碳包覆硅/石墨复合材料的制备及其电化学性能

本文以工业硅粉(600目)为原料,通过高能球磨和热解包碳方法制备了碳包覆纳米硅,在此基础上采用简单的机械球磨方法制备了碳包覆/石墨复合材料,并系统研究了碳包覆量及硅/石墨比例对碳包覆硅/石墨复合材料电化学性能的影响.与商业纳米硅粉/石墨复合材料相比,工业硅粉/石墨复合材料的循环性能及倍率性能均得到改善.通过高能球磨和热处理法得到的碳包覆材料为无定形碳和晶态硅材料的复合,所获碳包覆硅材料一次颗粒的粒径在100～200 nm左右.碳包覆量对材料的电化学性能有着重要影响,Si/C-2-1复合材料表现出高的可逆比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,在0.1C倍率下,可逆比容量高达492.6 mA h·g~(-1),循环100周后容量保持率达85.8%,1C电流密度下放电比容量达369.7 mAh·g~(-1),为0.1C的73.9%.提高碳包覆硅/石墨复合材料中硅含量的比例可以提升其比容量,当硅含量达到20%时,Si/C-2-3复合材料在0.1C倍率下可逆比容量达到600.4 mAh·g~(-1),但材料循环性能有所下降,说明石墨在稳定硅/碳复合材料循环性能方面发挥着非常重要的作用.     

碳纳米管网/聚苯胺复合材料的制备及电化学储能性能

分别采用粉末碳纳米管(CNT)和带连接点的碳纳米管网(CNTN)为模板,通过与聚苯胺(PANI)有限域聚合得到了CNT/PANI和CNTN/PANI 2种复合材料.采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对材料的形貌进行了表征,采用氮气吸附-脱附分析研究了材料的孔结构参数,运用双电四探针测试仪对材料的导电性能进行了测试,利用恒流充放电、循环伏安、循环寿命及交流阻抗等电化学测试手段表征了材料的电化学储能性能.结果表明,CNTN/PANI复合材料比CNT/PANI复合材料表现出更好的导电性能和电化学储能性能,其放电比容量可达到143.2 F/g(有机电解液).     

锂离子电池用硅/碳复合负极材料

以聚氯乙烯（PVC）、纳米硅粉和小粒径的人造石墨为前驱物,利用高温热解 反应,使纳米的硅和石墨微粒高度均匀地分散在PVC热解产生的碳中,形成一种新 型硅碳复合嵌锂材料,电化学测试表明：该复合材料首次充放电效率约为84%。可 逆比窝容量500mAh·g~（-1）左右,30次循环后容量维持在90%以上。另外,该复 合材料充放电平台经目前锂离子电池广泛采用的中间相碳微球（CMS）高0.15V左右 ,这有助于提高电池的充电倍率性能和操作安全性。     

电化学混合电容器用新型聚吡咯/介孔碳纳米复合电极

采用介孔碳CMK-3作为载体,通过化学原位聚合的方法制备出一种新型的聚吡咯/介孔碳(PPy-CMK-3)纳米复合材料.将该纳米复合材料作为正极,配以介孔碳CMK-3为负极和1.0mol·L-1NaNO3中性电解液,组装成为电化学混合电容器.电化学测试表明:在5.0mA·cm-2电流密度和1.4V充放电电位条件下,其放电比容量达57F·g-1,电容器功率密度为2.5×102W·kg-1,能量密度达17Wh·kg-1.当电流密度从5.0mA·cm-2增加至50mA·cm-2时,电容器的容量保持率在80%以上,显示高倍率充放电特性优异.此外,聚吡咯-介孔碳/介孔碳电化学混合电容器易活化,并具有优异的充放电效率和良好的循环稳定性能.     

