钠离子电池正极材料NaVPO4F的合成及其电化学性能

本文报道了在氩气保护下用两段高温固相反应法制备NaVPO4F作为钠离子电池正极材料,并用傅立叶红外光谱(FT-IR),原子吸收光谱(AAS),热重分析(TG/DTG),X-射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒流充放电等对其结构和性能进行了测试和表征.结果表明:750℃左右反应可以获得稳定、结晶度好的NaVPO4F,其晶型为简单单斜晶系,与前驱体VPO4的晶型一致;SEM测试表明NaVPO4F的粒径分布均匀,粒径大小在微米级,材料首次放电容量为87mAh/g.     

水系钠离子电池普鲁士蓝正极材料的制备与电化学性能研究

普鲁士蓝(PB)是一种金属有机骨架配合物, 作为正极材料在水系钠离子电池中有广泛的应用前景。本文采用单一源法制备PB, 系统研究了反应温度、反应时间以及盐酸浓度对PB形貌结构和电化学性能的影响。研究结果表明, 升高反应温度能提高PB结晶性和循环稳定性, 以80 ℃合成的PB为正极材料组装的电池在100圈充放电循环后容量保持率为93.9%。延长反应时间可以使PB粒径增大, 但是反应时间超过6 h后PB粒径基本保持不变。延长反应时间有利于提高循环性能, 10 h所合成PB组装的电池在100圈充放电循环后容量保持率可以达到90%。提高盐酸浓度会改变PB的表面形貌, 同时改善电化学性能。盐酸浓度为0.20 mol/L时, 所得PB组装的电池经过100个循环后, 比容量仍有67.5 mAh/g。本研究可以为制备高性能PB基水系钠离子电池提供理论和实验指导。     

Na0.44MnO2颗粒尺寸对其作为水系钠离子电池正极性能的影响

水溶性钠离子电池是一种与锂离子电池相辅相成的技术,因其相对较低的成本、改善的安全性和环境友好的电解液而备受青睐。然而,较低的电极容量限制了这种电池的应用。Na_0.44MnO₂是一种用于钠离子电池的高容量阴极材料,其理论容量为121 mAh/g。文章研究了Na_0.44MnO₂的尺寸效应对阴极性能的影响。纳米棒通过热处理MnO₂纳米片前驱体制备而成,其尺寸通过CTAB和KMnO₄的比例进行调控。然后,Na_0.44MnO₂纳米棒被用作水溶性钠离子电池的活性材料。纳米棒阴极在1 C的初始循环中提供了60 mAh/g的容量,并在经过200个循环后保持了55 mAh/g,比Na_0.44MnO₂块状阴极高出37.5%。在高倍率的5 C下,该阴极在经过200个循环后仍能提供47 mAh/g的高容量。容量的增加归因于减小的电荷传递阻抗和纳米棒具有较高比表面积所带来的改善的钠离子扩散性能。

     

钠离子电池铁基正极材料的研究进展

随着锂电池在新能源汽车和大型定置装备上的应用,稀有金属锂(Li)供应短缺问题日益凸显。因而发展钠离子可充电池尤其是室温钠离子电池受到了全球范围内的重视。相比于其他正极材料,铁基正极材料具有电位高,储量丰富等优势。综述了当前国内外各类钠离子铁基正极材料最新研究进展,介绍了其结构特征和电化学性能,总结了各类型铁基正极材料应用于钠离子电池的优缺点。最后提出新型的高电压聚硫酸根离子铁基正极材料具有诱人的应用前景。     

钠离子电池正极材料的研究进展

钠离子电池与锂离子电池相比,具有钠资源储量丰富、价格低廉等优点,被认为是发展新能源、实现规模化储能极具潜力的二次电池。近年来钠离子电池成为人们研究的热点,相关报道也在逐年增加。综述了钠离子电池正极材料发展中典型化合物,如过渡金属氧化物、聚阴离子化合物等的研究进展,以及目前人们主要采用的纳米化、包覆、掺杂等几种有效的改性手段,并对正极材料未来的研究方向以及发展前景提出了展望。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能

固相反应法合成了新型锂离子电池正极材料LiFePO4,组装成电池后,室温下(23℃)初始比容量为110mAh/g.以蔗糖分解在LiFePO4电池材料的颗粒间覆碳的方法制备了改性的LiFePO4,对LiFePO4进行表面覆碳改性后其电化学性能包括比容量和充放电效率两方面都得到提高.覆碳后正极材料的初始比容量在室温下达到了140mAh/g,比覆碳前增加了30mAh/g,在循环20周后比容量仍维持在125mAh/g左右;覆碳后正极材料的平均充放电效率在23℃和50℃下分别为91%和93%.     

