C-LiFePO_4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能(英文)

通过低温溶剂热法和高温热处理技术合成了橄榄石结构的LiFePO4/carbon(C-LiFePO4)纳米材料.在此基础上,通过溶液共混法制备了一种新型的聚三苯胺(PTPAn)修饰包覆的C-LiFePO4复合锂离子电池正极材料(C-LiFePO4/PTPAn).利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)以及恒电流充放电等测试方法,考察PTPAn包覆量对C-LiFePO4/PTPAn复合正极材料性能的影响.结果表明:通过溶液共混法PTPAn能够致密地包覆在C-LiFePO4表面,形成一个有效的电子/离子传输通道从而有效提高CLiFePO4基复合材料的电化学活性.所有样品中C-LiFePO4/10%(w)PTPAn作为正极材料呈现出最佳的电化学性能,在0.1C倍率恒流充放电下材料首次放电比容量为154.5 mAh g-1,在10C高倍率恒流充放电下材料的放电比容量达到114.2 mAh g-1.当C-LiFePO4/PTPAn复合材料表面包覆的PTPAn含量进一步增加,复合材料的电化学性能出现下降的趋势.电化学阻抗测试表明PTPAn包覆层明显减小了C-LiFePO4电极的电荷转移电阻.     

聚合物自由基锂二次电池正极材料的合成与电化学性能

合成了一种聚合物自由基聚 4 甲基丙烯酸 2 ,2 ,6 ,6 四甲基哌啶 1 氮氧自由基酯 (PTMA) ,并用红外光谱 (IR)、紫外光谱 (UV)、电子顺磁共振 (ESR)等证实了PTMA的结构 .PTMA的循环伏安曲线 (扫描速度为 5mV·s- 1)显示通过阳极的氧化电量和阴极的还原电量相等且氧化峰电流等于还原峰电流 ,表明PTMA的氧化还原反应可逆性很好 .PTMA的氧化峰电位 (Ea ,p=3 6 6VversusLi Li+ )与还原峰电位 (Ec,p=3 58V)之差为 80mV ,比其它锂二次电池的有机正极材料 (如有机二硫化物 )小得多 ,因此PTMA的氧化还原反应速度比较快 .PTMA的最大放电比容量为 78 4mAh·g- 1(以 0 2C充放电 ) ,是它理论比容量 ( 111mAh·g- 1)的 70 6 % ,它的充放电曲线分别在 3 6 5V和 3 56V处有一个很平稳的平台 ,经过 10 0次充放电循环后电池的放电比容量相对于最大放电比容量只衰减了 2 % ,表明PTMA 锂扣式电池具有优良的循环稳定性 .这些研究结果显示PTMA是一种非常有发展前景的有机聚合物自由基锂二次电池正极材料     

锂离子电池新型正极材料xLiF-(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4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合成 xLiF-(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4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(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学性能测试和X-射线电子能谱（XPS）对xLiF-(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4正极材料性能进行表征。研究表明,球磨24小时产物的放电容量最高,为157.3 mAh g-1。并且LiF与(Ni1/6Co1/6Mn4/6)3O4比例为1.5:1(x=1.5)时放电容量最高。此外正极材料添加石墨烯能改善材料的电化学性能,石墨烯复合量为20%,在室温、0.05 C(1C=250 mAh g-1)、1.5 -4.8 V下,材料首圈的放电比容量为235 mA hg -1,相较于无石墨烯的材料,在1 C和5 C倍率下,放电比容量分别为151和114 mAh g-1。同时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。     

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及电化学储锂性能

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO3纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO3/RGO).将WO3/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能.结果显示,在0.1C(1C=638 mA?g-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh?g-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh?g-1,保持率为83.4%.即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh?g-1.由此说明,WO3/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

锂硫二次电池硫-碳纳米管正极的合成和性能

由单质硫与碳纳米管合成一种新型含碳复合材料.XRD、SEM、BET比表面和孔径分布表征观察硫-碳纳米管复合材料,循环伏安法和电池充放电测试材料的电化学性能.结果表明:以硫-碳纳米管作正极组装的2016型扣式电池有较好的电化学性能,其初始放电比容量达680mAh/g(室温),30次循环放电比容量仍稳定在500mAh/g.     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA.g-1、200 mA.g-1和300 mA.g-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh.g-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh.g-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

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。     

静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe_3O_4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料(英文)

采用静电自组装方法,分两步合成Fe(OH)3/GO前驱体(GO:氧化石墨烯),再通过水热反应和600°C高纯氮气气氛下煅烧,获得了Fe3O4/石墨烯复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱等多种分析,发现该复合材料具有三维多孔石墨烯网络结构.把合成的这种Fe3O4/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明其具有优良的电化学性能:首次放电容量为1390 mAh·g-1,50次循环后容量为819 mAh·g-1.通过对比实验表明,三维石墨烯网络结构的形成对复合材料的电化学循环稳定性起着关键作用.     

