高容量锂离子电池SiO/SnO_x复合负极材料研究

通过高能球磨和惰性气氛保护烧结两步法制得SiO/SnO_x复合材料.高能球磨后的SiO和SnO_2均是无定形结构,随着烧结温度的增加,部分SnO_2被还原成Sn单质,这一过程伴随有SiO_2的生成.在700℃烧结处理的样品表现出最优异的电化学性能,在0.1A·g(~-1)电流密度下,循环90次容量保持在920mA·h·g~(-1),且在不同电流密度下复合材料均表现出优异的倍率性能,在2A·g~(-1)的大电流密度下容量达到380mA·h·g~(-1).     

锂硅电池负极材料G-Si的制备及电化学性能

硅是一种具有应用前景的负极材料。为了解决在电化学循环过程中由于硅电极体积变化较大、导电性比较差而造成负极材料比容量迅速衰减及其循环性能不稳定的问题,本研究利用溶胶-凝胶法,经过镁热反应制得具有三明治结构的负极材料石墨烯-硅-石墨烯;通过实验研究发现负极材料G-Si-1:1具有较好的电化学性能,在电流密度为0.1 A/g时首次放电比容量为1150 m A·h·g~(-1),循环100周时放电比容量为534.2 m A·h·g~(-1)。负极材料石墨烯纳米片负载硅纳米颗粒的合成路线较为简单,并且具有较高的放电比容量和较好的循环性能,在未来具有较好的应用前景。     

高性能长循环锌离子电池双金属氧化物ZnMnO3正极材料

通过溶胶-凝胶法制备了一种锰基双金属氧化物ZnMnO₃纳米颗粒材料,首次将其应用于水系锌离子电池正极材料。在300 mA/g的电流密度下表现出高的放电比容量(175 mA·h/g)。在1 000 mA/g的电流密度下放电比容量仍然高达134 mA·h/g。与单金属氧化物相比,ZnMnO₃表现出更优异的循环稳定性和更好的倍率性能。通过非原位的电极表面扫描电子显微镜(SEM)形貌表征,ZnMnO₃在循环过程中能够保持结构的稳定性,从而具有稳定的长循环性能。通过非原位X射线衍射(XRD)分析表明,ZnMnO₃的储锌行为符合嵌入脱出机理。     

非晶二氧化钛超薄纳米片用于稳定的高倍率锂储存（英文）

嵌入型金属氧化物由于降低了低电压下锂沉积风险，作为负极材料在可充电锂离子电池中广泛使用。然而，这类电极材料较低的能量密度、功率密度及循环稳定性差限制了其快充的能力。我们设计合成了一种具备良好电化学循环稳定性的非晶二氧化钛纳米片，在500 mA·g^-1的电流密度下循环200圈后具有231 mA·h·g^-1的比容量，在6 A·g^-1的高电流密度下经过1000圈循环后保持了156.7 mA·h·g^-1的比容量。非晶二氧化钛纳米片高倍率性能的提升归因于开放的高度各向同性的结构特性，降低了离子迁移能垒,确保了离子可用性，降低了嵌入后材料的体积变化。本研究表明非晶化是一种有望开发具有高倍率性能的传统金属氧化物电极材料的策略。     

微波辅助法制备钴酸锌纳米花及其储锂性能

采用微波液相辅助法及退火处理制备了纳米花结构的钴酸锌(ZnCo_2O_4),并考察了不同退火温度对材料性能的影响。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)法、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电测试,对所制备材料的晶体结构、形貌以及电化学性能进行了分析。分析结果表明:不同退火温度均能制备出尖晶石结构的ZnCo_2O_4。随着退火温度的升高,ZnCo_2O_4纳米花趋于团聚。400℃退火制备的ZnCo_2O_4纳米花具有较好的电化学性能。在200 m A·g~(-1)的电流密度,经过50圈循环后,比容量仍高达673. 5 m A·h·g~(-1),对应的库伦效率为97. 5%,表现出了良好的循环性能和高充放电比容量。     

碳纳米花的制备及其电化学表征

以醋酸纤维素(CA)为碳源,氧化锌纳米花为模板,通过高温炭化方法制备了碳纳米花材料(CNF).采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和拉曼光谱等方法对所制备的碳纳米花的结构和形态进行了表征,并通过三电极体系对碳纳米花材料的电化学性能进行了研究.结果表明,该电极材料在1A·g~(-1)的电流密度下比电容可达229.7F·g~(-1),同时显示出优异的倍率性能,在电流密度为100A·g~(-1)下比电容仍然保持初始值的78.4%,并且该材料具有超高的循环稳定性,经过6 000圈恒电流充放电循环,比电容保持了初始值的100%.     

