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.     

三明治结构高性能锂离子电池碳/氧化亚硅@石墨烯负极材料

氧化亚硅因其高理论比容量和丰富自然资源被认为是下一代高比能量锂离子电池负极材料之一。然而，氧化亚硅在充放电过程中由于较大体积变化引起电极结构不稳定，造成性能的衰减。本研究提出一种碳包覆层–氧化亚硅–石墨烯的三明治结构，有效提高氧化亚硅负极材料在充放电过程的结构稳定性。石墨烯和碳包覆层构建出一个围绕氧化亚硅颗粒的三维电子传输网络，不仅提高材料的电极反应动力学过程，而且能均化材料表面的局部电流和电极反应程度，实现材料体积的均匀变化。此外，存在于氧化亚硅和石墨烯之间的硅–氧–碳键可以增强颗粒在石墨烯片层上的附着强度，防止氧化亚硅在嵌脱锂过程中从石墨烯上脱落。得益于上述结构优势的协同作用，碳/氧化亚硅@石墨烯材料表现出优异的循环稳定性，在0.1 C倍率下循环100圈后比容量为890 mAh/g，容量保持率为73.7%。另外，材料经历前35圈电流密度从0.1 C到5 C的逐步上升的充放电循环后恢复到0.1 C的低电流后，仍表现出886 mAh/g的可逆比容量，对应容量恢复率93.7%，表明材料的倍率性能优异。该研究提供一种提高高容量型锂/钠离子电池负极材料结构稳定性的新策略。     

冷压成型活性材料准静态压缩特性

采用准静态压缩实验的方法,对冷压成型PTFE/Al/W活性材料的力学特性进行了研究。基于准静态应力-应变曲线分析,得到了活性材料密度对抗压强度和杨氏模量的影响规律。结果表明,随着活性材料密度的提高,抗压强度和杨氏模量呈逐渐增大趋势,材料失效裂纹与轴线基本呈30°~45°角。进一步对准静态压缩前、后活性材料试样细观结构电镜扫描分析发现,在一定密度范围内,随着基体材料含量的减少和活性材料密度的提高,准静态压缩载荷作用下材料内部形成的力链数量随之增加,从而导致活性材料抗压强度和杨氏模量的增大。      

纳米SnOx的水热合成及其储锂电化学性能

采用水热法在不同碱性条件下制备了不同形貌结构的SnO₂和SnO纳米材料，研究了两类锡基氧化物作为锂离子电池负极材料的储锂性能. 结果表明: SnCl₂·2H₂O直接水热水解或在碱性较弱时生成SnO₂，当碱性较强(pH>13)时则生成纳米SnO; 与SnO₂相比，SnO因其特殊的交叉网状花簇结构，表现出较高的首次充电、放电容量(1 059、1 590 mAh/g，库伦效率66.6%)、循环稳定性(循环500次，可逆容量达315 mAh/g)和倍率稳定性(在2.0 A/g下的可逆容量达到548 mAh/g). 碱性越强，SnO₂的循环稳定性和倍率稳定性越好，这归因于碱性越强生成的SnO₂颗粒越小，增大了电解液与电极材料的接触面积，缩短了Li+的传输距离，提高了循环稳定性和倍率稳定性. 研究结果为寻找长寿命、高容量负极材料的应用提供了参考.     

石墨烯-碳量子点复合材料的电化学性能研究

采用Hummers法和水热法,制备石墨烯和碳量子点溶液作为前驱体,然后通过一步煅烧法制得石墨烯-碳量子点复合材料。借助SEM、UV-Vis、FTIR等手段,对样品的形貌和结构进行表征;利用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)及恒流充放电循环测试等,重点考察了样品的电化学性能。结果表明,在石墨烯表面负载碳量子点可增加材料的比表面积并改善其机械性能,由于活性位点的增加,所制石墨烯-碳量子点复合电极具有较好的可逆性及电化学活性;在检测不同浓度双氧水时,复合电极的灵敏度为纯石墨烯电极的1.4倍左右;石墨烯-碳量子点复合材料作为锂离子电池负极使用时,与纯石墨烯材料相比具有更好的循环稳定性,且容量保持率提高了1.67倍。     

包覆和掺杂对锂离子电池石墨负极材料的影响

从石墨改性的本质出发,综述了锂离子电池石墨负极材料的改性方法:表面包覆法和掺杂其它元素等。通过改性处理,可有效降低石墨的比表面积,从而大幅度提高石墨负极材料的首次可逆容量和库仑效率,改善电池的循环性能。     