石墨烯包覆无定形CoSnO_3纳米复合材料用作锂空气电池阴极催化剂的性能（英文）

随着科技不断进步和人口快速增长,化石能源日渐枯竭,同时环境问题日趋严重,开发新型绿色、环保、高效的能源迫在眉睫.锂-空气电池以其质量轻、成本低、环境友好和能量密度高的优点引起人们广泛研究.但对于锂-空气电池仍然需要解决诸如较差的材料和电解液的稳定性、较低的循环寿命以及过高的充放电过电势等难题.而开发高效正极催化剂材料是解决这些问题的关键技术之一.其中,过渡金属氧化物以其地壳丰度高、成本低和性能优异等优点成为正极催化剂材料的研究热点.本文采用化学法成功合成了CoSnO_3纳米盒子,对其进行复合后制得CoSnO_3@rGO纳米复合材料,并系统研究了CoSnO_3及其纳米复合材料作为锂-空气电池正极催化剂的电化学性能.结果表明,通过石墨烯与CoSnO_3进行复合得到的CoSnO_3@rGO纳米复合材料的比表面积从原来的104.3 m~2 g~(-1)增加到195.8 m~2 g~(-1).作为阴极催化剂材料,CoSnO_3@rGO纳米复合材料的充放电过电位比CoSnO_3在100和500 mA g~(-1)充放电电流密度下分别降低了20和60 mV.在限制容量为1000 mAh g~(-1)、充放电电流密度为200 mA g~(-1)时,CoSnO_3@rGO纳米复合材料作为阴极催化剂材料可以使该锂-空气电池稳定循环130圈,比单纯的CoSnO_3纳米盒子作为阴极催化剂材料多循环了25圈.CoSnO_3@rGO纳米复合材料的优异性能归功于石墨烯良好的导电性能以及快速的电子和离子传输能力,同时由于其巨大的比表面积增大了电解液和催化剂材料活性位点的接触面积,为放电产物Li_2O_2的形成和分解提供了场所.CoSnO_3@rGO的OER催化活性和循环稳定性在CoSnO_3基础上均得到提升.     

无机聚合物正极材料聚三硫代磷氮烯的制备与表征

合成了无机化合物聚三硫代磷氮烯[NPS3]n,借助红外光谱与元素分析测试确定了聚合物的重复单元结构;并通过比表面积分析、粒度测试和扫描电子显微镜观察了无机聚合物材料的微观形貌;热重分析测试表明材料在300℃以下能够稳定使用;循环伏安实验发现,作为锂二次电池正极材料使用,聚三硫代磷氮烯的电化学还原反应在2.25 V(versus Li/Li+)发生,其可逆的电化学氧化反应在2.51 V(versus Li/Li+)进行;充放电测试显示这种无机材料具有745.2 mAh.g-1的首次放电容量,与理论值(759.0 mAh.g-1)十分接近,经过60次充放电循环后放电容量保持在708.8 mAh.g-1,容量保持率95.1%,循环性能优秀.     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积（BET）、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响. 结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO₂,当复合15%（质量分数）的石墨烯后材料的比表面积从109 m²·g^-1提高到168 m²·g^-1. 复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g^-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值（454 F·g^-1）,远高于纯二氧化锰的值（294 F·g^-1）. 在2 A·g^-1的电流密度下恒流充放电2000 次后复合材料的比电容保持率为92%.     

水热-溶胶-凝胶法合成多壁碳纳米管-Na3V2（PO4）3复合物及其作为锂离子电池正极材料的性能

采用水热和溶胶-凝胶相结合的方法,制备了具有良好电化学性能的新型多壁碳纳米管-Na₃V₂（PO₄）₃（MWCNT-NVP）复合材料（MWCNT的质量分数为8.74%）. 通过场发射扫描电子显微镜表征可知,MWCNT分散在NVP纳米颗粒之间,并起到“电子导电线”的作用. 与纯Na₃V₂（PO₄）₃相比,MWCNT-NVP具有更高的比容量和更优异的循环性能. 在0.2C（35.2 mA·g^-1）的电流密度下,3.0-4.5 V的电压范围内,MWCNT-NVP的初始比容量为82.2 mAh·g^-1. 循环100次以后,比容量为72.3 mAh·g^-1. 在1.0-3.0 V充放电时,MWCNT-NVP的初始容量为100.6 mAh·g^-1. 100次循环以后,其容量保持率高达90%. 同时,交流阻抗测试表明,由于MWCNT的存在,MWCNT-NVP的导电性有了显著的提高. 以上结果表明,MWCNT-NVP是一种良好的锂离子电池电极材料.     

