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.     

固体电解质Li_5La_3Ta_2O_(12)包覆LiMn_2O_4的改性研究

采用溶胶-凝胶的方法低温制备石榴石结构的固体电解质Li5La3Ta2O12,并用其包覆Li Mn2O4来改善材料的电化学性能。通过XRD,SEM和TEM等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试分析材料的电化学性能。研究结果表明:Li5La3Ta2O12包覆的Li Mn2O4材料与未包覆的材料相比,其电化学性能得到明显改善,经过150次循环后包覆材料的放电比容量保持率为92%,在高倍率10C(C为倍率)下包覆材料放电比容量为61.2 m A·h/g,而未包覆材料放电比容量仅为40.7 m A·h/g;包覆Li5La3Ta2O12后,Li Mn2O4的阻抗明显减小,大幅度提高了其循环性能和倍率性能。     

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。     

MnO@CoMn$_{\textbf{2}}$O$_{\textbf{4}}$/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$_{2}$O$_{4}$纳米线复合材料(MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$@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$_{2}$O$_{4}$/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$\cdot$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$\cdot$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$\cdot$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.     

LiFePO_4锂电池正极材料的Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3包覆改性

研究了以快离子导体Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3(LLTO)包覆的LiFePO_4正极材料的锂离子电池的电化学性能。采用溶剂热法制备锂电池正极材料LiFePO_4,再采用溶胶凝胶法制备的LLTO粉体对LiFePO_4进行包覆,包覆量为LiFePO_4质量分数的1%~4%.通过进行充放电测试、交流阻抗测试及循环伏安测试,研究了不同包覆量对电池的充放电比容量、循环性能及可逆性的影响。发现当LLTO含量为3 wt%,2 C、5 C时,充放电时相对于没有包覆LLTO的电池正极材料的比容量分别提高29.7%、31.6%,30次循环之后,容量损失率减小4.13%,循环伏安曲线上氧化还原峰之间的电位差仅为0.117 V,以3 wt%的LLTO包覆改性LiFePO_4显著提高了电池的电化学性能。     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的碳包覆研究

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料,采用共沉淀方法制备了锂离子电池富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2并对该材料进行表面包碳.X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)实验数据表明,该材料具有层状α-NaFeO2 结构.包碳后材料结构没有变化,表面覆盖上一层纳米级别的颗粒.电化学性能测试结果表明该材料包碳后在0.1 C (1 C＝180 mA/g),2.0 ～ 4.8 V电位范围内首次放电比容量高达259.0 mAh/g.包碳后首次放电比容量,倍率性能,循环性能均得到提高.采用电化学阻抗谱(EIS)研究包碳前后该材料的传荷阻抗,结果显示碳包覆材料的传荷阻抗明显减小,电子电导率得到提高,从而提高电化学性能.     

以竹纤维为模板制备微米管状Li4Ti5O12负极材料

以竹纤维为模板,Ti(OC4H9)4和Li(Ac).2H2O为原料,用模板法制备锂离子电池微米管状Li4Ti5O12负极材料。采用XRD,SEM,BET,充放电实验和交流阻抗等对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。研究结果表明:制备的微米管状Li4Ti5O12负极材料由尖晶石型纳米Li4Ti5O12颗粒构成,具有较大的比表面积,该材料具有良好的电化学性能,在0.5~3.0 V,0.1C倍率下的首次放电比容量为178 mA.h/g,充放电循环100次后放电比容量仍保留162 mA.h/g,且倍率性能优异。     

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。     

ZnO包覆LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的制备及其电化学性能

通过共沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4,并使用Zn O对其表面进行包覆改性。通过X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学阻抗图谱(EIS)、恒流充放电循环测试分析技术对所得材料进行测试与表征。结果表明:包覆未改变基体结构并且适量的ZnO包覆可以提高LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的电化学性能。当包覆量为1. 5%时,材料的电化学性能提升最为明显,室温0. 1C倍率和1C倍率下首次放电比容量分别为133. 15,132. 66 m Ah/g,充放电循环100次后容量保持率分别为96. 1%,90. 1%;在55℃高温1C倍率下首次放电比容量为126. 96 m Ah/g,充放电循环100次后容量保持率仍能达到77. 2%,而未包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4在相同条件下容量保持率仅为42. 9%。     

LiFePO_4锂电池正极材料的共碳包覆和Mn掺杂的改性

采用高能球磨辅助固相法制备碳包覆并掺杂Mn的LiFePO4正极材料LiFe1-xMnxPO4(x=0.04、0.05、0.06和0.07)。通过X线衍射光谱仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、比表面积(BET)及恒流充放电等测试手段考察Mn的掺杂量及碳的包覆量对LiFePO4的结构、形貌及电化学性能的影响,最终确定优化条件。结果表明:Mn掺杂量x=0.06及碳的前驱体(蔗糖)添加量为LiFe0.94Mn0.06PO4质量的2.5%(碳最终质量分数为1.26%)时,所获得的碳包覆和Mn掺杂的LiFePO4正极材料的电化学性能最优异,其0.1C倍率的放电比容量为165.1 mA·h/g,10C倍率的放电比容量仍达92.4 mA·h/g,50次循环后容量保持率分别为96.7%及89.2%。     

锂离子电池负极材料Li3．9Mn0．1Ti5O12／C的性能研究

文章采用固相法合成了电化学性能优异的碳包覆的锂离子电池负极材料Li3．9Mn0．1Ti5O12／C,并对材料进行了XRD、激光粒度分析、循环伏安测试及恒电流充放电测试。结果表明：Mn的掺杂未改变材料的晶体结构,由于Mn4＋对Li4Ti5O12的晶胞内部的掺杂和C对其晶胞外部的包覆,使复合材料的电导率,大电流循环稳定性和可逆比容量都明显提高。在1C充放电循环时,Li3．9Mn0．1Ti5O12／C首次放电容量为162．4mAh／g,50次循环后,稳定在159．6mAh／g,容量保持率为98．3％;在2C充放电循环时,首次放电容量达到了153．5mAh／g,展示了优良的电化学特性。     