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。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成及其电化学性能研究

以Li2CO3为Li源,化学MnO2(CMD)和电化学MnO2(EMD)为Mn源,以乙醇水混合物为分散介质,采用固相反应法合成了可充电锂离子电池正极材料LiMn2O4尖晶石,并采用XRD,BET,TEM和电化学测试对材料进行了表征。结果表明,750℃制备的样品呈良好的尖晶石结构,比表面积分别为4.8m^2/g和2.8m^2/g,产物的分布均匀,平均粒径为200nm。在0．4mA/cm^2(0.2-0.5C)和3．0－4．35V条件下恒流充放电,其首次放电容量大于110mAh/g ,效率大于90％,并具有较好的循环可逆性。考察 反应温度对材料比表面积的影响。     

锂离子电池正极材料Li_(1 x)Mn_2O_4的合成及其性能研究

采用醋酸锰和醋酸锂作为起始反应物,在水溶液中混合均匀,通过加热蒸发形成混合均一的反应前趋体并在不同温度下焙烧可获得最终产物．在８５０℃下,起始反应物锂锰摩尔比例采用１.１：２可获得电化学性能较好的活性材料．利用热重分析及红外光谱对反应历程进行分析并提出了可能的反应机理．对所合成的产物进行ＸＲＤ、结构形貌及电化学性能进行测试研究,表明其颗粒细小、分布均匀、结晶性能好、为蜂窝状结构、比表面积较大,初始容量较高和循环稳定性能良好,初始容量达１２８ｍＡｈ／ｇ．     

Na3V2(PO4)3/CN/Rgo复合正极材料的构筑及储钠性能研究

Na3 V2(PO4)3具有理论容量高、钠离子超导体(NASlCON)结构等优势,被认为是一种值得研究和大规模应用的新型钠离子电池正极材料.然而低的电导率导致其电化学性能在大电流充放电条件下不理想.本实验采用固相法制备了一种由氮掺杂碳与还原氧化石墨烯(rGO)共修饰的Na3V2(PO4)3/CN/rGO(NVP/CN/rGO)复合正极材料,并借助材料表征手段、电化学分析技术等对不同含量rGO掺入的NVP/CN/rGO正极材料的微观形貌和电化学性能进行了系统研究.结果显示,NVP/CN/rGO-2复合材料颗粒分布均匀,并表现出较高的可逆容量和优越的循环稳定性.在0.2 C、10 C下可逆容量分别为116.9 mAh·g-1和99.4 mAh·g-1,且在10 C下循环1500次后,容量保持率为97.2％.复合材料表现优异性能的主要原因是:rGO特殊的导电网络结构将孤立的NVP/CN连接起来,提升了颗粒之间的接触电导,使其导电性进一步提高,从而显著提升其电化学性能.     

Na3V2(PO4)2F3@V2O5-x复合材料的制备及储钠性能研究

当前制约钠离子电池发展的主要因素包括较低的能量/功率密度和较差的循环性能, 而在正极材料表面包覆含氧缺陷金属氧化物层, 可以有效提高材料的电子导电率, 保证高振实密度、能量密度和功率密度。本文通过温和的溶剂热反应制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米片前驱体并结合高温煅烧合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃@V₂O_5-x复合材料。其结构通过XRD、TEM、SEM、XPS和TGA测试进行表征。作为钠离子电池的正极材料, 展现了优异的循环性能和倍率性能。在0.2C倍率下, 首圈放电比容量为123 mAh?g ^-1, 循环140圈后容量保持在109 mAh?g ^-1。当电流密度提高至1C, 首圈放电比容量达到72 mAh?g ^-1, 充放电循环500圈后, 容量保持率高达84%。优异的电化学性能归因于材料表面包覆的具有丰富结构缺陷的无定型层, 有效提高了离子的扩散和电子导电率。此方法将有助于钠离子电池的实际应用。     