以氨基化的聚苯乙烯微球为模板制备电致变色性能优良的单层有序多孔PBTB薄膜

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO₃纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO₃/RGO). 将WO₃/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能. 结果显示,在0.1C (1C=638 mA·g^-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh·g^-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh·g^-1,保持率为83.4%. 即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh·g^-1. 由此说明,WO₃/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺（ODA）接枝的氧化石墨烯（GO）,得到了十八胺功能化石墨烯（ODA-G）,将ODAG与聚苯胺（PANI）通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料（ODA-G/PANI）. 采用傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、拉曼（Raman）光谱及透射电镜（TEM）,对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试. 结果显示,少量ODA-G的引入为PANI 的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI 的赝电容. 在电流密度1.0 A·g^-1下,2%（w）ODA-G/PANI 的比电容达到787 F·g^-1,而相应的PANI 仅有426 F·g^-1. 此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.     

多元醇法合成具有不同长径比的棒状LiFePO4/C材料

以三价铁盐为铁源,采用多元醇还原法在低温下制备出了具有不同长径比的棒状LiFePO₄材料. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等手段分析了不同回流反应时间下制备出的前驱体和最终的LiFePO₄/C 样品. 结果表明：回流反应时间对LiFePO₄的形貌和特性有明显的影响. 通过把回流反应时间从4 h延长至16 h,材料的形貌由不规则的短棒状颗粒变为规则的长棒状颗粒,且棒的直径明显变小. 当回流反应时间为10 h 时,样品复合了多种形貌,有利于电子的传输,在低倍率下具有优秀的性能,0.1C放电比容量为163 mAh·g^-1;当回流反应时间为16 h 时,样品具有最大的长径比,有利于锂离子的扩散,在高倍率下具有良好的性能,1C、3C、5C、10C、20C倍率下放电比容量分别为135、125、118、110、98 mAh·g^-1,循环性能良好,几乎无衰减.     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn1.9Mg0.05Ti0.05O4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料, 以柠檬酸为螯合剂, 采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄. 采用热重分析(TGA), X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)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: 780℃下煅烧12 h 得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的LiMn_1.9Mg_0.05Ti_0.05O₄材料, 该材料具有良好的电化学性能, 在室温下以0.5C倍率充放电, 在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 mAh·g^-1, 循环50 次后放电比容量仍为118.5mAh·g^-1, 容量保持率为93.5%. 在55℃高温下循环30次后的放电比容量为111.9 mAh·g^-1, 容量保持率达到91.9%, 远远高于未掺杂的LiMn₂O₄的容量保存率. 二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂LiMn₂O₄, 改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能, 使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.     

静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe3O4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料

采用静电自组装方法,分两步合成Fe（OH）₃/GO前驱体（GO：氧化石墨烯）,再通过水热反应和600 ℃高纯氮气气氛下煅烧,获得了Fe₃O₄/石墨烯复合材料. 通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、拉曼（Raman）光谱等多种分析,发现该复合材料具有三维多孔石墨烯网络结构. 把合成的这种Fe₃O₄/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明其具有优良的电化学性能：首次放电容量为1390 mAh·g^-1,50次循环后容量为819 mAh·g^-1. 通过对比实验表明,三维石墨烯网络结构的形成对复合材料的电化学循环稳定性起着关键作用.     

Superior cycle performance of Sn@C/graphene nanocomposite as an anode material for lithium-ion batteries

A novel anode material for lithium-ion batteries, tin nanoparticles coated with carbon embedded in graphene (Sn@C/graphene), was fabricated by hydrothermal synthesis and subsequent annealing. The structure and morphology of the nanocomposite were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The size of the Sn@C nanoparticles is about 50-200 nm. The reversible specific capacity of the nanocomposite is ∼662 mAh g⁻¹ at a specific current of 100 mA g⁻¹ after 100 cycles, even ∼417 mAh g⁻¹ at the high current of 1000 mA g⁻¹. These results indicate that Sn@C/graphene possesses superior cycle performance and high rate capability. The enhanced electrochemical performances can be ascribed to the characteristic structure of the nanocomposite with both of the graphene and carbon shells, which buffer the volume change of the metallic tin and prevent the detachment and agglomeration of pulverized tin.     

In situ chemical synthesis of SnO2–graphene nanocomposite as anode materials for lithium-ion batteries

An in situ chemical synthesis approach has been developed to prepare SnO₂–graphene nanocomposite. Field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy observation revealed the homogeneous distribution of SnO₂ nanoparticles (4–6 nm in size) on graphene matrix. The electrochemical reactivities of the SnO₂–graphene nanocomposite as anode material were measured by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge cycling. The as-synthesized SnO₂–graphene nanocomposite exhibited a reversible lithium storage capacity of 765 mAh/g in the first cycle and an enhanced cyclability, which can be ascribed to 3D architecture of the SnO₂–graphene nanocomposite.