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.     

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%.     

WSe_2负载掺氮三维石墨烯的制备及储锂性能

近年来,过渡金属硫族化合物由于具有较高的理论比容量及特殊的层状结构,被认为有希望替代石墨作为下一代锂离子电池负极材料.作为典型的过渡金属硫族化合物,硒化钨(WSe_2)具有与石墨类似的二维层状结构,层间通过较弱的范德华力结合,方便锂离子嵌入和脱嵌.然而,在实际应用中,导电性差、循环过程中体积膨胀等问题制约了其进一步的发展.为了解决以上问题,本文经水热、退火等步骤,制备了将纳米棒状WSe_2锚定在掺氮三维石墨烯上的WSe_2@N-3DG复合材料.电化学测试表明,电流密度为2 A·g~(-1)时,复合材料循环500圈后放电比容量可以达到412 m Ah·g~(-1),在0.1,0.2,0.5,1和2 A·g~(-1)的电流密度下,WSe_2@N-3DG的放电比容量分别达到811,696,576,443和391 mAh·g~(-1),表现出优异的电化学性能.     

三维SnO2/C/rGO复合纤维膜电极制备及储锂性能

三维(3D)纳米纤维复合膜电极结构设计,避免了电极片制备过程中导电剂、黏结剂的添加,增强了电解液的浸润能力,对改善锂离子电池容量及倍率性能具有重要的价值和意义.采用同步静电纺丝和静电喷雾技术,结合氩气煅烧技术,制备了3D网络结构SnO_2/C/rGO复合纤维薄膜电极.这种由一维(1D)SnO_2/C纳米线组合二维(2D)石墨片构成3D纳米复合纤维薄膜电极,一方面通过碳纤维连续包覆SnO_2颗粒,有利于缓解SnO_2充放电过程中剧烈的体积变化,增强其稳定性;另一方面通过碳纤维与二维石墨烯复合构成3D网络结构,有利于改善纤维膜电极的导电性,进而提高其倍率性能.研究表明,制备的SnO_2/C/rGO复合纤维膜电极展示了其优良的放电容量、倍率性能及循环稳定性.于电流密度为0.4、0.8、1.6、2.4和4 A·g~(-1)时,10次循环后放电容量分别达到797、659、626、534和468 mAh·g~(-1),且当电流密度回落至0.4 A·g~(-1)时放电容量可恢复到709 mAh·g~(-1);4 A·g~(-1)充放电540次电极容量仍可达457 mAh·g~(-1),库伦效率接近100%.     

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.     

废旧棉纤维构造的石墨化碳/Fe3C复合材料及其储锂性能研究

采用催化石墨化法将废旧棉纤维直接制备成棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料,并将该材料组装成锂离子电池,进行电化学性能表征.结果表明:在煅烧温度为700℃、保温时间2 h、硝酸铁浓度为1 mol/L的条件下,可以制备出棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料.通过SEM、XRD、Raman对样品进行表征,该材料由微米级的棉短纤维基石墨化碳负载纳米Fe_3C构成.在电流密度为0.1 A·g~(-1)条件下,循环100次后,比容量保持在279 mAh·g~(-1),循环寿命稳定.在2 A·g~(-1)条件下进行充放电测试,容量可达134 mAh·g~(-1).与直接碳化的棉纤维基碳材料相比,棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料表现出更优越的电池比容量和倍率性能.该工作将废旧棉织物通过铁离子直接催化石墨化作用,成功地构造棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料.制备过程无水洗和酸洗后处理步骤,大大简化工艺流程,为纺织废弃资源转化为锂离子电池材料提供新思路.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

MnO2@ZnO/C复合材料的制备及电化学性能

金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物是一类由金属离子和通过配位键连接在一起的有机配体组成的晶体材料.作为一种具有立体空间结构的功能材料,凭借其较大的比表面积、较高的孔隙率及品种的多样性,引起了各领域研究者的广泛关注.以β-MnO_2纳米棒为模板制备出MnO_2@ZIF-8杂化纳米结构,在惰性气氛中分步煅烧处理,得到MnO_2@ZnO/C复合材料. ZIF-8中的有机配体由于高温煅烧发生裂解而产生孔道,进而为锂离子的嵌入和脱出提供更多离子传输路径.同时,由于高温裂解伴随着碳的产生,因此当使用这种复合结构物质作为电极材料时,可以提高材料的导电率. MnO_2@ZnO/C纳米复合材料的首次放电比容量为1 873 mA·h·g~(-1),在电流密度为100 mA/g的条件下完成100次充放电后比容量维持在658 mA·h·g~(-1),展现出了优良的电化学储能特性.     

Fe_3O_4@C锂离子电池负极材料的制备及其性能

首次合成了葡萄糖铁复合物GCFe,以GCFe为前驱体,采用原位煅烧法制备了纳米Fe_3O_4@C复合材料.利用TEM、IR、XRD、XPS、Raman光谱等技术,对该复合材料的结构进行了表征.作为锂离子电池负极,Fe_3O_4@C复合材料呈现出优异的倍率性能和循环稳定性,在电流密度为2 000 mAh·g~(-1)时,放电比容量为825.4 mAh·g~(-1),经过180次循环后,无明显的容量衰减.     

