软硬双模板法制备双介孔炭及其储锂性能研究

以中间相沥青为前驱体,三嵌段共聚物F127和纳米CaCO_3分别为软硬模板剂,采用有机-无机自组装方式制备双介孔炭(BMCs)用作锂离子电池负极材料。借助XRD、Roman、SEM、TEM、氮气吸脱附及恒电流充放电测试对所制双介孔炭材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征,研究了软硬模板剂比例与热处理温度对其孔结构及电化学性能的影响。结果表明,当中间相沥青、三嵌段共聚物F127、纳米CaCO_3质量比为2∶1∶7时,所制备的双介孔炭材料电化学性能最佳,在100 mA/g的电流密度下,该材料首次放电比容量可达563.2 mAh/g,100次循环容量保持率为81.25%,在2000 mA/g的电流密度下,其放电比容量为206.3mAh/g;随着热处理温度的升高,双介孔炭孔道结构逐渐坍塌,其可逆储锂容量不断降低,在热处理温度为1800℃时降到最低值,当热处理温度进一步升高达到2300℃以上时,因石墨微晶排列有序度大幅提高,有利于锂离子的嵌入脱出,由此导致材料的可逆储锂容量又开始不断增加。热处理温度低于2300℃时,材料的储锂容量主要取决于其内部缺陷及孔隙,在2300℃及更高温度进行热处理时,材料的储锂容量主要为层间插锂容量。     

模板法合成介孔锂离子电池正极材料LiFePO4

以表面活性剂为模板通过自组主装的方式合成了介孔的锂离子电池正极材料LiFePO4.采用XRD、SEM、BET和电化学测试对材料的结构、形貌、比表面积和电化学性能进行表征.介孔LiFePO4的平均粒度在200～300 nm,首次放电比容量可达133.2 mAh/g.介孔LiFePO4的电化学性能与非孔结构的LiFePO4相比有很大提高.     

硼酸对硬炭基负极的结构和电化学性能的影响

在预炭化硬炭前驱体酚醛环氧树脂中掺入硼酸制备含硼原子的锂离子电池硬炭基负极材料.通过X射线衍射仪分析、扫描电子显微镜等对材料的微观结构进行表征,采用氮气吸脱附法测定材料的孔特性和比表面积,利用循环伏安、交流阻抗以及恒电流充放电实验研究材料的电化学性能.结果表明:随着硼酸掺入量的增加,硬炭的层间距、比表面积、孔体积和首次不可逆比容量变小,首次库伦效率提高,硼酸掺入质量分数为10%时,硬炭可逆比容量从332.2mAh·g~(-1)增长到461.1mAh·g~(-1),对应的固体电解质中间相膜的电阻从33.86Ω减少为24.53Ω.     

ZnO-CMK复合物的合成及在锂电池中的应用

文章利用介孔碳(mesoporous carbon,CMK)作为反应载体,通过低温水热法合成ZnO-CMK复合物,并利用XRD和透射电子显微镜对材料进行了结构和形貌的表征。通过电化学实验可知,ZnO-CMK复合物作为锂离子电池负极材料具有较高的容量,循环稳定值达到410mA·h/g,库伦效率高达95%以上。与商业ZnO电极材料相比,其充放电性能和循环稳定性得到了较大的提高。结果表明,经过介孔碳复合改性后的ZnO-CMK复合物可以作为一种有效的锂离子电池负极材料加以研究和应用。     

中间相石墨微球与液体非水电解质的配伍性

中间相石墨微球是锂离子电池理想的炭负极材料 [1 ] ,在组配锂离子电池时必须选择合适的电解液组成 ,才能充分表现出其优良的充放电性能 ,这里我们选择了经 2 80 0℃处理的具有良好贮锂结构的煤焦油沥青基中间相石墨微球试样 ,组配了 6种常用的电解液 ,考察了试样在 6种液体非水电解质中的充、放电性能 ,讨论了中间相石墨微球与电解液的相容性。1　实验部分以精制煤焦油沥青为原料 ,在一定的工艺条件下制得含有部分原生喹啉不溶物的煤沥青中间相石墨微球 ,2 80 0℃条件下进行高温石墨化。XRD光谱学技术测得试样的主要结晶学参数 d0 0 2 =0…     

孔道结构对有序介孔炭电化学性能的影响

以三嵌段共聚物（F127）为模板剂,间苯二酚（R）和甲醛（F）为碳前驱体,在外加的酸性条件下通过自组装的方法制得了F127/RF复合材料,然后经碳化处理得到具有高度有序孔道结构的介孔炭材料（OMCs）,通过XRD、TEM、N₂吸/脱附手段(77K低温下)对其进行结构表征。测试结果表明有序介孔炭材料的BET比表面积和总孔体积分别为770m²/g和0.65cm³/g。以有序介孔炭材料为电极制备超级电容器,对其进行直流恒流充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试,结果显示在电流密度为0.02A/g时OMC-3比容量为130F/g,100次充放电循环后电容量保持率在99%以上。     