煤沥青基类石墨烯碳/Fe_3O_4复合物的制备及其锂电性能研究

采用具有低软化点的煤沥青作为碳源,原位包覆Fe_3O_4纳米粒子制备Fe_3O_4/煤沥青基碳复合材料(简称Fe_3O_4/C),并研究复合物作为锂离子电池电极材料的性能.结果表明,所得煤沥青碳呈类石墨烯状包裹在Fe_3O_4纳米粒子周围,包覆前后所得产物的尺寸变化不大,约为200~400nm.XPS和热重分析证明复合物中存在C、O和Fe元素且Fe_3O_4含量为92.4%.采用交流阻抗、倍率性能和循环稳定性等对复合物进行电化学性能测试,所得的产品Fe_3O_4/C-700的电阻值为26.80Ω,比纯品Fe_3O_4的电阻值(126.04Ω)明显降低,说明煤沥青基碳具有提升Fe_3O_4导电性的功能.在0.1A·g~(-1)的电流密度下,Fe_3O_4/C-700复合物的放电比容量达993mA·h·g~(-1),比单纯Fe_3O_4的放电比容量(821mA·h·g~(-1))增加约21%;在0.4A·g~(-1)的电流密度下循环100次效率保留值为80.48%,表现较好的循环稳定性.所得煤沥青基类石墨烯碳原位包覆Fe_3O_4纳米粒子,有效抑制了后者在锂离子充放电过程中体积膨胀引起的聚集,同时增强了Fe_3O_4纳米粒子的导电性,使其表现出令人满意的电化学性能.     

核壳结构锰掺杂ZIF67纳米复合材料的溶剂热法合成及其超电容特性研究

利用溶剂热法可控制备出了具有核壳结构的锰掺杂ZIF67纳米复合材料(Mn-ZIF67),通过扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了其微观形貌和元素组成,利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)分析了样品的物相组成以及元素价态.电化学测试结果表明Mn-ZIF67拥有优异的超电容特性和循环稳定性,在1A·g~(-1)的电流密度下的比电容可达257F·g~(-1),是ZIF67比电容的十几倍,并且在10000圈的充放电后仍保持着95.3%的比容量.卓越的电化学性能归因于二维的片状结构可以缩短离子的传输路径,并且提供了更多的活性位点,有利于电荷的快速转移.     

Li_3VO_4/RGO纳米复合负极材料的制备及其电化学性能

钒酸锂作为锂离子电池负极材料,因具有比碳材料更高的安全性能和比钛酸锂材料更高的能量密度,成为近年来的研究热点,但导电性能差是限制其应用的主要瓶颈。为了改善钒酸锂材料的导电性,提高其比容量和倍率性能,设计构筑了具有三维结构的Li_3VO_4/RGO(还原氧化石墨烯)复合负极材料。结果表明,RGO可以抑制Li_3VO_4颗粒的团聚,典型产物中Li_3VO_4颗粒粒径为50~200nm,均匀地分散在RGO的表面,与RGO形成良好的三维网络结构。600℃煅烧后的样品(Li_3VO_4/RGO-600)在0.5C的电流密度下首次放电比容量达到495.6(mA·h)/g,100次循环后保有365.9(mA·h)/g;在10C的电流密度下,放电比容量仍可保持332.9(mA·h)/g。     

MnO@CoMn_2O_4/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量,但因其电导率低,以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减.碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法,二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能.以MnO_2纳米线为模板制备出MnO_2@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构,再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn_2O_4纳米线复合材料(MnO@CoMn_2O_4@N-C).ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应,产生了氮掺杂碳,提升了导电性.当作为锂离子电池阳极材料时,MnO@CoMn_2O_4/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA·h/g,并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在925.8 mA.h/g,在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA·h/g,同时具有优异的倍率循环性能.这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构,以及氮掺杂碳的包覆.     

