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。     

SnP2O7@氮磷掺杂石墨烯复合材料的制备及其在钠离子电容器中的性能研究

钠离子电容器(SICs)具有比超级电容器更高的能量密度和比钠离子电池更高的功率密度.然而,SICs中正极与负极动力学不平衡问题将导致倍率性能与功率密度较差.因此,需要开发SICs负极材料提升SICs的电化学性能.基于合金化/脱合金反应的高容量以及非活性缓冲基质所带来的优异循环稳定性,锡基三元氧化物在储能系统中获得了广泛关注.本文采用N/P双掺杂石墨烯对焦磷酸锡(SnP₂O₇)纳米颗粒进行包覆(SnP₂O₇@NP-G),成功制备了SICs负极材料.受益于锡基三元氧化物的独特结构和N/P双掺杂石墨烯的协同效应,所得SnP₂O₇@NP-G拥有优异的功率密度(6 775 W/kg)与能量密度(102.1 W·h/kg).同时,SnP₂O₇@NP-G拥有优异的循环稳定性,在2 A/g的大电流密度下,经过1 000次循环后,可逆容量为87.9 mA·h/g.本工作将促进高性能SICs锡基负极材料的发展.     

碳包覆钾离子电池正极材料K0.5Mn2O4.3·0.5H2O的研究

锰基氧化物正极材料具有低成本、高容量和高能量密度等优点,是钾离子电池正极材料研究的热点.然而,由于正极材料与电解液直接接触,发生副反应,导致容量迅速衰减,限制了它的广泛应用.为解决这一问题,对正极材料采用表面包覆的改性策略,以多巴胺为碳源,采用溶剂热法在K_0.5Mn₂O_4.3·0.5H₂O正极材料均匀地包覆碳涂层.碳包覆层阻止了正极材料与电解液的直接接触,有效地抑制了副反应.结果发现:在电流密度为50 mA/g的条件下,添加占正极材料质量10%的多巴胺时,放电容量为89.8 mA·h/g,容量保持率为63.4%,表现出优异的电化学性能,而未包覆的正极材料的放电容量为68.8 mA·h/g, 循环100圈后容量保持率为32%.这种表面涂层策略为提高钾离子电池阴极的循环稳定性提供了一种新的改性方法.     

溶剂热法构建层状二硫化钒纳米片——一种高效稳定的钠离子电池负极材料

利用简单的溶剂热合成法制备层状二硫化钒纳米片,并对其作为钠离子电池负极材料进行了性能研究.结果表明:层状二硫化钒纳米片用于钠离子电池负极时,在电流密度为200mA/g的50次循环后,比容量最高可达238.4mAh/g.首圈库伦效率为78.0%,随后第二圈的库伦效率又增长为97.3%,整体稳定性好.     

钠离子电池正极材料β-NaMnO_2的容量衰减机制

Na MnO_2理论容量高、制备简单,是一种极具应用前景的钠离子电池正极材料.但是由于存在前几次循环容量衰减快的问题,故目前对其容量衰减机制的研究较少.采用传统固相法制备了层状β-NaMnO_2钠离子电池正极材料,在10 m A/g的电流密度下β-NaMnO_2的初始放电比容高达184 mA·h/g; 10次循环后,容量保持率为73%.为探讨容量衰减原因,用X射线衍射(X-ray diffiraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)、高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscopy, HRTEM)、X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscope, XPS)等手段对材料的成分及结构进行表征. XRD结果显示,在前3次充放电过程中均出现了Na_(0.91)MnO_2和Na_(0.7)MnO_2的相,而NaMnO_2的相消失不见.在充电以后,样品的HRTEM图像上也出现了许多不同取向的纳米晶,伴随着点缺陷和面缺陷的存在.通过XPS进一步检测,发现在充放电过程中Mn的价态发生了变化.     

SnO_2/石墨烯负极材料的制备与电化学性能

为了提高锂离子电池锡基负极材料的比容量,以SnCl_4·5H_2O和石墨烯为原料,通过气相沉积法和高温烧结制备了SnO_2/石墨烯复合材料,并研究了不同烧结温度对SnO_2/石墨烯复合材料电化学性能的影响. SnO_2颗粒沉积并嵌入在石墨烯的层间,石墨烯的层状结构能够缓冲SnO_2的体积膨胀,进而有效提高材料的循环稳定性.利用电子扫描显微镜、X线能谱和X线衍射等表征方法和循环伏安等电化学性能测试方法对材料进行表征和分析.结果表明:当烧结温度为400℃时,材料的电化学性能最好,在电流密度为100 mA/g时,充放电循环50周后,其放电比容量仍能保持在716.6 mA·h/g;在电流密度为1 A/g时,放电比容量为431.9 mA·h/g.因此,该材料在商用锂离子电池领域具有潜在的应用前景.     

