饼状,且生成的圆饼是由单晶LiFePO_4纳米片堆积而成。此外,LiFePO_4颗粒表面碳层包覆均匀。将制备的LiFePO_4/C用作锂离子电池正极材料,电化学性能测试表明其具有高的充放电比容量(在0.1C时放电,其初始放电比容量为157.7 mAh·g~(-1))与良好的循环性能(500次循环后容量保持率为82.4%)。     

碳和石墨烯对磷酸锰锂材料性能的影响

在采用溶剂热法制备磷酸锰锂的基础上,以蔗糖和石墨烯为碳源,制备了裂解碳和石墨烯含量不同的磷酸锰锂/碳/石墨烯复合材料,研究了裂解碳和石墨烯对材料性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的形貌进行了表征。裂解碳包覆可以提高LiMnPO_4纳米片表面的电子导电性,对于材料性能的改善起到主要的作用;石墨烯可以提高纳米片之间的电子和离子导电性,改善材料的电化学性能。电化学测试表明,当裂解碳含量为4%、石墨烯含量为2%时,LiMnPO_4电极具有较好的电化学性能,在0.5C下的放电比容量为139.1 m Ah·g-1,循环100次后,容量保持率为93.6%。与添加单一碳和单一石墨烯的LiMnPO_4电极相比,该电极在0.5C下的放电比容量分别提高了35.0%和48.6%。     

水洗和回烧工艺对高镍三元材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2微观结构及电化学性能的影响

以镍钴氢氧化物、异丙醇铝为原料,采用水解法合成三元前驱体Ni_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2,再与锂盐混合烧结得到正极材料(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线谱(EDS)和恒电流充放电测试等对样品的晶体结构、微观形貌、元素价态以及电化学性能进行表征。研究表明,料液比1∶25、水洗3次、600℃回烧2 h合成的LiNi_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2具有较优的综合电化学性能,其在0.2C的放电比容量达207.6 mAh·g~(-1),首次充放电效率为84.8%,1C放电比容量为192.0 mAh·g~(-1),循环100周后,材料的放电比容量仍有148.0 mAh·g~(-1),容量保持率达到77.1%。     

中空分级结构Fe3O4@C/rGO复合材料的合成及其储锂性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,Fe(NO_3)_3·9H_2O、异丙醇、甘油为原料,通过溶剂热法和后续热处理过程2步合成了Fe_3O_4@C/rGO复合材料,实现了碳包覆的Fe_3O_4纳米粒子自组装形成的分级结构空心球在氧化石墨烯片上的原位生长。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒流充放电等手段分析了材料的物理化学性能与储锂性能。结果表明,该复合材料在5.0 A·g~(-1)的电流密度下,仍有437.7 mAh·g~(-1)的可逆容量,在1.0 A·g~(-1)下循环200圈后还有587.3 mAh·g~(-1)的放电比容量。这主要归因于还原态氧化石墨烯(rGO)对碳包覆Fe_3O_4分级空心球整体结构稳定性和导电性的提高。     

碳酸盐共沉淀法可控制备超高倍率锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用碳酸盐共沉淀法通过调节NH_3·H_2O用量来实现可控制备超高倍率纳米结构LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料。NH_3·H_2O用量会对颗粒的形貌、粒径、晶体结构以及材料电化学性能产生较大的影响。X射线衍射(XRD)分析和扫描电镜(SEM)结果表明,随着NH_3·H_2O用量的降低,一次颗粒形貌由纳米片状逐渐过渡到纳米球状,且nNH_3·H_2O∶(nNi+nCo+nMn)=1∶2样品晶体层状结构最完善、Li~+/Ni~(2+)阳离子混排程度最低。电化学性能测试结果也证实了nNH_3·H_2O∶(nNi+nCo+nMn)=1∶2样品具有最优异的循环稳定性和超高倍率性能。具体而言,在2.7~4.3 V,1C下循环300次后的放电比容量为119 m Ah·g~(-1),容量保持率为81%,中值电压基本无衰减(保持率为97%)。在100C(18 Ah·g~(-1))的超高倍率下,放电比容量还能达到56 m Ah·g~(-1),具有应用于高功率型锂离子电池的前景。此NH_3·H_2O比例值对于共沉淀法制备其他高倍率、高容量的正/负极氧化物材料具有一定的工艺参考价值。     

