锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

Mn2O3/Fe2O3/少层石墨烯/硫锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能EI北大核心CSCD

采用熔盐法、层间催化剥离法、退火工艺及熔化扩散法制备出Mn2O3/Fe2O3/少层石墨烯/硫复合材料作为锂硫电池正极材料。高导电少层石墨烯构成三维导电网络,为电极反应过程中电子传输提供通道,有利于提升锂硫电池的比容量。金属氧化物颗粒均匀分布在少层石墨烯表面,对多硫化物具有强烈化学吸附作用,能够有效抑制多硫化物的溶解和迁移效应,有利于增强锂硫电池循环稳定性。结果表明,Mn2O3/Fe2O3/FLG30/S电极显示出高比容量和优异的循环性能。0.1 C倍率下,其初始容量高达886.3 mAh·g^-1,100圈循环后容量保持率高达88.1%。     

锂硫电池三维石墨烯/硫复合正极材料的制备及其性能

以天然石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,再通过水热还原、熔融升华法制备得到三维石墨烯/硫二元复合正极材料。对三维石墨烯/硫复合正极材料进行微观形貌和电化学性能的表征,结果显示:石墨烯具有三维多孔网状结构,能有效增加活性物质硫的利用率,并且硫均匀地负载在三维石墨烯的孔道和表面,没有发生团聚现象;电化学性能结果显示:三维石墨烯/硫复合正极材料在C/8电流密度下首次充放电容量为800mAh/g,40周次循环后容量还保持在600mAh/g左右,表明三维石墨烯/硫复合正极材料具有优异的循环与倍率性能。     

锂硫电池正极材料Ni_3S_2/C/S的制备及电化学性能

以配合物为模板和镍源,蔗糖为碳源,通过一步高温法获得片状硫化镍/炭(Ni_3S_2/C)材料。采用XRD,SEM,FT-IR,XPS对制备的材料进行表征。以此材料作为锂硫电池正极活性物质的载体并进行充放电等测试,结果表明,在0.2C的倍率下,硫电极首次放电容量为1392.7mAh/g,循环100次后的放电容量仍然保持有1009mAh/g,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性。进一步研究表明Ni_3S_2在改善硫电极性能和抑制穿梭效应发挥重要作用。     

Fe_2O_3/煤基石墨烯纳米复合材料制备及其电化学性能研究

以自然界富产煤炭为原料,通过高温处理、化学氧化及等离子体技术制备了煤基石墨烯,并进一步通过水热合成法将Fe2O3负载在所制石墨烯表面,成功制备了不同质量比的Fe2O3/石墨烯纳米复合材料。采用SEM、TEM等技术手段,研究了Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的结构特征;采用电化学工作站和锂电池系统,研究了Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的电化学特征。实验结果表明:质量比为50%的Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的各项电化学性能最佳。     

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

Fe_2O_3/ZnFe_2O_4/C复合材料的制备及其电化学性能

本文以葡萄糖作为碳源,采用溶剂热法进行原位碳包覆合成了Fe_2O_3/ZnFe_2O_4/C材料,研究了材料的结构及电化学性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安扫描(CV)和恒流充放电技术对材料结构及电化学性能进行了表征。结果表明,采用此法合成的Fe_2O_3/ZnFe_2O_4/C复合材料呈现多孔结构,粒径约为250nm,经历40次循环后材料的可逆容量依然能保持在645.7mAh/g,较未包覆碳材料的电极提高了19.0%,其可逆容量和循环稳定性能得到了显著提升。     

