锂离子电池负极材料PSi@GO的制备及其电化学性能

具有高能量密度的硅材料是锂离子电池负极的优选材料之一。但是,低电导率和在充放电过程中伴随的巨大体积变化而导致循环过程中容量迅速衰减,阻碍了硅材料商业化。本文以商业化的铝硅合金为硅源,通过冷冻干燥方法将氧化石墨烯（GO）包覆在其表面,制备了微米级的多孔硅（PSi）与GO的复合材料PSi@GO。该复合材料核层多孔硅内部丰富的孔隙提供充足的空间以适应硅的体积变化,外层的氧化石墨烯可以加速离子和电子传输,并再次缓冲硅的体积变化,从而可以有效地改善硅负极的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明,电流密度为500mA/g时,PSi@GO-2（PSi与GO质量比为10∶5）复合电极材料循环100次后,比容量仍可达到1 275 mAh/g;在电流密度为4 A/g时,该复合材料也可达到980 mAh/g的高比容量。该PSi@GO-2复合材料显示了优异的倍率性能,具有良好的应用前景。      

锂离子电池负极材料研究概述

锂离子电池已经在新能源动力电池、便携式电子设备及储能领域广泛使用。商业化锂电池大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系作为正负极,由于电池材料本身的理论储锂容量较低,限制了锂电池向高比能量、长使用寿命方向的发展。对于当前成熟的石墨类碳负极材料,其嵌锂能力基本已被充分发挥,难以实现这一目标。本文介绍了应用于锂离子电池负极的相关材料和研究进展,并就作为下一代锂离子电池理想负极材料—硅负极进行了展望。     

锂离子电池中高容量Si-Cu/C复合负极材料的制备与性能研究

采用高能球磨方法制备了用作锂离子电池负极材料的Si—Cu／C复合材料。X射线衍射和扫描电子显微镜结果表明，复合材料中Si和Cu5Si是共存的，活性硅颗粒均匀地分散在石墨和惰性的铜硅合金基体中。电化学测试在电流密度0．2mA·cm^-2，电压范围0—1．4V条件下进行，其结果表明高分散Si—Cu／C复合材料首次可逆容量为524mAh·g^-1，远高于目前普遍使用的中间相碳微球；循环寿命也远优于同粒度的硅单体，经过30次循环后容量仍保持531mAh·g^-1。其高比容量和良好的循环性能表明：高分散Si—Cu／C复合材料有望替代碳成为锂离子电池负极材料。     

高温固相还原法制备新型锂离子负极材料NbO及其电化学性能

以Nb和Nb2O5粉末为原料,采用高温固相还原法合成NbO电极材料。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光衍射粒度分析(LDSA)、充放电测试、循环伏安(CV)测试等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行表征,并通过原位XRD分析测试,探究NbO作为负极材料在锂离子电池中的反应机理。结果表明:NbO用作电极材料的平均嵌锂平台在1.6 V左右。NbO对锂的插嵌机理为锂离子的直接脱嵌,是1个单相转变过程。在0.05 C(C为充放电电流倍率)下,NbO和球磨处理后(Ball-milling)的NbO-BM的首次放电容量分别为220(mA·h)/g和280(mA·h)/g,经过50次循环后,剩余容量分别为170(mA·h)/g和220(mA·h)/g     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

介绍了锂离子电池锡基负极材料的研究进展。重点介绍了锡基负极材料的合成方法、电极反应机理及其电化学性能。指出锡基负极材料由于其高的可逆容量，若能克服目前存在的问题，将有望成为新一代锂离子电池负极材料。     

还原-热扩散合金化法制备锂离子电池SnSbFe合金负极材料

文中通过化学还原-热扩散合金化方法,制备了类方形纳米结构SnSbFe合金复合材料。SnSbFe合金颗粒分布均匀,颗粒大小为250 nm左右。与同样方法制备的纳米级Sn2Fe合金复合材料相比,SnSbFe合金复合材料的电化学性能有显著提高。该方法制备的合金复合材料通过减缓材料充放电过程中的体积变化,抑制去合金化过程中纳米锡的团聚现象,从而显著提高材料的循环性能。Sn2Fe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为694、78.6 mAh/g。而SnSbFe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为1 138、406 mAh/g。     

高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成

通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯（MnO/rGO）复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g^-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g^-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g^-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g^-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g^-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰（p-MnO）更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.     