碳热还原原位合成锂离子电池硅/碳复合负极材料研究

以一氧化硅和蔗糖为原料,通过高能球磨和后续热解原位制备硅/碳复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对其进行了表征,得到的纳米(小于50 nm)硅颗粒均匀地分散于无定形碳基体中。复合材料电极电化学测试显示,循环50次其可逆容量仍保持在650 mAh·g-1以上,平均每次容量衰减率仅为0.27%。优异的电化学性能主要归因于原位生成的纳米硅颗粒处于无定形碳基体中对其体积变化具有良好的缓冲作用及纳米硅颗粒周围的石墨相对于导电性的改善。     

单层镍锰层状双金属氢氧化物用于锂-氧电池双功能催化剂

将块体镍锰层状双金属氢氧化物(Ni_3Mn-LDHs)通过液相剥离法制备成单层Ni_3Mn-LDHs,然后采用自组装法获得Ni_3MnLDHs/CNT复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对复合材料的结构进行分析,通过恒流充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)研究电极的电化学过程。结果表明:Ni_3Mn-LDHs/CNT复合材料可以有效提升ORR和OER的催化活性,与CNT正极相比较,Ni_3Mn-LDHs/CNT正极在锂-氧电池中的放电容量提高了近300%,并且具有优异的倍率性能和循环稳定性。     

沉积法合成生物质碳磷锂离子负极材料及其高低温电化学性能

使用玉米杆芯作为碳源, 通过沉积法原位合成生物质碳磷复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)等对复合材料的形貌和结构进行表征, 通过恒电流充放电、 循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等对复合材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 当碳/磷质量比为4.5∶5.5时, 复合材料具有最佳的电化学性能: 扣除非活性材料的贡献, 室温下首次充电容量为1215.5 mA·h/g, 循环100次后可以保持847.7 mA·h/g 的比容量. 该复合材料随着温度的升高充电比容量逐渐增加: -20 ℃时, 0.1C倍率下的充电比容量为425.6 mA·h/g; 55 ℃时, 首次充电比容量高达1812.3 mA·h/g. 说明适量纳米磷均匀分布在无定形碳导电基体的孔结构中, 可以使制备出的复合材料现出良好的电化学性能.     

在多元醇体系中一锅法合成具有良好储锂性能的介孔碳-锡复合材料

以介孔碳(MC)为导电和支撑介质, 在多元醇体系中通过简便的化学还原方法制备纳米结构的介孔碳-锡(MC-Sn)复合材料. 采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和恒电流充放电实验对所得产物的形貌、结构及电化学性能进行表征. 结果表明, 大量的Sn纳米颗粒均匀且致密地附着在介孔碳上. 作为锂离子电池负极材料, MC-Sn复合物表现出了较好的循环性能和倍率性能. 例如, 在100 mA•g^-1的充放电速率下循环40圈, 其放电比容量保持在721.5 mAh•g^-1; 当充放电速率增大到1 A•g^-1时, 其放电比容量仍高达265.8 mAh•g^-1. 简单的制备方法和优越的储锂性能,使得MC-Sn复合材料成为一种理想的高性能锂离子电池负极材料.     

静电纺丝制备多孔碳纳米纤维及其电化学电容行为

采用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)/醋酸锌为前驱体制备复合纳米纤维,随后经碳化、酸化获得多孔碳纳米纤维.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,碳纳米纤维表面分布大量孔洞.N2吸脱附等温曲线(BET)测试材料比表面积达413m2·g-1.循环伏安法(CV)和恒流充放电(CP)性能测试表明:多孔碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在1A·g-1的电流密度下比电容达275F·g-1.相比碳纳米纤维比容量提高了162%.     

高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计（英文）

为了提高碳材料作为锂离子电池负极材料的比容量,将氮掺杂的碳纤维与高容量的Sn进行复合。通过静电纺丝及低温碳化制备了均匀镶嵌Sn纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维(C-Sn)复合膜。该复合膜直接用作自支撑锂离子电池负极时表现出较好的电化学性能,Sn的引入显著提高了碳纳米纤维膜的电化学性能。碳均匀包覆Sn后形成的纤维结构可以促进离子电子的传导,并能有效缓冲Sn纳米粒子在循环过程中的体积变化,从而有效抑制粉化与团聚。Sn含量约为25.6%的CSn-2电极具有最高的比容量和更优异的倍率性能。电化学测试结果表明,在2A·g^-1的电流密度下,充放电循环1000圈后充电(放电)比容量为412.7(413.5)mAh·g^-1。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,N掺杂非晶碳与锂具有良好的亲和性,有利于将合金化反应之后形成的Sn_xLi_y合金锚定在碳表面,进而缓解了充放电过程中的Sn的体积变化。本文为高性能储锂材料的设计提供了一种切实可行的策略。     