多元有机酸自组装硅碳复合材料用于高效储锂

相比于传统物理打浆式简易硅碳材料的复合，本工作利用自组装的方式让有机酸碳源材料与纳米硅粉进行内部结合，羧酸碳源保护层在抑制硅材料膨胀的同时，通过相互间串联起的网络增加导电性，得到稳定性更好的硅碳复合负极材料。该方法首先在纳米硅粉表面进行修饰，使其表面带上氨基，通过酰胺化反应，让柠檬酸与纳米硅键合。此外过量的碳源材料包附于外层，形成多个单纳米硅颗粒聚集的微米级多核卵壳型颗粒。这种结构使得该电极材料在电流密度500 mA/g下，经过600圈的长循环下具有1 073.4 mAh/g的比容量。在2 A/g的电流密度下，初始比容量为751.2 mAh/g,在300圈循环后比容量维持在573.0 mAh/g,容量保持率为76.3%。该实验工作为锂离子电池硅碳负极材料的合成提供了一种简单低成本的实用性合成思路。     

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。     

SnS2/SnS/NC异质结构微米花的构筑及储钾性能探究

采用水热法制备SnS₂微米花(MFs),以聚多巴胺衍生的氮掺杂碳(NC)作为还原剂和缓冲基质,合成了SnS₂/SnS/NC异质结构微米花(SSNC MFs)作为钾离子电池负极材料。SnS₂和SnS形成的异质界面加快了电荷的转移,进而改善了电化学动力学。同时,NC增强了复合材料的导电性和结构稳定性。因而,SSNC MFs电极在0.1 A/g下,循环50周的可逆比容量为492.4 mAh/g, 2.0 A/g下仍保持在199.6 mAh/g,远大于相同测试条件下的SnS₂MFs电极(分别为132.1和28.4 mAh/g),表现出显著提升的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。     

镍钴铝三元锂电池容量“跳水”机理研究

对一款商用镍钴铝（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2， NCA）/石墨锂电池进行固定节点老化实验，结合差分电压分析方法和电化学阻抗谱分析方法辨识出全生命周期内的老化模式，通过观察微观形貌对老化机理进行验证. 分析结果表明，该锂电池容量衰减过程存在2个阶段：第1阶段容量衰减较慢，该阶段的老化模式主要以负极活性材料损失和锂离子损失为主；第2阶段容量衰减剧烈，这是由于负极表面发生了析锂，直接消耗大量可循环锂造成锂离子损失增加，之后金属锂与电解液反应形成钝化层，增加电极在脱嵌锂过程中的机械应力，使得电极活性材料损失增加. 析锂副反应造成了容量“跳水”现象，后续钝化层的形成导致的活性材料损失加剧和析锂副反应的持续发生则是老化第2阶段容量快速衰减的原因.     

硅/碳复合材料的高温热解法制备及其电化学性能

采用高温热解方法成功地合成了高容量硅/碳复合负极材料.通过X射线衍射分析、热重分析、扫描电子显微镜观察、透射电子显微镜观察、恒电流充放电测试、循环伏安法等手段研究了复合材料的性能.结果表明：硅/碳复合材料由Si、C以及少量SiO2组成;硅/碳复合材料中碳的质量分数约在39%左右;经电化学性能测试,在电流0.2 mA下,该硅/碳复合材料首次充电容量768 mAh·g-1,首次库仑效率75.6%,70次循环后可逆比容量仍为529 mAh·g-1,平均容量衰减率为0.44%.这些性能改善归因于硅/碳复合材料中碳的引进,硅表面存在的碳涂层提供了一个快速锂运输通道,降低了电池的阻抗并且充放电过程中稳定了电极的组成.     

纳米硅@碳高性能锂离子电池负极材料

采用化学气相沉积法,通过在纳米硅表面原位制备碳层而获得具有坚固核壳结构的nano-Si@C锂离子电池负极材料,该材料能有效克服硅负极在充放电过程中出现的体积变化大和电导率低的问题.实验结果表明,nano-Si@C具有优良的电化学性能,首次库伦效率为87.0％,循环100次仍能保持高比容量(1133 mA·h·g-1)和高容量保持率.循环前后的透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)结果证明,紧密坚固的核壳结构使nano-Si@C在充放电过程中保持较好的结构稳定性,有利于电极的循环稳定.     

纳米硅@碳高性能锂离子电池负极材料

采用化学气相沉积法,通过在纳米硅表面原位制备碳层而获得具有坚固核壳结构的nano-Si@C锂离子电池负极材料,该材料能有效克服硅负极在充放电过程中出现的体积变化大和电导率低的问题.实验结果表明,nano-Si@C具有优良的电化学性能,首次库伦效率为87.0％,循环100次仍能保持高比容量(1133 mA·h·g-1)和高容量保持率.循环前后的透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)结果证明,紧密坚固的核壳结构使nano-Si@C在充放电过程中保持较好的结构稳定性,有利于电极的循环稳定.     