Ti掺杂对锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4结构及电化学性能影响

以钛酸四丁酯为掺杂剂,抗坏血酸为碳源,采用溶胶-凝胶法合成Ti~(4+)掺杂的锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4。通过X线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高频红外碳-硫分析仪、循环伏安及恒电流充放电测试等表征手段分析了Ti元素掺杂对Li_2FeSiO_4结构、形貌、放电容量、循环稳定性的影响。结果表明:掺Ti减小了Li_2FeSiO_4颗粒尺寸,增加了其与电解液间的接触面积,提高了锂离子的迁移率,从而提高了放电容量。在10 mA/g电流密度下,Ti掺杂的试样首次充放电容量分别为206.9 mA·h/g和172 mA·h/g;未掺杂的试样的充放电电容量分别为169.1 mA·h/g和143.7 mA·h/g。     

三价铁离子掺杂对钛酸锂结构和化学性能的影响

采用溶胶凝胶法制备Li4-x/3FexTi5-2x/3O12(x=0,0.03,0.06,0.09)粉体活性材料,并优化了最佳掺杂量为x=0.03。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。结果表明:掺杂适量的铁离子不会改变钛酸锂的尖晶石结构和形貌。1C时,Li3.99Fe0.03Ti4.98O12首次放电比容量为145.40 m A·h/g;纯相的首次放电比容量仅为116.95 m A·h/g。     

TiO_2纳米片/石墨烯复合电极材料的制备及其超级电容器性能

以无定形TiO_2粉体为前驱体,利用水热反应制得TiO_2纳米片,后与氧化石墨复合并还原得到TiO_2纳米片/石墨烯(rGO)复合电极材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行表征。结果表明,TiO_2纳米片是由粒子聚集而成,在复合材料中,TiO_2纳米片进入到了石墨烯片层之间,增加了复合材料的比表面积。循环伏安(CV)、恒电流放电(CP)和循环寿命测试表明,TiO_2/rGO纳米复合电极材料在三电极体系中,电流密度为1A·g~(-1)时,比电容高达240.9 F·g~(-1)。2 000次循环后仍保持初始电容68%,表现出优秀的超级电容器电极材料性能。     

LiBr/MoO3/PE隔膜对锂硫电池循环稳定性的影响

通过在聚乙烯(PE)隔膜上引入三氧化钼(MoO₃)和溴化锂(LiBr)涂层制备LiBr/MoO₃/PE多功能复合隔膜,采用X射线衍射和扫描电子显微镜对膜的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安、电化学阻抗和充放电性能测试等方法研究涂覆修饰层后的LiBr/MoO₃/PE隔膜对Li金属负极稳定性和锂硫(Li-S)电池性能的影响.结果表明：LiBr提高了多硫化锂(LiPSs)的溶解度,MoO₃层对LiPSs具有化学吸附作用,可提高活性物质S的利用率,并抑制Li-S电池的穿梭效应;以LiBr/MoO₃/PE为隔膜的Li-Li对称电池在0.6 mA/cm²的电流密度和1 (mA·h)/cm²的容量下稳定循环时间为1 600 h, Li-S电池在0.2 C下的初始放电比容量可达1 229.2 (mA·h)/g, 500次充放电循环后的比容量为628 (mA·h)/g.     

钴负载碳气凝胶的制备与电化学性能研究

以聚丙烯腈(PAN),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和钴盐为前驱体,通过对有机凝胶进行高温碳化得到钴负载碳气凝胶.利用X射线衍射谱(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),热重分析(TGA)和充放电测试对钴负载碳气凝胶进行结构、形貌和电化学性能的表征分析.结果表明,碳化温度影响产物的形貌及性能,其中700℃碳化的钴负载碳气凝胶钴颗粒分布最均匀,同时具有最好的电化学性能.在50mA·g^(-1)电流密度下,首次放电比容量高达983.1mAh·g(-1)电流密度下,首次放电比容量高达983.1mAh·g^(-1),经100周循环后,放电比容量仍保持在280.3mAh·g(-1),经100周循环后,放电比容量仍保持在280.3mAh·g^(-1);在500mA·g(-1);在500mA·g^(-1)大电流密度下,该材料放电比容量为105.4mAh·g(-1)大电流密度下,该材料放电比容量为105.4mAh·g^(-1),具有很好的倍率性能.     