锂离子电池负极材料锡基氧化物的研究

采用锡基复合氧化物作为锂离子二次电池负极材料，并对其进行了合成及电化学测试，电化学测试结果表明，样品（包括SnO和SnO2以及在SnO中添加B，P，Al等元素之后的复合氧化物）的可逆容量可分别达到612mAh/g,598mAh/g和658mAh/g，这充分证明了锡基氧化物用于锂离子二次电池是非常合适的，另外，通过X射线衍射分析和SEM（电子描电镜）对锡基复合氧化物作了分析研究，XRD分析结果表明，在SnO中添加B，P，Al等元素之后所焙烧出的产物完全是玻璃体结构，在SEM表征结果中显示出SnO是粒子状结构，在SnO中添加B，P，Al等元素之后，样品的形貌是不规则的四角形态，粒径分布范围较广，结果表明锡基复合氧化物作为锂离子电池负极材料很有应用前景。     

无烟煤制备高性能锂离子电池负极材料的研究

以我国资源丰富的低成本优质无烟煤为原料,经过2800 ℃高温纯化、石墨化处理,制备出锂电池用负极材料,用相同手段处理商业化石墨的前体石油焦与石墨化无烟煤作对比。通过X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,拉曼光谱（Roman）和氮吸附?解吸等手段对无烟煤基负极材料进行微观结构的表征。采用恒流充放电（GCD）,循环伏安（CV）表征其电化学性能。实验结果表明,无烟煤基石墨化负极材料的石墨化度可达95.44%,比表面积为1.1319 m2·g?1,石墨片层结构平整光滑。该石墨化无烟煤作为锂离子电池的负极材料首次库伦效率为87%,在0.1C的电流密度下具有345.3 mA·h·g?1的可逆容量,且在高倍率下该材料比石墨化石油焦材料显现出更好储锂性能,这归功于石墨化无烟煤较为规则高度有序的表面结构。在不同倍率循环后电流密度恢复到0.1C时容量基本无衰减,100圈循环后可逆容量保持率高达93.8%,基本与石墨化石油焦负极相当,拥有优异的循环稳定性。无烟煤基石墨在容量、倍率性能及循环稳定性上基本接近甚至超过石墨化石油焦。本研究表明,采用优质无烟煤作为原料生产锂离子电池负极材料具有潜在的研究价值和广阔的商业前景。      

直接融盐法制备锂离子电池负极材料Li4/3Ti5/3O4及其电化学性能

以CH3COOLi·2H2O和锐钛矿型TiO2为原料,通过直接融盐法合成锂离子电池负极材料Li4/3Ti5/3O4,考察合成条件对材料性能的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行物相和形貌分析.结果表明,先在70℃保温5 h或10 h,再在800℃煅烧2 h可得到纯相的Li4/3Ti5/3O4粉末,平均粒径在300nm左右,且粒径分布均匀.充放电测试表明在70℃保温5 h、800℃煅烧2 h得到的样品具有最优异的电化学性能.以0.1C倍率充放电,其首次放电容量达到172(mA·h)/g,接近理论容量,20次循环后,容量仍保持在140(mA·h)/g.与传统的固相法相比,用直接融盐法得到的材料具有较大的锂离子扩散速率、高倍率性能和循环可逆性.     