Zn_2SnO_4/RGO锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能的研究

高能量密度、快速充放电能力以及长循环使用寿命的新型电极材料的开发是锂离子电池应用领域面临的一个重大的课题。本文以SnCl_4·5H_2O、ZnCl_2与氧化石墨烯(RGO)为原料,以N_2H_4·H_2O为矿化剂与还原剂,聚乙烯醇(PEG)作为分散剂,通过一步水热法合成了Zn_2SnO_4/RGO复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)对Zn_2SnO_4/RGO复合材料的结构与形貌进行了表征,结果表明:Zn_2SnO_4纳米颗粒均匀的负载在还原氧化石墨烯(RGO)片层上,形成良好的导电网络;Zn_2SnO_4/RGO在100mA/g电流密度下循环80周后的可逆比容量仍有810(mA·h)/g,而Zn2SO4空白样品在相同的电流密度下可逆比电容量小得多;石墨烯的引入阻止了Zn_2SnO_4纳米颗粒的团聚,同时也提高了Zn_2SnO_4/RGO复合材料的导电性,使其在锂离子电池的应用方面具有广阔前景。     

高性能锂离子电池SiO/C复合负极材料研究

以SiO为硅源,柠檬酸为碳源,通过高能球磨和高温热解制备了一种循环性能优异的锂离子电池SiO/C复合负极材料.采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的物相和形貌进行了表征.具有孔状结构的柠檬酸热解碳对纳米SiO不仅具有良好的包覆效果,也能有效缓冲电化学嵌脱锂过程中硅颗粒释放出来的体积变化.电化学性能测试表明,SiO/C复合负极材料电极循环100次后容量仍高达803.1mA.h/g,容量保持率为89%.     

金属锡复合二硫化钼(Sn/MoS2)的制备及电化学性能研究

以(NH_4)_6Mo_7O_(24)·4H_2O为钼源,以Sn_Cl_2·2H_2O为锡源,采用简单的溶剂热法经低温退火合成SnO_2-MoO_3前驱体;再进一步与硫氰化钾水热反应经低温煅烧即可得到Sn/MoS_2复合物.通过XRD,SEM等对合成材料的结构和形貌进行表征,采用恒流充、放电系统对合成材料的电化学性能进行了测试.结果表明:所合成的纯MoS_2纳米结构在作为锂离子电池负极材料时,具有较高的初始放电容量,但循环性能较差.所制得的Sn/MoS_2复合材料,大大改善了MoS_2的循环性能.当电流密度为100 m A·g~(-1)时,在0. 01 3. 0 V的电压窗口下循环70次后,Sn/MoS_2复合物的放电容量可以保持在725 m Ah·g~(-1),具有较高的可逆比容量和优良的循环性能,为研究高比容量和循环性能稳定的新型锂离子电池负极材料提供了实践依据.     

固相燃烧法合成LiNi_(0.10)Znx Mn_(1.90-x)O_4(x≤0.15)正极材料及其电化学性能研究

用固相燃烧法合成LiNi_(0.10)Znx Mn_(1.90-x)O_4(x≤0.15)正极材料. XRD与SEM表明,所有样品都属于LiMn_2O_4材料典型的尖晶石结构,无杂相生成,且均为分散性好、结晶性高的类球多面体,颗粒尺寸为100～200 nm.其中,LiNi_(0.10)Zn_(0.02)Mn_(1.88)O_4样品的粒径相对较小,为130 nm.电性能结果表明,LiNi_(0.10)Zn_(0.02)Mn_(1.88)O_4样品具有优异的循环稳定性和倍率性能,在1 C循环1 000次后可维持76.3%的容量保持率,在较高倍率5 C、10 C和20 C,分别释放出98.0,91.7 mA·h·g~(-1)和88.8 mA·h·g~(-1)的比容量,表现出最优的电化学性能.     

MOFs衍生多孔碳/MnO_2复合材料及其在超级电容器中的应用

利用高比表面积、大孔隙率金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)作为牺牲模板,制备了MOFs(ZIF-8)衍生多孔碳材料(PCs),以其作为导电基底,在表面生长金属氧化物MnO_2,获得MnO_2/PCs复合材料并将其应用在超级电容器中.制备的复合材料具有良好的电化学电容性能,在三电极体系中,1 A·g~(-1)的电流密度下比电容可达199 F·g~(-1),经过2 000次充放电循环后,比电容仍能保持初始值的80%.使用MnO_2/PCs复合材料作为正极,PCs作为负极,组成的非对称型电容器MnO_2/PCs//PCs具有优异的电化学储能性能,在950 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达10.16 Wh·kg~(-1);而且当功率密度上升为9 500 W·kg~(-1)时,能量密度仍可以保持4.48 Wh·kg~(-1).     

GS-SSCNTs-MnNPs复合材料的制备与锂离子电池负极性能研究

在超声环境下,采用强氧化法将多壁碳纳米管(MWCNTs)切割成长径比小于5的超短碳纳米管(SSCNTs),通过简单的湿化学法将其与MnO_x纳米颗粒(Mn_xNPs)植入还原性氧化石墨烯片层中,热处理后,形成GS-SSCNTs-MnNPs纳米复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)等制备材料的形貌结构,采用循环伏安和恒流充放电研究其锂离子电池负极性能.结果表明:GS-SSCNTs-MnNPs纳米复合材料在180 mA?g^-1电流密度下具有高达1 100 mA?h?g^-1的可逆容量,且表现出优异的功率和循环稳定性能,循环100圈之后,仍具有高达837 mA?h?g^-1的可逆容量(1 440 mA?g^-1).     

金属氢化物TiH_2的储锂特性

采用机械球磨对TiH2金属氢化物进行处理,通过X线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究不同球磨时间的TiH2粉末的微观结构和形貌,并结合充放电测试进一步探究碳包覆TiH2的储锂特性。结果表明:球磨使TiH2粉末颗粒的尺寸明显减小,经碳包覆后TiH2电极的电化学反应活性明显提高。当球磨时间达到9 h时,TiH2/C电极的电化学性能最好,其首次放电容量高达1 226.9 mA·h/g,从第2次循环开始表现良好的循环稳定性,其50次循环后的容量保持率高达72.9%。50次循环后放电容量为222.5 mA·h/g,比未球磨的放电容量多60.7 mA·h/g。