胶晶模板法制备尖晶石型正极材料LiMn2O4

通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶晶模板法制备尖晶石型LiMn2O4材料,并探讨焙烧温度对材料性能的影响.运用热重分析(TG)、X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、充放电测试和循环伏安测试等方法对LiMn2O4样品的结构、形貌以及电化学性能进行表征和测试.研究结果表明:在不同温度下制备的LiMn2O4样品均具有较好的尖晶石型结构,且粒径分布均匀:在700℃时制备的LiMn2O4样品(S-700)具有最佳的电化学性能,在3.0～4.4 V时,0.2C倍率首次放电比容量为130.9 mA·h/g; 0.5C倍率首次放电比容量为126.4 mA·h/g,50次循环之后容量仍有102.7 mA·h/g,具有良好的循环稳定性.     

硝酸改性碳微球的制备及电化学性能

为了提高碳电极材料的比容量,将悬浮聚合法合成的聚苯乙烯微球经高温碳化后,再通过浓HNO₃液相处理制备改性碳微球电极材料.通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N₂ 吸附解吸仪和傅里叶红外光谱表征所合成碳微球和改性碳微球的形貌和微观结构,以及循环伏安法和恒流充放电法测试改性碳微球电极材料的电化学性能,结果表明:在0.625 A/g的电流密度下改性后碳微球比容量达到246 F/g,且在12.5 A/g的大电流密度下仍然具有比未改性碳微球明显高的比容量.     

尖晶石LiMn_2O_4纳米粉体的制备及其电化学性能

采用溶胶-凝胶并结合热处理工艺制备纳米LiMn2O4粉体,利用热重-差热分析,X射线衍射,透射电镜,循环伏安,充放电测试等方法对前驱体的热分解行为、粉体的结构、形貌及电化学性质进行了表征.结果表明:直接以聚丙烯酸(PAA)为螯合剂合成了稳定的溶胶和凝胶, PAA与金属离子摩尔比为0.3:1时,获得凝胶在烧结过程中产生的燃烧热促进了尖晶石LiMn2O4的形成,避免杂相Mn2O3的产生.随着烧结温度的升高,LiMn2O4颗粒粒径逐渐增大,结晶度提高,晶体生长更加完整.其中,750°C烧结8 h获得了由纳米粒子构成、分布均匀、形貌规整、结构稳定的LiMn2O4粉体,首次放电比容量可达135 mAh/g,20次循环后比容量仍有124 mAh/g,具有良好的充放电循环性能以及较高的充放电效率.     

立体碳包覆钛掺杂LiFePO_4的制备及高低温性能研究

以高价的Ti 4+为掺杂离子、聚乙烯醇(PVA)为碳源,通过高温固相法制备了原位立体碳包覆的LiFe0.96Ti0.02PO4/C正极材料.采用XRD,SEM,TEM及EDS对材料的微观结构进行了表征,通过循环伏安、交流阻抗以及恒流充放电实验测试材料的电化学性能.结果表明,PVA的热解碳导电优良且最易于实现原位立体包覆LiFePO4,经过原位立体碳包覆和钛掺杂综合改性后,活性材料在不降低原有高温结构稳定性的前提下,具备了更优良的低温电化学性能和倍率性能:于0℃时0.1C和30℃时5C的放电比容量分别为128.7mAh/g和97.4mAh/g.     

异丙醇铝包覆对正极材料钴酸锂高电压性能的影响

采用固相焙烧法制备正极材料钴酸锂LiCoO 2 ,并采用异丙醇铝（AIP）对其进行表面包覆,通过XRD、SEM、EDS mapping和电池充放电测试研究了AIP包覆量对材料结构和电化学性能的影响.电化学性能测试表明,AIP包覆可有效改善材料的循环性能,提高材料的放电比容量、库仑效率和倍率性能.相比于未包覆的LiCoO 2 样品,包覆量为0.1%的LiCoO 2 样品,具有最优异的电化学性能,在0.2C下的首次放电比容量提升至176.8 mAh/g,库仑效率高达97.2%;在1.0C下经50次循环后容量保持率为96.2%.     

锂离子电池用纳米Co3 O4 材料的电化学性能研究

采用sol-gel法制备了纳米级Co3O4材料,并用SEM表征了由此材料制备的电极的形貌. 对材料进行了恒流充放电测试,并通过充放电曲线研究了材料的容量和倍率性能. 结果表明,制备的钴氧化物的颗粒尺寸在20 nm左右,材料的可逆容量和电化学循环稳定性较目前商业化的碳材料有较为明显的提高,材料在1 C倍率下的首次可逆容量为964 mAh/g,第60次循环的可逆容量仍可达到786 mAh/g.     

以乙炔黑为碳源制备Li3V2(PO4)3/C复合材料

以乙炔黑为碳源,采用溶胶凝胶法分步煅烧制备Li3V2 (PO4)3/C,考察碳包覆量对材料的形貌、结构以及电化学性能的影响.结果 表明,碳包覆没有破坏Li3V2 (PO4)3的单斜结构(P21/n),2倍乙炔黑包覆样(C20-LVP)的结晶度良好,包覆层为7 nm.0.1C倍率下,2倍乙炔黑包覆样的放电比容量由空白样(C00-LVP)的103.6 mAh·g-1提升到120.3 mAh/g,循环60次后放电比容量仍有104.5mAh/g,保持率达91％.     

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.