部分炭化策略制备Si@C材料及其储锂性能研究

硅因其具有较高的理论比容量(约为3 579 mAh/g,Li₁₅Si₄)而成为最具吸引力的负极材料。为了解决硅材料高达300%的体积膨胀和导电性差等问题,以聚丙烯酸(PAA)、蚕茧提取物丝素蛋白和纳米硅(Si NPs)为原料,通过简单的部分炭化,一步法制备了Si@C_AS电极材料,并系统研究了聚丙烯酸(A)/丝素蛋白(S)的比例和炭化温度对Si@C_AS复合材料电化学性能的影响。结果表明：当聚丙烯酸与丝素蛋白的质量比为1∶1,炭化温度为450℃时,所制备的Si@C_AS负极的电化学性能较优,远超Si@C_A和Si@C_S负极材料的电化学性能。Si@C_AS负极材料可在0.5 A/g电流密度下循环200圈后比容量可达1 404.2 mAh/g。同时,该材料展现出了优异的倍率性能,在4 A/g电流密度下比容量仍可达1 452.8 mAh/g。     

聚甲氧基有机硅/莫来石杂化材料的高温处理与热膨胀性能研究

制备了耐高温低膨胀聚甲氧基有机硅(PMOS)/莫来石杂化材料.FT-IR与XRD测试表明材料在热处理过程中PMOS基体逐渐降解,而莫来石晶体则随温度的升高而稍有生长;TG测试表明材料在800℃高温处理后仍有93.4%的质量残留;SEM显示莫来石均匀分散在PMOS基体中;材料的冲击强度随热处理温度的升高而先减小后增大,800℃热处理后材料的冲击强度为924 J/m2;材料的膨胀系数很低,且随莫来石含量的增加而减小;聚甲氧基有机硅/莫来石杂化材料具有良好的耐高温性能与低热膨胀性能.     

有机蒙脱石基复合相变材料的制备及研究

以有机蒙脱石为载体材料,聚乙二醇/硬脂酸为相变材料,采用液相插层法制备出了聚乙二醇/有机蒙脱石以及硬脂酸/有机蒙脱石复合相变材料.采用DSC对复合相变材料的热性能进行了研究.结果表明：复合相变材料中相变材料的适宜质量分数为50%;相同含量的情况下,聚乙二醇/有机蒙脱石的相变潜热比硬脂酸/有机蒙脱石的相变潜热小;硬脂酸质量分数为50%的复合相变材料的相变温度为54.56℃,相变潜热为79.8 J/g,经100次热循环后仍具有良好的热稳定性.     

Preparation and performance of electrodeposited Ni-TiB2-Sm2O3 composite coatings

Sm₂O₃ and TiB₂ were used as codeposited particles in electrodeposition Ni-TiB₂-Sm₂O₃ composite coatings to improve its performance. Ni-TiB₂-Sm₂O₃ composite coatings were electrodeposited in the nickel sulfate, hexadecylpyridinium bromide and cetyltrimethylammonium bromide solution containing TiB₂ and Sm₂O₃ particles. The content of codeposited Sm₂O₃ in the composite coating was controlled by changing the concentrations of Sm₂O₃ particles in the solution. The composite coatings were characterized with X-ray diffraction (XRD) and inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES). The effects of Sm₂O₃ content on microhardness, wear weight loss and friction coefficient of composite coatings were investigated, respectively. The microhardness of the Ni-TiB₂-Sm₂O₃ composite coatings was 19.35%, 16.58%, 2.03% higher than that of the Ni coating, Ni-Sm₂O₃ and Ni-TiB₂ composite coatings, respectively. The wear weight loss of the Ni-TiB₂-Sm₂O₃ composite coatings was 7, 2.33, 1.22 times lower than that of the Ni coating, Ni-Sm₂O₃ and Ni-TiB₂ composite coatings, respectively. The friction coefficient of the Ni coating, Ni-Sm₂O₃, Ni-TiB₂ and Ni-TiB₂-Sm₂O₃ composite coatings were 0.712, 0.649, 0.850 and 0.788, respectively. The loading-bearing capacity and the wear-reducing effect of the Sm₂O₃ particles were closely related to the content of Sm₂O₃ particles in the composite coatings.     