介孔碳基材料的制备及电化学性能

有序介孔碳因具有均一的孔径、大的比表面积和特殊的孔道结构而具有独特的物理化学性质,使其在电化学领域得以广泛应用。作为双电层电容器电极材料,有序介孔碳材料尽管表现出来良好的充放电性能,但比电容有限,因此对有序介孔碳材料进行改性一直是热门的研究课题之一。非金属杂原子(N、S、P、B等)掺杂是提高有序介孔碳电化学水平简单且有效的方法。杂原子的介入,通过共价键相连引入新的官能团改变碳材料的理化性质,经过法拉第氧化还原反应提高材料的赝电容。     

中间相炭-天然石墨球复合材料的制备及电化学性能

以煤焦油为原料在天然石墨球表面包覆一层中间相炭制备复合炭材料,研究中间相炭、天然石墨球和复合炭材料作为锂离子二次电池炭负极材料的电化学性能,并考察不同温度热处理得到的复合炭材料的电化学性能。研究结果表明：复合炭材料同时具有中间相炭及天然石墨球的优点;随着热处理温度的升高,复合炭材料的充放电容量有所降低,于700℃处理2 h的性能最佳,首次充电容量达378 mA.h/g,首次充放电效率为91.3%。复合炭材料在Li/C扣式电池中的循环性能得到提高,50个循环后容量保持率为96%。     

络合水热法合成介孔SnO_2及其表征

二氧化锡(SnO2)作为一种n型宽禁带半导体氧化物材料,广泛用于有机物催化、固态电子器件和锂离子电池电极材料领域。介孔SnO2具有较大的比表面积和纳米级有序孔道,与周围介质之间存在更强的相互作用力,可提高其在气敏传感器、催化反应中的应用效率。本文以SnCl4·5H2O为锡源,P123为模板剂,采用络合水热法合成了具有金红石结构的介孔二氧化锡,并考察了pH值、表面活性剂和添加剂等因素对介孔结构形成的影响;采用X射线衍射、透射电镜、荧光光谱等手段综合分析了产物的结构、形貌、成分及光学性质。结果表明所制备的介孔SnO2具有蠕虫状孔结构,表面积大,孔径集中分布在2~8nm。合成的样品具有良好的光学性能,在光学材料领域具有应用前景。     

介孔TiO_2微米棒的制备及电化学脱嵌锂性能研究

以空气中稳定的乙酰丙酮钛为钛源,乙二醇为反应介质,采用多元醇工艺制备了聚羟基乙酸钛前驱体微米棒,然后将前驱体热解或水解得到介孔TiO2。500℃热解得到的TiO2由于颗粒烧结,比表面积仅有16m2/g,孔隙率为0.05cm3/g;沸水中水解得到的TiO2比表面积与孔隙率与热解得到的TiO2相比大大提高,分别为240m2/g和0.30cm3/g。最后对锐钛矿介孔TiO2进行电化学性能测试,结果表明水解制备的TiO2由于丰富的介孔结构以及大的比表面积,锂离子扩散路径短,电荷转移极化小,因此倍率性能高于热解制备的TiO2。     

中孔炭的制备及其电化学电容性能研究

以正硅酸乙酯为模板硅源,间苯二酚和甲醛为炭源,通过溶胶一凝胶反应,制得中孔炭材料．采用SEM、XRD、N2吸附等温线研究了炭材料的形貌和结构;采用电化学工作站研究了炭材料的电化学电容性能．结果表明,炭材料为石墨化的无序结构,比表面积为1313m2·g-1,孔径约10nm．在6mol·L-1H2s04中表现出良好的电化学电容性能．当放电电流密度为0．05A·g-1时,炭材料的质量比电容为265F·g-1,其容量保持率达92．8％,具有良好的电化学稳定性和可逆性．     

Synthesis of dandelion-like TiO2 microspheres as anode materials for lithium ion batteries with enhanced rate capacity and cyclic performances

Dandelion-like TiO₂ microspheres consisting of numerous rutile single-crystalline nanorods were synthesized for the first time by a hydrothermal method. Their crystal structure, morphology and electrochemical properties were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and galvanostatic charge and discharge tests. The results show that the synthesized TiO₂ microspheres exhibit good rate and cycle performances as anode materials of lithium ion batteries. It can be found that the dandelion-like structure provides a larger specific surface area and the single-crystalline nanorod provides a stable structure and fast pathways for electron and lithium ion transport, which contribute to the rate and cycle performances of the battery.     