CoMoO4水热法制备及其在锂/钠离子电池中的应用

碳基负极材料比容量低,无法满足高能量密度电池的需求.为了进一步寻找高容量长循环寿命的电池负极材料,采用水热反应法制备了自支撑CoMoO₄负极,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的结构、形貌进行表征,利用循环伏安法和恒电流充/放电等技术对比研究了材料在锂/钠离子电池中的电化学性能.结果表明,CoMoO₄负极在锂离子电池中的首次可逆比容量为1 403.6 mAh/g,首次库伦效率为146.5%,在100 mA/g电流密度下经50次循环后仍然高达793.6 mAh/g;而CoMoO₄负极在钠离子电池中首次可逆比容量仅为314.2 mAh/g,但经50次循环后容量保持率仍有76.4 %.该自支撑负极无需导电剂和粘结剂,电极材料与泡沫镍结合力强,具有优异的循环稳定性.     

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。     

锂离子电池纳米碳负极材料的结构与嵌锂行为

采用了一种工业副产品的纳米碳粉作为锂离子电池的负极材料,对纳米碳粉进行了提纯,测定了纳米碳粉的纯度,并对提纯后的纳米碳粉进行了电化学嵌锂性能的研究·充放电实验结果表明,该碳材料首次放电比容量为358 3mA·h/g,首次循环可逆容量为336 4mA·h/g,循环9次后可逆容量保持率为76 1%·TEM观察纳米碳粉的形貌,表明纳米碳粉为球形,直径在30nm左右;XRD测定纳米碳粉的结构,纳米碳粉的d002值介于石墨和软碳材料的d002值之间,为0 3481nm·     

多级纳米花球状聚多巴胺-钼氧化物复合材料用于宽电压窗口锌离子存储

水系锌离子电池(AZIBs)具有操作简单、成本低、安全性高等优点,在能源存储方面具有广阔的应用前景。然而,开发具有高比容量和稳定循环性能的AZIBs正极材料仍然是一项艰巨的任务。本工作利用钼酸铵与盐酸多巴胺的络合反应,采用简单的共沉淀方法成功制备了具有三维纳米花球结构的聚多巴胺-钼氧化物(PDA-MoO_x)复合材料。聚多巴胺(PDA)的引入不仅可以缓解内应力、抑制体积膨胀,而且可以通过引入功能基团来增加活性位点。得益于独特的结构优势和PDA的协同作用,PDA-MoO_x在水系锌离子电池中的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能明显优于MoO_x。在100 mA·g^-1的电流密度下充放电150次,PDA-MoO_x材料的可逆比容量稳定在160 mA·h·g^-1左右,而MoO_x材料的容量仅剩7 mA·h·g^-1。即使在1 000 mA·g^-1,350次循环后,PDA-MoO_x材料的容量...     

具有微纳结构的FeS_2的制备及其储锂性能研究

金属硫化物具有较大的理论容量,有望成为下一代的锂电池负极材料,但是充放电过程中材料发生严重的膨胀/收缩、晶体粉化,使得材料的比容量迅速衰减.本文以铁醇盐为原料制备具有花状微纳结构的FeS_2,以达到抑制材料粉化效果.结果显示,300℃热处理得到的FeS_2样品能够充分保持中间体铁醇盐的花状微纳结构,结晶度高.450℃处理得到的样品表面为多孔状结构,而800℃处理未得到目标产物,样品分子式是Fe_9S_(10).电化学测试结果表明:300℃所得产物具有1 484.3mA·h/g的放电比容量,高于450℃的产物(1 326.7mA·h/g);在电流密度为200mA/g条件下,100次充放电循环后,300℃所得产物的放电比容量为480.8mA·h/g,远高于450℃所得产物的放电比容量(215.8mA·h/g).研究结果表明具有花状微纳结构对材料的粉化现象有较好的抑制作用.     

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。     

SnO_2-NiO多孔纳米纤维负极材料的电化学性能

通过静电纺丝包含聚丙烯腈(PAN)、SnO_2和NiO前驱体的溶液及其随后的煅烧过程制备出SnO_2-NiO多孔纳米纤维.使用XRD、SEM、TEM、氮气吸附脱附、循环伏安测试以及充放电测试对制备的多孔纳米纤维的形貌、晶体结构、孔结构以及电化学性能进行测试,结果表明:多孔纳米纤维由四方相SnO_2和立方相NiO纳米粒子构成,纳米粒子的尺寸为~5nm,纳米粒子之间孔隙为~5nm;SnO_2-NiO多孔纳米纤维具有良好的电化学性能,在50mA/g的电流密度下循环100圈后,其可逆容量保持在637mA·h/g,未出现明显的容量衰减现象,电流密度提高至800mA/g,其可逆容量仍有505mA·h/g,其良好的电化学性能是因为其具有多孔的一维纳米结构.     