锂离子电池正极材料Li0.99Na0.01FePO4/C的结构与电化学性能

为了提高LiFePO4的倍率性能,用碳热还原法制备了Na+掺杂的LiFePO4/C复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、恒电流充放电技术、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了Na+掺杂对LiFePO4/C材料的结构、微观形貌和电化学性能的影响.结果表明,Na+掺杂的LiFePO4/C复合材料具有单一的橄榄石型晶体结构,不存在杂质衍射峰,Na+在Li位掺杂可提高材料的导电性能和Li+扩散速率,降低电极极化,能有效改善材料的循环性能和倍率性能.与LiFePO4/C相比,Li0.99Na0.01FePO4/C的0.5C、2C和5C放电比容量分别为147.6、126.4和105.1 mAh/g,并表现出良好的循环性能和倍率性能.     

锂离子电池阴极材料Li_(1+x)Mn_2O_4的合成与特性

对Ｌｉ１＋ｘＭｎ２Ｏ４的合成性能进行了初步的探索。原材料采用分析纯Ｌｉ２ＣＯ３和电解二氧化锰，对原材料ＭｎＯ２进行热处理，使之成为ε相并排除结晶水。制备了四个系列的样品，其各自的ｘ含量、首次加热温度、再次加热温度、退火方式有所不同。对样品进行ＸＲＤ分析及电性能测试，说明了ＭｎＯ２中必须除去结晶水的原因，找到了最佳合成温度范围，确定了最佳性能时的ｘ值。     

三元层状正极材料的制备与电化学性能研究

采用机械活化-高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2,研究了烧结时间与球磨时间对合成产物结构与性能的影响。通过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。研究结果表明,优化实验条件下制得的材料具有良好的循环性能,在2.7～4.6V电压范围内,充放电电流值为20mA/g时,初始放电比容量为210.76mAh/g,30次循环后容量保持率为91.98%。     

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。     

锂离子电池正极材料LiMn_2O_4制备新工艺

采用球磨湿混和旋转合成相结合的新工艺来制备锂离子电池正极材料ＬｉＭｎ２Ｏ４,并对制备的材料进行了粒度、化学成分以及电化学性能测试．制备的ＬｉＭｎ２Ｏ４为正尖晶石结构,而且物质纯净．同一批次制备的材料化学成分均匀,粉末粒度分布范围窄,中粒径为１０．６７μｍ,首次充电容量为１２４ｍＡｈ／ｇ,放电容量为１１５ｍＡｈ／ｇ．循环次数达３０次时,放电容量还大于１００ｍＡｈ／ｇ,循环稳定性良好．球磨湿混工艺能将原料混合均匀,并能有效地使原料粒度细化而且粒度均匀．旋转合成工艺能使反应物和反应产物的温度均匀、粒度均匀、晶型结构与成分均匀．球磨湿混和旋转合成相结合的固相合成新工艺能制备出电化学性能性能良好的ＬｉＭｎ２Ｏ４     

锂离子电池正极材料LiCrxMn2-xO4的合成及性能研究

采用Pechini法制备了尖晶石LiCr_xMn_2-xO₄正极材料,并用X射线衍射仪、扫描电镜、充放电测试等手段研究了其晶体结构、表观形貌和电化学性能.结果表明,该法制备的尖晶石LiCr_xMn_2-xO₄(0≤x≤0.1)正极材料为单一尖晶石结构,形貌较好,粒径分布均匀;晶胞参数随着Cr含量的增加而减小,但是Cr掺杂量对于产物的相结构和晶体形貌影响不大;Cr含量的增加使得LiCr_xMn_2-xO₄的比容量减小,但却提高了尖晶石结构的稳定性和循环性能.     

水系锌离子电池的研究进展

锌离子电池是近年来发展起来的一种新型二次水系电池, 具有高能量密度、高功率密度、放电过程高效安全、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点, 在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。本文综述了水系锌离子电池的研究进展, 对金属锌作负极的优点和面临的处理问题进行总结, 对已报导的正极材料中锌离子电池的电化学性能和反应机制进行分析, 并通过分析目前多价离子的脱嵌特性对锌离子电池正极材料的发展进行预测。