锂硫电池硫正极材料研究进展

由化石燃料的大量使用导致的全球能源和环境问题日益严重,已对人们的生产和生活产生了明显的影响。开发利用储量丰富的清洁能源(如太阳能、水能和风能等)有望较好地解决全球能源和环境问题。由于这些清洁能源存在地域性、间歇性等特点,高效的能量转化和存储技术是实现清洁能源规模化利用的关键和基础。锂离子电池作为绿色环保的储能器件,已在手机、笔记本电脑、相机等便携电子产品中广泛使用。近年来,锂离子电池开始在电动汽车等动力电池领域得到应用。但是,由于其能量密度不够高,导致锂离子电池电动汽车续航短、充电频繁及购车成本高。由金属锂为负极和硫为正极组成的锂硫电池的能量密度(2 600 Wh·kg~(-1))远高于目前广泛使用的锂离子电池。此外,硫正极材料具有储量丰富、毒性低、价格便宜、环境友好等突出优点。因此,锂硫电池被认为是当前最具研究前景的高能量密度二次电池之一。硫正极材料的本征导电性差、在充放电过程中存在较大的体积膨胀和收缩,储放锂过程中形成的多硫化锂易溶于电解液,使得锂硫电池的倍率性能、循环寿命和库伦效率等电化学性能离实际应用仍有较大距离。迄今为止,关于硫正极材料的研究工作,主要集中于如何提升其导电性、抑制或消除由多硫化锂的溶解引起的穿梭效应以及在反复的循环过程中保持电极材料微结构的稳定性等方面。相关研究表明,将硫与不同形貌的碳材料复合构筑成具有特殊微观结构的硫/碳复合正极材料可显著提高其导电性、抑制多硫化锂的穿梭效应和减缓储放锂前后的体积变化,进而改善倍率性能、循环稳定性和充放电效率等。此外,在硫正极材料中引入异质元素掺杂碳材料、金属氧化物和导电集合物均可通过化学吸附实现对易溶解多硫化锂的有效吸附。将上述多种改性方法结合也可使硫正极材料具有优异的电化学储锂性能。本文从锂硫电池的工作原理出发,总结了硫正极材料存在的主要问题,综述了近几年锂硫电池复合正极材料的研究进展,最后对锂硫电池正极材料的研究思路与发展趋势进行了分析和展望。     

锂硫电池硫正极材料研究进展

由化石燃料的大量使用导致的全球能源和环境问题日益严重,已对人们的生产和生活产生了明显的影响.开发利用储量丰富的清洁能源(如太阳能、水能和风能等)有望较好地解决全球能源和环境问题.由于这些清洁能源存在地域性、间歇性等特点,高效的能量转化和存储技术是实现清洁能源规模化利用的关键和基础.锂离子电池作为绿色环保的储能器件,已在手机、笔记本电脑、相机等便携电子产品中广泛使用.近年来,锂离子电池开始在电动汽车等动力电池领域得到应用.但是,由于其能量密度不够高,导致锂离子电池电动汽车续航短、充电频繁及购车成本高.由金属锂为负极和硫为正极组成的锂硫电池的能量密度(2600 Wh·kg-1)远高于目前广泛使用的锂离子电池.此外,硫正极材料具有储量丰富、毒性低、价格便宜、环境友好等突出优点.因此,锂硫电池被认为是当前最具研究前景的高能量密度二次电池之一.硫正极材料的本征导电性差、在充放电过程中存在较大的体积膨胀和收缩,储放锂过程中形成的多硫化锂易溶于电解液,使得锂硫电池的倍率性能、循环寿命和库伦效率等电化学性能离实际应用仍有较大距离.迄今为止,关于硫正极材料的研究工作,主要集中于如何提升其导电性、抑制或消除由多硫化锂的溶解引起的穿梭效应以及在反复的循环过程中保持电极材料微结构的稳定性等方面.相关研究表明,将硫与不同形貌的碳材料复合构筑成具有特殊微观结构的硫/碳复合正极材料可显著提高其导电性、抑制多硫化锂的穿梭效应和减缓储放锂前后的体积变化,进而改善倍率性能、循环稳定性和充放电效率等.此外,在硫正极材料中引入异质元素掺杂碳材料、金属氧化物和导电集合物均可通过化学吸附实现对易溶解多硫化锂的有效吸附.将上述多种改性方法结合也可使硫正极材料具有优异的电化学储锂性能.本文从锂硫电池的工作原理出发,总结了硫正极材料存在的主要问题,综述了近几年锂硫电池复合正极材料的研究进展,最后对锂硫电池正极材料的研究思路与发展趋势进行了分析和展望.     