SnO2 sheet/graphite composite as anode material with improved electrochemical performance for lithium-ion batteries

The SnO₂ sheet/graphite composite was synthesized by a hydrothermal method for high-capacity lithium storage. The microstructures of products were characterized by XRD and FE-SEM. The electrochemical performance of SnO₂ sheet/graphite composite was measured by galvanostatic charge/discharge cycling and EIS. The first discharge and charge capacities are 1,072 and 735 mAh g^?1 with coulombic efficiency of 68.6 %. After 40 cycles, the reversible discharge capacity is still maintained at 477 mAh g^?1. The results show that the SnO₂ sheet/graphite composite displays superior Li-battery performance with large reversible capacity and good cyclic performance.     

Soft carbon-coated bulk graphite for improved potassium ion storage

Potassium-ion batteries (PIBs) have attracted tremendous attention for large-scale energy storage fields based on abundant potassium resources. Graphite is a promising anode material for PIBs due to its low potassium ion intercalation voltage and mature industrialized preparation technology. However, the inability of graphitic structures to endure large volume change during charge/discharge cycles is a major limitation in their advancement for practical PIBs. Herein, a soft carbon-coated bulk graphite composite is synthesized using PTCDA as a carbon precursor. The PTCDA-derived soft carbon coating layer with large interlayer distance facilities fast potassium ion intercalation/extraction in the BG@C composite and buffers severe volume change during the charge/discharge cycles. When tested as anode for PIBs, the composite realizes enhanced rate capability (131.3 mAh/g at 2 C, 1 C = 279 mA/g) and cycling performance (capacity retention of 76.1% after 150 cycles at 0.5 C). In general, the surface modification route to engineer graphite anode could inherently improve the electrochemical performance without any structural alteration.     

Self-sustaining hybrid electrode prepared from polyaniline,carbon nanotubes,and carbon fibers: morphological,structural, and electrochemical analyses

The self-sustaining hybrid electrode was prepared via chemical polymerization of aniline in acid medium containing dispersed carbon nanotubes (CNT), using carbon fiber (CF) as conducting substrate. The ternary composites called PAni/CNT/CF were characterized in order to evaluate their morphologies, structures, and thermal properties. The influence of the polyaniline (PAni) layer in the ternary composite properties was studied considering different deposition times on CF samples (30, 60, and 90 min). The ternary composite morphologies were observed by scanning electron microscopy while thermal structural analyses were obtained using thermogravimetric measurements. The structural features were analyzed by Raman scattering spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The possible interactions between PAni and CNT were discussed on the basis of Raman and FTIR spectra. These spectroscopic analyses also confirmed that the PAni present in the composite is in the emeraldine (ES) salt form. Furthermore, the ternary composites were also evaluated by electrochemical measurements such as cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge–discharge, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. The results showed good charge storage capacity for ternary composites, in particular, for PAni/CNT/CF obtained with 90 min of deposition time, which exhibited specific capacitance of around 500 F g^?1. Therefore, this electrode was selected to build a prototype of type I supercapacitor. This device presented specific capacitance of around 143 F g^?1 after 3200 charge/discharge cycles.     

Preparation and characterization of carbon xerogel (CX) and CX–SiO composite as anode material for lithium-ion battery

Carbon xerogel (CX), a kind of novel carbon material with low-density and continuous nano-porous structure that can be controlled and tailored on nanometer scale, has been prepared through the sol–gel polycondensation of resorcinol (R) with formaldehyde (F) followed by drying at ambient pressure and carbonization in inert atmosphere, and CX–SiO composite has been synthesized by high energy mechanical ball-milling of the obtained CX and commercial SiO at room temperature and atmosphere. The characteristics of CX and CX–SiO as anode material for lithium-ion battery have been systematically investigated on basis of field emission scanning electron microscope (FESEM), X-ray diffraction (XRD), electrochemical and charge–discharge tests. The results showed that, CX–SiO is composed of active carbon, graphite, SiO and dispersed Si crystal while CX consists of active carbon and graphite, CX–SiO has smaller and much more uniform particles than CX. SiO can greatly improve discharge capacity of CX with an acceptable sacrifice of cycling stability, and the charge–discharge capacity of CX–SiO comes mainly from lithium insertion–extraction in Si–SiO in the sample.     