尖晶石结构Li4Ti5O12的制备及其电化学性能

以TiO2和醋酸锂为原料,采用在乙醇中预分散和在液相体系中熔融浸渍的协同共混技术,实现反应物料间微尺度混合,在较低温度下分段煅烧合成纳米结构钛酸锂.X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和粒度分布等测试结果表明,产物为尖晶石结构钛酸锂(Li4Ti5O12),平均粒径约为550 nm.以该产物为负极材料组装锂离子电池并测试其电化学性能,结果表明其性能良好,0.1 C倍率下首次充放电比容量高达165 mA.h/g,具有稳定的电压平台,循环性能良好.     

氮掺杂多孔MOF衍生碳电极的构筑及其电化学性能

通过两步法成功将氮掺杂石墨烯量子点(N-doped graphene quantum dots,N-GQDs)与金属有机骨架衍生碳材料(cZIF-8)组合制备出N-GQDs@cZIF-8超级电容器.1 mol/L H_2SO_4电解质中,该电极在0.5 A·g~(-1)电流密度下具有246.6 F·g~(-1)的比容量,在循环8000次时仍然保持83.7%的容量保留率,展现了优异的循环稳定性.同时, NGQDs@cZIF-8超级电容器在104.5 W·kg~(-1)的功率密度下获得了8.2 W·h·kg~(-1)的优异能量存储能力,这样显著的电化学性能主要因其具有高比表面积的三维结构和高赝电容活性的氮掺杂水平(10.13%),使其在超级电容器、锂离子电池等能量存储领域具有潜在的应用前景.     

微波辅助法制备钴酸锌纳米花及其储锂性能

采用微波液相辅助法及退火处理制备了纳米花结构的钴酸锌(ZnCo2O4),并考察了不同退火温度对材料性能的影响。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)法、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电测试,对所制备材料的晶体结构、形貌以及电化学性能进行了分析。分析结果表明:不同退火温度均能制备出尖晶石结构的ZnCo2O4。随着退火温度的升高,ZnCo2O4纳米花趋于团聚。400℃退火制备的ZnCo2O4纳米花具有较好的电化学性能。在200mA·g-1的电流密度,经过50圈循环后,比容量仍高达673.5mA·h·g-1,对应的库伦效率为97.5%,表现出了良好的循环性能和高充放电比容量。     

微波辅助法制备钴酸锌纳米花及其储锂性能

采用微波液相辅助法及退火处理制备了纳米花结构的钴酸锌(ZnCo2O4),并考察了不同退火温度对材料性能的影响。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)法、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电测试,对所制备材料的晶体结构、形貌以及电化学性能进行了分析。分析结果表明:不同退火温度均能制备出尖晶石结构的ZnCo2O4。随着退火温度的升高,ZnCo2O4纳米花趋于团聚。400℃退火制备的ZnCo2O4纳米花具有较好的电化学性能。在200mA·g-1的电流密度,经过50圈循环后,比容量仍高达673.5mA·h·g-1,对应的库伦效率为97.5%,表现出了良好的循环性能和高充放电比容量。     

锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备和电化学研究

采用优化合成的高比表面积和多微孔结构的活性炭,通过加热的方法使单质硫升华并沉积到活性炭微孔中,得到锂硫电池正极用硫碳复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜和比表面积表征复合材料的结构、表面形貌和比表面特性.循环伏安测试表明,复合材料在2.05V和2.35V时存在两个还原峰,在2.4V时存在一个氧化峰.充放电循环实验表明,单质硫在100mA·g-1的电流密度下首次放电比容量高达1352.5mA·h·g-1,硫的利用率达到了80.9%,循环40周后比容量还保持在800.7mA·h·g-1,表现出良好的循环稳定性.