一步法制备Fe_2O_3/碳纳米管复合材料及其电化学性能研究

采用水热法一步制备了氧化铁(Fe_2O_3)/碳纳米管复合材料,并对制得的Fe_2O_3/碳纳米管复合材料的形貌、结构进行了表征。对Fe_2O_3/碳纳米管复合材料的循环伏安特性和电化学性能进行了研究。七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)用量为200mg制得的Fe_2O_3/碳纳米管复合材料,在放电电流密度为0.5A/g条件下,Fe_2O_3/碳纳米管复合材料的比电容高达618F/g,在500次循环之后电容保持率可达56.8%。     

锂离子电池正极材料Li_2Fe_(0.5)Mn_(0.5)SiO_4/C的制备及电化学性能

采用液相法合成了锂离子电池Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C正极材料,考察了热处理温度对Li2Fe0.5Mn0.5-SiO4/C电化学性能的影响,运用XRD、SEM、充放电测试方法和循环伏安法表征了Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C的结构和电化学性能。结果表明,合成的Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C晶胞为斜方晶胞结构,属于Pmn21空间群。其中700℃焙烧7h制备的Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C材料具有较好的电化学性能,首次可逆容量为206.2mAh/g,库仑效率为94.9%,循环20次后的可逆容量为145.7mAh/g,Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C中Fe2+/Fe3+和Mn2+/Mn4+电对的氧化峰电位比较接近,均为4.5V(vs Li/Li+),3个还原峰峰电位分别为3.5V、2.9V和2.1V。     

喷雾干燥法制备富锂正极材料及其电化学性能

用喷雾干燥法制备Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂正极材料并表征其结构、形貌以及电化学性能,研究了烧结温度对材料电化学性能的影响。结果表明：这种正极材料具有良好的层状结构,一次颗粒粒径为100 nm左右且分布均匀,样品的首次放电比容量为220.2 mAh/g,库伦效率为72.5%,18个循环后容量保持率为96.8%。电化学阻抗和循环伏安特性的测试结果表明,这种正极材料具有良好的电化学性能。     

锂硫电池正极材料的研究进展

能源领域未来发展趋势着重于绿色清洁能源,锂硫电池以其高比能量以及成本低廉等优点,成为电池研究中的新热点。然而,目前锂硫电池仍存在较多问题阻碍其商业化,如正极材料硫导电性能差、正极产物多硫化物的穿梭效应、在充放电过程中,电池内部电极表现出体积膨胀等。本研究综述了近年来锂硫电池正极材料的研究进展,主要讨论了金属有机骨架化合物、碳材料以及导电聚合物在锂硫电池正极材料中的应用,并对锂硫电池正极材料的发展进行了展望。     

熔盐法合成Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2@C钠离子电池正极材料及其电化学性能

本文采用熔盐法合成了三维碳网负载二元氧化物Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2复合材料(NNM@C)用作钠离子电池正极材料。对材料的结构、形貌及成分进行了分析。对组装的钠离子电池进行了恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试,并与Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2纯相(NNM)进行了对比。结果表明,NNM@C和NNM以0.2C倍率在2~3.9V电压范围内充放电,放电比容量分别为93.18mA·h·g~(-1)和94.85mA·h·g~(-1);在100次循环后,NNM@C容量保持率高达87%,比未进行碳负载的纯相二元氧化物Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2(49%)电化学性能有明显提高。     

α-Fe_2O_3/Fe_3O_4复合负极材料的制备与电化学性能研究

通过固相反应法合成出α-Fe2O3/Fe3O4复合产物,利用XRD、Raman、SEM等技术和恒电流充放电方法,探讨了恒温反应时间对材料微观结构、形貌以及电化学性能的影响。研究表明,恒温反应时间对复合产物中各组分的相对含量、形貌与电化学性能影响较大;除首次循环外,复合负极材料在随后充放电过程中库伦效率可达96%以上,循环性能与倍率性能明显优于单相α-Fe2O3负极材料与Fe3O4负极材料。     

锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展

综述了锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展。重点探讨了导电聚合物在硫基正极材料改性中的制备方法、结构设计,并对其中存在的问题进行了分析。最后对硫/导电聚合物正极材料的进一步发展及商业化应用进行了展望。     

石墨烯改善锂离子电池正极材料LiCoO_2电化学性能的研究

采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯和通过化学还原法还原氧化石墨制得石墨烯,及以石墨烯作为正极材料LiCoO2的导电剂,并研究它们对锂离子电池电化学性能的影响。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,石墨烯的表面褶皱使其能有效地包裹LiCoO2颗粒,形成面接触的导电界面,从而显著提高了导电性。充放电实验表明,石墨烯的加入有利于提高LiCoO2的电化学反应活性、放电容量和高倍率循环性能。相对于传统的炭黑,LiCoO2的放电容量在0.2 C下提高了10 m Ah/g。石墨烯/LiCoO2电池在1C倍率下,循环300次后,放电容量由145.0 m Ah/g衰减到137.8 m Ah/g,放电容量能保持初始容量的95.1%。石墨烯/LiCoO2电池在20 C倍率下的放电容量达到132.1 m Ah/g,是1 C放电容量的91.1%。     

锂硫电池柔性正极材料研究进展

随着化石能源的日渐枯竭、能源危机和环境问题的日益突出,开发环境友好的二次电池能源体系迫在眉睫。锂硫电池作为一种新型的储能电池,其理论比容量高达1 675 mAh/g,质量密度可达2 600 Wh/kg,且原材料来源广、成本低等优点,使得其有望代替锂离子电池成为下一代理想的能源电池。近年来,可穿戴电子设备、智能纺织品的出现,对储能电池提出了更高的要求—柔性,因此开发柔性锂硫电池已经成为研究热点。作为锂硫电池的重要组成部分,柔性正极材料的研究和制备对柔性锂硫电池系统的开发至关重要。从锂硫电池柔性正极基体材料入手,对碳材料、导电聚合物材料和新兴的MOF材料等3个方面进行了分类总结,详细阐述了各自制备方法及对柔性正极性能影响。碳材料高的导电性和多孔结构设计、导电聚合物和MOF材料对多硫化物优异的化学吸附作用,均有助于抑制多硫化物的"穿梭效应",提升柔性锂硫电池的长循环电化学稳定性能。最后分析了现有锂硫电池柔性正极材料存在的缺陷与问题,对未来发展方向做出了展望。这将为开发新型的锂硫电池用柔性正极材料提供指导,同时为其它二次电池柔性正极材料开发过程中的共性问题提供实验和理论依据。     

石墨烯包覆炭硫复合物正极材料的制备及其电化学性能(英文)

利用石墨烯作为新型的阻挡层,设计并制备出具有核壳结构的石墨烯包覆多孔炭/硫复合材料,抑制锂硫电池中的"穿梭效应",以提高正极材料的循环性能。该结构利用多孔炭材料作为储存硫的载体,而石墨烯作为阻挡层可以限制充放电过程中形成的多硫化物向体相电解液中的扩散,从而实现对正极材料的容量和循环性能的提高。此外,提出一种简便的组装方法来实现石墨烯在多孔炭/硫复合材料表面的包覆。利用氧化石墨烯在液相还原过程中官能团的去除来降低亲水性,从而使其自发地包覆在不亲水的多孔炭/硫复合材料表面,形成石墨烯包覆的核壳结构。     

富锂材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2-0.4LiMO_2的制备及其电化学性能

通过共沉淀法制备得到不同钴镍锰比例的M(OH)2(M=Ni,Mn,Co)前驱体,经配锂焙烧合成富锂锰基锂离子电池正极材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2-0.4LiMO2。XRD测试结果表明材料具有α-NaFeO2层状晶体结构,SEM结果显示材料粒径在200~400nm。当Ni∶Mn∶Co=5∶2∶3,得到的富锂锰基氧化物0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2-0.4Li(Ni0.5Mn0.2Co0.3)O2材料在2.0~4.6V范围内,表现出优良的循环性能,循环30次后,容量保持率为92.8%。