类松果状NiMoO_4/MnO_2复合材料的合成及超级电容性能

以Na_2MoO_4·2H_2O、Ni SO_4·6H_2O和MnO_2为原料,采用水热法成功制备了类松果状NiMoO_4/MnO_2复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对材料进行表征.结果表明,MnO_2的最佳质量分数为10%,所得NiMoO_4/MnO_2复合材料具有类松果状形貌,其颗粒直径为200～600 nm,且表面粗糙、多孔;在1 A·g~(-1)的电流密度下,MnO_2质量分数为0、5%、10%、15%、20%时,所得复合材料NM0、NM5、NM10、NM15和NM20的放电比电容分别为260、248、650、420和305 F·g~(-1).在电流密度为10 A·g~(-1)下,最佳样品NM10复合材料的首次放电比容量为102 F·g~(-1),经过100次循环后,其放电比电容稳定在147 F·g~(-1).该性能的提高,主要是由于MnO_2的引入弥补了NiMoO_4单一材料存在的不足,从而达到协同增效的作用.     

氧化石墨烯/壳聚糖复合微球的制备及其对铌的吸附性能

实验采用改进Hummers法合成了氧化石墨烯(GO),再用壳聚糖(CS)与GO制备了交联壳聚糖微球(GCCS)和GO质量分数分别为2%、5%、10%的氧化石墨烯/壳聚糖复合微球(GOCS),对其进行了表征,并研究了其对Nb的草酸配合物的吸附性能。结果表明,在1mmol/L的H_2C_2O_4溶液介质中,优化的吸附条件为GOCS中GO的质量分数为5%、pH=3。该吸附反应符合Langmuir等温吸附模型,为单层吸附,理论最大吸附量为38.46mg/g。动力学实验表明,该吸附反应符合准二级动力学模型。热力学实验表明,该吸附反应为自发反应、放热反应。采用5mL 1mol/L的HNO_3溶液进行洗脱实验,洗脱率为84.9%。3次吸附洗脱循环实验,吸附率和洗脱率并未出现明显下降,表明再生性能良好。     

Preparation and tribological performance of electrodeposited Ni-TiB2-Dy2O3 composite coatings

TiB2 and Dy2O3 were used as codeposited particles in the preparation of Ni-TiB2-Dy2O3 composite coatings to improve its per-formance. Ni-TiB2-Dy2O3 composite coatings were prepared by electrodeposition method with a nickel cetyltrimethylanunonium bromide and hexadecylpyridinium bromide solution containing TiB2 and Dy2O3 particles. The content of codeposited TiB2 and Dy2O3 in the compos-ite coatings was controlled by adding TiB2 and Dy2O3 particles of different concentrations into the solution, respectively. The effects of TiB2 and Dy2O3 content on microhardness, wear mass loss and friction coefficients of composite coatings were investigated. The composite coat-ings were characterized by X-ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. Ni-TiB2-Dy2O3 composite coatings showed higher microhardness, lower wear mass loss and friction coefficient compared with those of the pure Ni coating and Ni-TiB2 composite coatings. The wear mass loss of Ni-TiB2-Dy2O3 composite coatings was 9 and 1.57 times lower than that of the pure Ni coating and Ni-TiB2 composite coatings, respectively. The friction coefficient of pure Ni coating, Ni-TiB2 and Ni-TiB2-Dy2O3 composite coatings were 0.723, 0.815 and 0.619, respectively. Ni-TiB2-Dy2O3 composite coat-ings displayed the least friction coefficient among the three coatings. DY2O3 particles in composite coatings might serve as a solid lubricant between contact surfaces to decrease the friction coefficient and abate the wear of the composite coatings. The loading-bearing capacity and the wear-reducing effect of the Dy2O3 particles were closely related to the content of Dy2O3 particles in the composite coatings.     