Annealing temperature-dependent electrochemical properties of Aeroxide P25 TiO_2 nanoparticles as anode material for lithium storage

TiO_2 has been widely studied as an important electrode material for electrochemical energy storage.Understanding its relationship between textural properties and electrochemical characteristics is essential to boosting its practical performances. Herein, Aeroxide P25 TiO_2 nanoparticles annealing at different temperatures(400–600 °C) were investigated as an anode material of lithium ion battery. Their evolution in crystal phase and microstructural characteristics were characterized by XRD and BET surface analysis, and their lithium storage properties in half-cells were evaluated by various electrochemical analyses, including cyclic voltammetry, cycling testing, and electrochemical impedance spectroscopy. It was found that the lithium storage properties were critically dependent on the size of TiO_2 anode materials. Pristine P25 initially exhibited the highest initial discharge specific capacity due to its smallest particle size; however, rapid capacity loss occurred during extended cycling. The annealing process was found to effectively enhance the cycling stability of TiO_2 although possessing a large particle size and smaller surface area. Typically, P400 showed the best performances in cycling stability, capacity retention ratio, and rate capability, which is mainly attributed to the synergistic effect of high crystallinity, reasonable particle size, and less internal resistance. This study provides an instance of optimizing the textural properties of metal oxides for advanced LIB anode material applications.     

Scalable synthesis and electrochemical performance of mesoporous graphene from calcium carbonate by magnesiothermic reaction

A novel scalable synthetic method of mesoporous graphene has been developed using the compressed mixture of Mg and excess CaCO₃ in a closed container. The generated solid oxide and unreacted CaCO₃ could act as mesopore-forming agents, and the closed container could prevent the carbon dioxide from CaCO₃ flow away. As a result, the graphenes with a large number of 2–30 ?nm mesopores and high utilization ratio of Mg achieved. The graphenes had high specific surface area and excellent electrochemical performance. In particular, the Mg utilization ratio was up to 53.3% in the preparation of graphene using 2:1 CaCO₃/Mg at 700 ?°C, which is superior to previous researches. The obtained mesoporous graphene exhibited high specific surface area of 743.7 ?m² ?g^-1, large specific capacitance of 140 ?F ?g^-1, and high capacitance retention rate of 64.3%.     

Mesoporous carbon with large pores as anode for Na-ion batteries

Sodium ion(Na+)batteries have attracted increased attention for energy storage owing to the natural abundance and low cost of sodium.Herein,we report the synthesis of mesoporous carbon with large pores as anode for Na-ion batteries.The mesoporous carbon was obtained by carbonization and dense packing of 50 nm resorcinol and formaldehyde spheres synthesized through an extension Sto¨ber method.Our work demonstrates that replacement of lithium by sodium using large pore carbon as anode might offer an alternative route for rechargeable batteries.     

模板剂对介孔碳孔道结构及有序性的影响

分别以三嵌段聚合物F127、P123以及P123/F127作为模板剂,酚醛树脂为有机碳源,采用溶剂挥发自组装法制备有序介孔碳材料。采用XRD,TEM和N2吸/脱附等手段对有序介孔碳进行表征,研究F127、P123及P123/F127复合模板剂对介孔碳孔道结构及有序性的影响。结果表明,使用单一模板剂时,F127较P123更易产生有序六方介孔结构;使用P123/F127复合模板剂,介孔碳有较好的二维六方有序性,介孔孔容和比表面积较单独使用F127作模板分别提高了50%与31%;当m(P123)/m(F127)=1/3时,所得介孔碳BET比表面积为498.5 m2/g,介孔孔容和比表面积分别为0.173 cm3/g和167m2/g,平均孔径为3.41 nm。     

尖晶石型Li4Ti5O12的合成及其性能

采用高温固相法、溶胶-凝胶法和热聚合法制备锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O_12.通过X-射线衍射、扫描电镜显微镜、电化学阻抗和恒流充放电表征产物的结构、形貌及电化学性能.3种方法制备的Li₄Ti₅O₁₂均为尖晶石结构,用高温固相法所得的粉体颗粒较大,而用溶胶-凝胶法所得粉体颗粒最小,其平均粒度在200~350 nm范围内,表现出较好的电化学性能;溶胶-凝胶法制备的样品粉末在0.2 C倍率下首次放电容量为174.5 mAh/g,经过25次循环后容量衰减仅5.7%.     

介孔氧化铝空心球的制备及表征

以掺氮碳球为硬模板,F127为软模板,廉价的Al(NO3)3·9H2O为铝源,成功制备出具有介孔结构的氧化铝空心球。通过SEM,N2吸附-脱附,XRD,FT-IR表征显示,其粒径大小均一,均在500nm左右;壳层具有蠕虫状的介孔结构,且主要为无定型结构的氧化铝;介孔孔径为17nm,比表面积为153m2/g,孔容为0.67cm3/g。详细讨论了介孔氧化铝空心球的形成机理。     

酚醛树脂基中孔炭块体电极的制备与电容性能

提出了一种有机体系超级电容器用中孔炭电极的直接成型制备方法。以热塑性酚醛树脂为前驱体,加入六次甲基四胺固化、粉压成型后进行CO2活化,制备了中孔发达的炭电极。该电极比表面积1563 m2/g,孔容1.87cm3/g,其中孔孔容占75.9%,在有机电解液1mol/L Et4NBF4/PC中具有良好的电化学性能,比电容达108 F/g,大电流倍率性能良好。