天然气焦炭的嵌锂特性研究

锂离子电池的研究与开发具有诱人的商业前景．以金属锂为负极的锂二次电池存在着充放电循环寿命短和使用安全性能差等诸多问题，解决的途径之一是采用嵌锂化合物替代金属锂作为负极材料．其中，以具有贮锂功能的碳素材料作为负极的锂离子电池，不仅具有较高的电容量和较长...     

巴基管嵌锂电极性能的研究

用化学气相沉积法制备的巴基管作为锂离子电池的负极活性物质可以达到７００ｍＡｈ／ｇ的容量，远超过了石墨嵌锂化合物理论容量。ＣＶＤ巴基管电极经２０次充放电循环后，放电容量保持率为６５．３％，尽管ＣＶＤ巴基管电极初次充放电效率低，但经表面镀铜修饰后，初次充放电效率可提高到５５．９％。     

热处理温度对石墨复合负极材料电化学性能的影响

以球形天然石墨为原料,柠檬酸为碳源,通过喷雾造粒及高温热处理得到了高容量石墨复合(G/C)负极材料.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对样品物相和微观形貌进行表征,并通过恒流充放电及循环伏安(CV)研究了不同热处理温度对G/C材料电化学性能的影响.2 900 ℃制得样品既具有石墨负极电压曲线特性,又可释放出远高于商品化石墨负极的比容量:首次循环活化后充电比容量为423 mAh·g^-1,100次循环后仍高达416 mAh·g^-1,容量保持率为98%.     

低热固相法制备纳米MnO2/CNT超电容复合电极的循环稳定性

为了改善纳米MnO2超级电容器电极的充放电循环稳定性,以Mn(OAc)2·4H2O、NH4HCO3和碳纳米管(CNT)为原料,采用低热固相反应得到前驱体,再经焙烧和酸处理,制备了一系列CNT含量不同的纳米MnO2/CNT复合电极材料,并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积测定方法对其进行了表征.XRD分析结果表明,复合材料中的MnO2为纳米γ-MnO2.研究了复合电极在1 mol·L-1 LiOH电解质中的电化学性能,并与不含CNT的纯纳米MnO2电极进行了比较.结果表明,含CNTs为10%(w,质最分数,下同)和20%的MnO2/CNT复合电极的循环稳定性远优于纯纳米MnO2电极的循环稳定性,其中含10%CNTs的MnO2/CNT复合电极不仪具有良好的循环稳定性,而且在1000 mA·g-1高倍率充放电条件下仍具有200 F·g-1的高比电容.     

热处理温度对石墨复合负极材料电化学性能的影响

以球形天然石墨为原料,柠檬酸为碳源,通过喷雾造粒及高温热处理得到了高容量石墨复合(G/C)负极材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对样品物相和微观形貌进行表征,并通过恒流充放电及循环伏安(CV)研究了不同热处理温度对G/C材料电化学性能的影响。2900℃制得样品既具有石墨负极电压曲线特性,又可释放出远高于商品化石墨负极的比容量:首次循环活化后充电比容量为423mAh·g^-1,100次循环后仍高达416mAh·g^-1,容量保持率为98%。     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅱ.具有“核壳”结构的碳及其对电池性能的影响

以具有气相碳化形式的精制煤焦油沉积碳为壳层材料、人造石墨（ＡＧ）及中间相石墨微球（２８００℃）为核材料制备了核壳结构的碳及碳电极．核壳结构碳及核壳结构碳电极的充放电研究表明碳负极的稳定充放电容量及首次充放电效率都得到了较大的改善,循环伏安研究表明在０．７Ｖ（ｖｓＬｉ＋／Ｌｉ）左右用于形成碳电极表面钝化膜的溶剂的还原分解峰显著减小,显示了核壳结构碳材料电极对电极表面钝化膜的影响作用,Ｘ射线衍射研究揭示了石墨及石墨电极上的无定形碳壳层的存在