PEG分子量对LiFePO_4/C纳米复合正极材料结构与电化学性能的影响

以聚乙二醇(PEG)为纳米结构控制剂和碳源,采用液相法合成了纳米复合正极材料LiFePO4/C,其结构与电化学性能经XRD,SEM和恒电流充放电测试等表征。考察了4种不同分子量的PEG对LiFePO4/C晶型结构、粒径、形貌及充放电性能的影响。结果表明:随着PEG分子量的增大,LiFePO4/C的粒径减小、电导率增大、电化学性能提高。以PEG 4000合成的LiFePO4/C(Fd)的粒径小于50 nm,电导率为8.58×10-4S.cm-1,0.1C倍率下首次放电比容量高达165.8 mAh.g-1,循环20次后容量无衰减;1C倍率下,首次放电比容量为108.1 mAh.g-1,表明Fd具有优良的倍率性能。     

α-氧化铁介孔纳米材料的制备及其在锂/钠离子电池中的电化学性能

采用硬模板法合成了具有六方排列的平行圆柱形有序孔道介孔α-氧化铁(α-Fe_2O_3),并将其用作锂离子、钠离子电池的负极材料。所制备的介孔α-Fe_2O_3凭借其独特的有序介孔结构,有效缓解电极在充放电过程中的体积效应,提高了电解液浸润性,促进锂/钠离子的转移和传输,从而在锂离子及钠离子电池中均表现出优异的电化学性能。作为锂离子电池负极时,其首圈放电比容量为983.9 mAh·g~(-1)。经过100次循环后,其放电比容量为1 188.0 mAh·g~(-1)。在钠离子电池中,其首圈放电比容量为687.7mAh·g~(-1)。经过50次循环后,仍有316.9 mAh·g~(-1)的放电比容量。     

碳包覆纳米SnSb合金作为高性能钠离子电池负极材料

采用喷雾热解法合成了碳包覆的SnSb/C合金复合材料,利用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对产物的物相和形貌进行了表征,其中SnSb/C颗粒为10 nm左右的复合材料(10-SnSb/C)作为钠离子电池负极时,表现出优异的循环和倍率性能。首圈放电达到722.1m Ah·g~(-1),首圈库仑效率86.3%,在100、1000、3000 m A·g~(-1)下比容量分别为607.7、645.4、452.2 m Ah·g~(-1),在1000 m A·g~(-1)电流下循环200周后可逆容量达到623 m Ah·g~(-1),容量保持率为95%。SnSb/C复合材料出色的储钠性能源于其完全被碳包裹的纳米结构,该结构可以有效提高活性物质的利用率,促进电子、离子的传导,并且抑制纳米粒子在长循环过程中的粉化和团聚。     

高容量有机正极材料杯[4]醌在离子液体中的储锂性能

选用理论容量高达446 mAh·g~(-1)的杯[4]醌(calix[4]quinone,C4Q)作为正极材料,研究其储锂性能。由于C4Q在常规有机电解液中的溶解问题会在一定的程度上限制其性能最大化,我们选用Li[TFSI]/[PY13][TFSI]([PY13][TFSI]:1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓双三氟甲基磺酰亚胺)离子液体电解液与C4Q进行匹配组装锂离子电池,较大程度地提升了其循环稳定性和倍率性能。在0.1C的电流密度下,循环100圈后的放电比容量为280 mAh·g~(-1),1 000圈后的容量保持率高达72%。当电流密度增加至1C时,放电容量仍有154 mAh·g~(-1)。     

熔盐法合成电化学性能优异的富锂层状正极材料Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)

采用氢氧化物共沉淀和熔盐法相结合的方法制备得到了电化学性能优异的富锂锰基Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)正极材料。借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、感应耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明该材料具有完善的α-NaFeO2层状结构(空间群为R3m)和较低的Li~+/Ni~(2+)阳离子混排。电化学性能测试表明该材料的首次不可逆容量损失较小,且倍率性能和循环稳定性能十分优异。具体而言,在2.0~4.8V,0.1C时的首次不可逆容量损失为50mAh·g~(-1)(首次库伦效率84%);在10C时的放电比容量还能达到102mAh·g~(-1);在0.5C下循环100次后,放电比容量为205mAh·g~(-1)(容量保持率90%)。     