多孔Ti3C2Tx/SnSe复合材料的制备及其储钾性能

采用原位氧化-刻蚀法和水热合成法制备了多孔MXene复合材料(Ti₃C₂T_x/SnSe),并对所制备的材料进行了结构表征与电化学性能测试. 结果表明:在0.05 A/g的电流密度下,多孔Ti₃C₂T_x/SnSe电极具有381.9 mA ·h/g的储钾容量,而相同情况下SnSe电极的比容量仅为119.2 mA ·h/g. 在1 A/g的电流密度下,多孔Ti₃C₂T_x /SnSe电极的初始可逆比容量为118.5 mA ·h/g,循环500次的比容量仍保持在35.4 mA ·h/g. 多孔Ti₃C₂T_x/SnSe电极材料优异的电化学性能得益于多孔Ti₃C₂T_x材料的高导电性,它不仅缓解了SnSe的体积膨胀,而且为离子的转移提供了良好的通路.     

氟掺杂钛酸锂纳米片的制备及其电化学性能

采用一步水热法合成了氟掺杂钛酸锂纳米片,通过扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等手段对其进行表征,并研究其电化学性能.结果表明:氟的掺入对钛酸锂纳米片的结构没有影响,氟掺杂钛酸锂纳米片的倍率性能和循环稳定性优于钛酸锂纳米片;在5A·g~(-1)的电流密度下,F掺杂样品的比容量达101mA·h·g~(-1),在2A·g~(-1)的电流密度下循环1 000次后材料仍具有120mA·h·g~(-1)的比容量,容量保持率为86.2%.     

废弃印刷线路板浸出液中原位电沉积制备三维结构Cu6Sn5/CNTs合金薄膜电极

锡基材料因具有较高的理论容量而被认为是极具吸引力的锂离子电池负极材料。然而,由于合金化和去合金化过程中存在体积膨胀效应,使得电池容量迅速衰减,限制了其实际应用。本文采用废弃印刷线路板（WPCBs）浸出液作为电沉积液,通过原位电沉积法制备无粘结剂的铜锡合金/碳纳米管（Cu₆Sn₅/CNTs）合金薄膜电极,并探究了电沉积液中碳纳米管（CNTs）浓度对合金薄膜电极的影响。实验结果表明,当电沉积液中CNTs浓度为0.2 g·L?1时,易团聚的Cu₆Sn₅合金纳米颗粒均匀分布在CNTs形成的三维网状结构中,这使得Cu₆Sn₅/CNTs-0.2合金薄膜电极组装的电池表现出优异的循环性能和倍率性能,在100 mA·g?1的电流密度下循环50次后,放电比容量为458.35 mAh·g?1,容量保持率为82.58%;在0.1、0.2、0.5、1.0和2.0 A·g?1的电流密度下放电比容量分别为518.24、445.52、418.18、345.33和278.05 mAh·g?1。该研究不仅为锂离子电池负极材料的制备提供了参考,还为资源化利用废弃印刷线路板提供了一种经济有效的策略。     

3V锂离子电池用层状α-Na0.67MnO2.26的电化学性能

以Mn(CH3COO)2·4H2O和Na2CO3为原料,通过sol-gel技术合成前驱体,在600℃焙烧前驱体得到一种新的无水层状α-Na0.67MnO2.26材料.用等离子体光谱、X射线衍射仪、扫描电镜、恒流充放电和循环伏安(CV)等对产物的结构、组成、形貌及电化学性能进行研究.结果表明:得到的样品为稳定的六方层状P2结构,且颗粒细小;该样品在充放电电流密度为25 mA/g和电压为2.0～4.3 V时,首次充电比容量为188 mA·h/g,第2次放电比容量为176 mA·h/g,充放电库仑效率高达94%;在电压为2.0～4.3 V,电流密度为25,50,125和250 mA/g充放电条件下,其第2次放电比容量分别为176,168,139和110 mA·h/g,40次循环后,其放电比容量分别为150,142,121和105 mA·h/g,显示材料有较好的循环稳定性和大电流充放电性能.     

多孔氧化镍纳米颗粒的制备及其电化学性能研究

通过简单的热分解前驱化合物的方法制备了多孔氧化镍纳米颗粒,产物由具有多孔的纳米颗粒组成.通过循环伏安和恒流充放电技术表征了多孔氧化镍纳米颗粒电极的电化学性能.结果显示多孔氧化镍纳米颗粒展现出优异的电化学性能:高的比容量、循环性能以及倍率性能.500mA/g电流密度下循环120圈,其比容量能保持在835 mA h/g.多孔结构的引入增加了电极和电解液之间的接触面积,同时提供空间来缓解循环过程中引起的体积膨胀效应,从而提高了电化学性能.     

钠离子电池负极材料Na_2Co_2TeO_6的合成及其电化学性质

采用固相法合成纯相的Na_2Co_2TeO_6材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究其晶体结构和元素价态,并用恒流充放电测试、倍率及循环伏安测试研究该材料在3.0~0.01 V内的电化学性质和动力学性能.结果表明:Na_2Co_2TeO_6作为电池负极材料具有良好的循环性能,稳定容量为200mA·h/g,充放电效率为95%;该材料具有较好的倍率性能,在电流密度500 mA/g下,仍可保持50 mA·h/g的稳定容量.