氧化钨/碳纳米管膜复合负极的制备及其储锂性能

氧化钨(WO₃)因具有较高的理论比容量(693 mAh/g)已成为锂离子电池负极材料的有力候选者。但在电池充放电即锂离子脱/嵌入过程中WO₃会产生较大的体积变化,导致其放电比容量快速衰减,故对其循环稳定性研究仍是热点之一。文中采用水热法和喷涂法分别在碳纳米管膜(CMF)基底上成功合成了水热型-氧化钨/碳纳米管膜(H-WO₃/CMF)和喷涂型-氧化钨/碳纳米管膜(S-WO₃/CMF)复合电极。XRD测试结果显示H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF中的WO₃分别属于单斜相和六方相。将H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF分别组装成扣式电池进行电化学性能测试,结果表明H-WO₃/CMF的首次放电比容量高于S-WO₃/CMF。当H-WO₃/CMF以0.2 C倍率循环时,第1圈放电比容量达到635 mAh/g,循环50圈时放电比容量为510 mAh/g,仍有上升趋势; S-WO₃/CMF在0.2 C倍率下循环时,第1圈放电比容量仅为515 mAh/g,在后续循环过程中容量衰减较快。交流阻抗测试结果显示H-WO₃/CMF的导电性高于S-WO₃/CMF。研究结果表明:H-WO₃/CMF作为锂离子电池负极,有望提升WO₃的电化学稳定性。      

Preparation and characterization of sodium silicate/epoxy resin composite bonded Nd-Fe-B magnets with high performance

As an organic binder for bonded Nd-Fe-B magnets, epoxy resin(EP) has poor heat resistance but good moisture resistance, while sodium silicate(SS) has poor moisture absorption but better heat resistance and corrosion resistance. In order to improve high temperature stability and decrease moisture absorption of bonded Nd-Fe-B magnets, EP/SS composites were applied as the binder to prepare bonded Nd-Fe-B magnets. The magnetic properties, moisture absorption, corrosion resistance, compressive strength and microstructure of composite bonded magnets were investigated. The results show that EP/SS bonded magnets can obtain excellent magnetic properties at room temperature, and even useable magnetic properties a thigh temperature environments at 200°C. EP/SS composite binder effectively improves heat resistance and corrosion resistance of bonded Nd-Fe-B magnets, and reduces the hygroscopic properties. The molecule of sodium silicateis rigid and keeps it original shape at high temperature environments. In addition, SS in composite binder improves the mobility of the magnetic powders during the pre-pressing process, which makes the magnetic powders attain a more regular structure. These two factors will increase the mechanical properties. Moreover, sodium silicate in the composite binder can also cover the surfaces protecting the magnetic powders from oxidation and corrosion. EP in composite binder can cover SS surface to reduce the water absorption of SS as epoxy is a hydrophobic material. The EDX analysis shows that the composite binder has accumulated in the gaps of the magnet powders, which not only improves heat resistance and corrosion resistance, but also increases the mechanical properties. Therefore, EP/SS composite binder endows bonded Nd-Fe-B magnets excellent comprehensive properties.     

莫来石-碳化硅-堇青石复合材料的制备

以莫来石、堇青石、碳化硅、矾土为主要原料,铝酸钙水泥、硅微粉为结合系统,制备了莫来石-碳化硅-堇青石复合材料,并与莫来石-碳化硅材料进行了对比。试样自然干燥24h脱模后,再经110℃烘干24h,分别在空气气氛下于1000℃、1300℃和1500℃热处理3h,检测各温度热处理后试样的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度以及试样的热膨胀系数、常温耐磨性能和抗热震性能。结果表明,莫来石-碳化硅-堇青石材料的体积密度小于莫来石-碳化硅材料的体积密度;常温抗折强度和耐压强度小于莫来石-碳化硅材料的常温抗折强度和耐压强度,只有经过1500℃热处理后的常温抗折强度大于莫来石-碳化硅材料的常温抗折强度。在莫来石-碳化硅材料中添加堇青石会降低材料的常温耐磨性能。莫来石-碳化硅-堇青石材料试样的热膨胀系数小于莫来石-碳化硅材料试样的热膨胀系数,抗热震性优于莫来石-碳化硅材料。