锂离子电池新型正极材料xLiF-(Ni_(1/6)Co_(1/6)Mn_(4/6))_3O_4的制备及电化学性能研究

采用高能球磨法通过不同球磨时间制备xLiF-(Ni_(1/6)Co_(1/6)Mn_(4/6))_3O_4新型正极材料,并对材料进行石墨烯复合改性,提高其性能。结合X-射线衍射、扫描电镜、电化学性能测试和X-射线电子能谱对所制备的正极材料性能进行表征。结果表明,球磨24h的产物的放电比容量最高,为157. 3mAh·g~(-1)。此外,正极材料添加石墨烯能改善其电化学性能,当石墨烯复合量为20%,在室温、0. 05C(1C=250mAh·g~(-1))、1. 5～4. 8V下,材料首圈的放电比容量为235mAh·g~(-1),相较于无石墨烯的材料,在1C和5C倍率下,放电比容量分别提高到151和114 m Ah·g~(-1)。文中还分析了正极材料放电容量随截止电压的变化,确定了复合正极材料在高电压下有获得更高放电容量的潜力。     

纳米磷酸铁锂的制备及电化学性能研究

利用液相沉淀法合成了纳米级磷酸铁,并以此为铁源,通过碳热还原技术制备了粒径均匀的纳米级球形LiFePO4/C正极材料。经热分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及恒电流充放电测试,研究了纳米磷酸铁及纳米磷酸铁锂材料的结构、形貌以及电化学性能。实验结果表明材料的首次放电比容量达161.8 mAh.g-1(0.1C),库仑效率为98.3%;室温下在0.2C、0.5C、1C、2C及5C倍率充放电其首次放电比容量分别为156.5、144、138.9、125.6和105.7 mAh·g-1,材料具有较好的倍率性能。     

锂离子电池正极材料LiLa_x Mn_(2-x)O_4的高温固相合成及其电化学性能

以LiAc,MnAc2和LaCl3为原料,通过高温固相两段烧结合成法制备了4种LiLaxMn2-xO4(Fx,x=0,0.02,0.04,0.06),其结构和形貌经XRD和SEM表征。结果表明,LiLa0.02Mn1.98O4(即F0.02)为纯尖晶石结构,表面形貌为球形。采用活性炭为导电剂制备了Fx的锂离子电池正极材料(Ex),并用循环伏安法研究了Ex的电化学性能。结果表明,E0.02在0.1 C倍率充放电时的首次放电容量为75 mAh·g-1;0.5 C倍率循环充放电时,放电比容量为79 mAh·g-1;经过20次0.2 C倍率循环充放电时,容量保持在80 mAh·g-1。     

高容量梯度锂离子电池正极材料Li[Ni0.85Co0.08Mn0.07]O2的制备

通过改变金属离子的浓度比例,采用连续控制结晶法制备出镍钴锰金属元素连续浓度梯度变化的前驱体[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)](OH)_2。再与LiOH·H_2O混合,通过高温固相法得到全梯度材料Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2。XRD结果表明该梯度材料阳离子混排程度比纯相Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2更低,具有更好的层状结构。扫描电镜结果显示Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2具有球形形貌,粒径分布比较集中,颗粒平均粒径分布在11.5～12μm,切面元素扫描显示沿着球径方向从球心到外壳,镍含量越来越低,而钴锰的含量越来越高。越靠近颗粒表面,镍的含量越低,而钴锰的含量越高。电材料在0.1C放电倍率下首次放电比容量可达204.3 mAh·g~(-1),1C放电倍率的首次放电比容量为185.3 mAh·g~(-1),循环100次后,仍有164.7 mAh·g~(-1),容量保持率达89.17%。在高温55℃环境下,1C首次放电比容量可达202.7 mAh·g~(-1),容量保持率为85.84%,性能均好于纯相Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2。     

Nd3+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的改善

采用两步加热高温固相法合成了掺杂Nd3+的LiFe1-xNdxPO4/C复合材料(x=0,0.01,0.02,0.04,0.06,0.08).用TG-DSC对前驱体进行分析和SQUID(超导量子干涉仪)对样品中Fe3+的磁性测定,优化了合成工艺条件;采用XRD、FE-SEM、EDS等方法分析了样品的结构并对其电化学性能进行了测试.结果表明:LiFe1-xNdxPO4/C复合材料具有橄榄石型结构;当Nd3+的掺杂量6%(物质的量分数)、煅烧温度700℃、煅烧时间16h时,样品在0.2C(1C=170.0mA·g-1)电流密度下的最大放电比容量可达165.2mAh·g-1,循环100次后的容量保持率仍为92.8%,在1C、2C、5C下的最大放电比容量分别为146.8、125.7和114.8 mAh·g-1.通过测定样品在不同较低倍率下的放电比容量,采用外推法得出制备样品的实测理论比容量为168.7 mAh·g-1.