Al2O3/LiAlO2表面包覆改性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元正极材料研究

三元正极材料因比容量高、成本低和较为环保而备受研究者的关注和青睐,但其循环稳定性与倍率性能较差。通过固相包覆法制备了纳米Al₂O₃以及LiAlO₂包覆的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料,对所制备材料的结构及形貌进行系统表征,结果表明,两种包覆均在保持正极材料结构的基础上成功形成了表面包覆层。电化学性能测试表明,用质量分数为1%的Al₂O₃包覆时,其初始放电容量从原始材料的159 mA·h·g^-1提升至162.57 mA·h·g^-1,循环35次的容量保持率由74.38%提升至94.89%;用质量分数为3%的LiAlO₂包覆时,初始放电比容量提升至164.85 mA·h·g^-1,前35次的容量保持率较未包覆材料均有所提高。此外,经包覆后正极材料循环性能和倍率性能均有所提高,电压衰减和电化学阻抗降低,...     

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...     

钠离子电池正极材料磷酸钒钠的碳包裹制备及钛掺杂改性研究

磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃,简写为NVP)具有钠离子快速导体结构,被认为是很有前景的钠离子电池正极材料。但是NVP的低电子导电性以及循环过程中大的结构变化阻碍了其商业化应用进程。通过在NVP中引入导电碳载体以及进行微量的钛掺杂,显著提升了其电子和离子导电性。碳载体可以改善其电子导电性,同时为其体积变化提供了有效的缓冲;而微量钛掺杂一方面可以提升晶体结构的稳定性,同时加快了离子扩散和传输。碳包裹和钛掺杂的协同效应极大地改善了磷酸钒钠正极的电化学性能,在恒电流充放电测试中,0.1 A·g^-1电流密度下循环100周后,其可逆容量可以达到111.7 mA·h·g^-1;在倍率测试中,在10.0 A·g^-1电流密度下,可逆容量可以达到85.3 mA·h·g^-1。     

纳米Li1.05Ni0.05Mn1.90O4正极材料的合成及电化学性能

采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h,然后在600℃二次焙烧3、6、9 h和12 h制备了尖晶石型Li_1.05Ni_0.05Mn_1.90O₄正极材料.结果表明,不同二次焙烧时间制备的Li-Ni复合共掺材料没有改变LiMn₂O₄的尖晶石结构,随着焙烧时间的增加,颗粒尺寸增大,结晶性提高.二次焙烧时间为9 h的Li_1.05Ni_0.05Mn_1.90O₄样品的颗粒尺寸约为70～100 nm,具有优异的电化学性能,在1 C(1 C=148 mA·h·g^-1)倍率,初始放电比容量为94.8 mA·h·g^-1,400次循环后展现出72.15%的容量保持率;在5 C下初始放电比容量可达到89.7 mA·h·g^-1,800次循环后,仍能维持70.79%的容量保持率.并且具有较小的电荷转移电阻和较低的表观活化能.Li-Ni复...     

微波诱导液相无焰燃烧法制备LiMn1.925Cu0.075O4正极材料及电化学性能

采用微波诱导液相无焰燃烧法快速制备LiMn_1.925Cu_0.075O₄正极材料.通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)测试手段表明,Cu掺杂未改变尖晶石LiMn₂O₄的晶体结构;随着焙烧时间的延长,颗粒尺寸逐渐增大,晶界逐步清晰;Cu²⁺进入LiMn₂O₄晶格中.电化学测试表明,二次焙烧8 h的LiMn_1.925Cu_0.075O₄正极材料表现出优异的电化学性能.在1 C倍率下,首次放电比容量为110.9mA·h·g^-1,循环400次后容量保持率63.9%;在5 C和10 C高倍率下可实现1 000次循环,首次放电比容量分别为108.9、94.8 mA·h·g-1,保持率分别为61.3%、68.1%. Cu掺杂有效抑制Mn的溶解和Jahn-Teller效应,提高材料的结构稳定性与电化学...     

2维层状Ti2CTx电极材料的制备和电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体,以盐酸与氟化锂的溶液为刻蚀剂,在40 ℃磁力搅拌条件下,刻蚀48 h制得Ti₂CT_x材料.分别采用N₂吸附/脱附、X-射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、能量色散X-射线光谱仪和透射电镜等方法对试样的比表面积、孔分布、晶相结构、形貌特征等物理性质进行了表征; 用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了Ti₂CT_x材料在2 mol·L^-1 KOH溶液中的电化学特性.实验结果表明:Ti₂CT_x是2维层状材料,在电流密度为1 A·g^-1时,该材料的比容量为119 F·g^-1,经10 000次充放电循环后,比容量保留率为98%,且保持较高的库伦效率.     