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe₂O₃和Fe₃O₄,理论容量分别为1007 mA·h·g^-1和924 mA·h·g^-1.关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

过渡金属铁酸盐纳米球的电化学性能

采用溶剂热法制备系列过渡金属铁酸盐复合氧化物MFe2O4(M=Fe,Zn,Co,Mg)纳米球,用XRD,SEM,Raman以及充放电测试等方法对其结构、形貌、碳包覆效果以及电化学性能进行表征。为了提高铁酸盐的循环性能,对ZnFe2O4和CoFe2O4进行碳包覆。研究结果表明:制备的纳米球为尖晶石结构,其粒径为350~500 nm。充放电曲线较为平缓,充放电平台较长。与其他几种铁氧体相比,MgFe2O4具有最高的可逆比容量(950 mA·h/g,0.05C),最高的首次库仑效率(73.1%)和最好的循环稳定性以及高倍率性能。碳包覆以后电极材料的比容量及容量保持率都有很大的提高,有望作为锂离子电池的新型负极材料。     

锂离子电池负极材料纳米Ni3Sn2的溶剂热合成与电化学性能

采用溶剂热法合成锂离子电池负极材料纳米M3Sn2合金粉末并研究了该合金粉末作为新型锂离子二次电池负极材料的电化学性能。合成的合金粉末经过了XRD和FESEM的表征，采用Li／LiPF6（EC＋DMC）／Ni3Sn2模拟电池测定合成的合金粉末的电化学性能。研究表明，该合金粉末的首次可逆容量为136mAh·g^-1，退火后的合金粉末表现出更好的循环稳定性。     

锂离子电池负极硅碳纳米复合纤维的储锂性能

为了实现硅纳米颗粒与一维碳纳米纤维的高效复合,提高硅材料作为锂离子电池负极的电化学性能,通过同轴静电纺丝法构造了硅碳复合结构(Si/C-C)的一维纳米纤维作为锂离子电池的负极材料.通过SEM、TEM、XRD和电化学性能测试对其结构、形貌、成分和电化学性能等进行分析.结果表明:Si/C-C纳米复合纤维的平均直径为500~700 nm,硅含量为22%~33%;在100 m A/g的电流密度下,经100圈循环后其可逆容量维持在1 000 m Ah/g,表现出较佳的循环稳定性和较高的可逆比容量.研究表明,一维复合纳米纤维电化学性能的提升主要归因于硅碳复合结构中一维纳米纤维为硅提供了保护层,一方面有效抑制了硅的体积膨胀,另一方面提升了硅的电子导电性并有效缩短了离子迁移路径.     

锂离子电池负极中一步球磨硅碳材料的应用

近年来,硅基类材料的高理论比容量使其在能源存储尤其锂离子电池电极材料的应用受到了广泛的关注。通过简单的高能球磨法制备了硅碳(Si/C)复合材料,同时对比了采用不同硅碳比例进行球磨后的复合材料的形貌及性能情况。球磨Si/C复合材料在作为锂离子电池负极时展现了较好的电化学性能,与碳的复合有效抑制了合金硅材料在充放电过程中由于体积膨胀导致的容量快速衰减,同时,碳硅的混合比例对其电化学性能也起到了较大的影响。通过简单一步球磨方法和调控硅碳比例制备高循环稳定性和高容量的改进方式为硅基类材料在锂离子电池中的实际应用拓展了更大的空间。     

锂离子电池负极材料纳米Ni3Sn2的溶剂热合成与电化学性能

采用溶剂热法合成锂离子电池负极材料纳米Ni3Sn2合金粉末并研究了该合金粉末作为新型锂离子二次电池负极材料的电化学性能。合成的合金粉末经过了XRD和FESEM的表征,采用Li/LiPF6(EC DMC)/Ni3Sn2模拟电池测定合成的合金粉末的电化学性能。研究表明,该合金粉末的首次可逆容量为136mAh.g-1,退火后的合金粉末表现出更好的循环稳定性。     

梯度压力分布活性材料准静态压缩特性

采用准静态压缩试验方法研究了梯度压力分布对活性材料力学特性的影响.实验结果表明，梯度压力分布活性材料失效强度较均一活性材料有提高，同时逆梯度压力分布活性材料具有最显著的功能梯度特性.梯度压力从失效行为角度分析，充分压缩的逆梯度压力分布活性材料呈蘑菇状渐变失效，出现多个失效应力峰值.从材料密度分布出发，揭示了活性材料多应力峰值压缩失效梯度压力机理.