熔盐法改性K2NiFe(CN)6普鲁士蓝类似物提升储钾性能的研究

作为钾离子电池正极材料,普鲁士蓝类似物的循环稳定性与倍率性能不够理想,本研究使用熔盐对普鲁士蓝类似物K₂NiFe(CN)₆(KNF)进行改性. SEM表征表明熔盐法处理后的样品具有更为粗糙的表面,BET结果表明熔盐法改性后KNF的比表面积由3.0 m²/g提升到157.4 m²/g,并展现出了优异的循环稳定性,在60 mA·g^-1的电流密度下经过100次循环,其可逆容量为56.3 mA·h·g^-1,容量保持率为87.8%. EIS结果进一步证实熔盐法处理后样品阻抗明显减小(从3 954Ω降到2 740Ω)、具有更好的电子传导率.本文使用的熔盐法操作简单,可以在不破坏材料本身的前提下有效提升KNF等普鲁士蓝类似物的电化学性能,是一种有潜力的改性手段.     

ε-MnO2纳米片的可控制备及其电容去离子特性的研究

电容去离子是一种能耗低、无二次污染和脱盐率高的新兴海水淡化技术。通过溶剂热及后续退火处理制备了ε-MnO₂纳米片,并研究了其电容去离子特性。结果表明,ε-MnO₂具有良好的电化学可逆性,在1 mV·s^-1扫速下具有119.51 F·g^-1的比电容,电化学行为主要由扩散过程控制,超高的赝电容占比为实现高脱盐容量奠定了基础;0.5 A·g^-1电流密度下充放电比容量分别为11.46和7.57 mA·h·g^-1,库伦效率为66.06%。通过优化工作电压、流速和初始电导率,ε-MnO₂的最高脱盐容量达到了119.94 mg·g^-1,电荷效率最高为66.61%,经过20次循环后,容量保持率为56.82%。循环过程中发生的结构坍塌和晶型转变是容量衰减的主要原因。     

构筑高性能的二氧化锰/石墨烯超级电容器

三维泡沫镍(Ni)基石墨烯(graphene)结构具有理想的自支撑特性,但却受制于有限的容量。以三维Ni基graphene为催化基底,通过一步水热法,在三维Ni基graphene骨架上形成二氧化锰/石墨烯/泡沫镍(MnO₂/graphene/Ni)的异质结电极。MnO₂的形貌随着水热反应温度的增加而呈现出纳米花状、纳米花与纳米棒的混合结构以及纳米棒状。通过循环伏安、恒电流充放电等研究方法,发现具有纳米花状与纳米棒状混合结构的MnO₂/graphene/Ni异质结电极,在电流密度为0.1 A·g^-1时达到最大比电容193 F·g^-1,并且在电流密度为1 A·g^-1时,经过1 000次恒电流充放电后,依然保持104%的初始容量,是一种潜在的电化学性能稳定的超级电容器电极材料。     

高密度LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2正极材料的合成与研究

用一种改进的氢氧化物共沉淀法制备了粒径均一、近球形的Mn_0.4Ni_0.4Co_0.2(OH)₂, 再通过高温固相合成法制备了高密度的LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂正极材料。结果表明,在沉 淀体系中加入F^-,可以在较为宽松的条件下制备出振实密度为2.3g·cm^-3的LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂正极材料。对产物进行了XRD、SEM和充放电测试。SEM测试结果表明,产物具有良好的形貌; XRD测试表明,产物具有良好的层状结构,无杂质相存在。在充放电电压区间为3.0~4.4V,电流密度为30mA·g^-1时,首次充电和放电容量分别为185和164mAh·g^-1,经过50次循环,放电容量仍能保持90%。     

自组装CaCO3模板法合成锂离子电池负极材料SnO2@voids@C-SnO及改性研究

基于CaCO₃模板法制备出具有三维分级多孔碳骨架结构SnO₂@voids@C-SnO材料，并通过溶胶凝胶法进行Ni的添加.利用XRD和SEM对所得产物的晶体结构和微观形貌进行表征，并对电池进行电化学性能测试.结果表明，SnO₂@voids@C-SnO材料在电流密度50 mA·g^-1时首次放电比容量为1 092 mAh·g^-1.添加Ni可以有效增加负极材料的比容量.当Ni质量分数达到25%时，材料的首次放电比容量达到1 414.6 mAh·g^-1,70次循环后的放电比容量仍能保持617 mAh·g^-1,倍率性能优良.这主要是因为Ni的添加在一定程度上避免了纳米粒子的团聚，缓解了体积膨胀带来的影响，明显改善了负极材料的电化学性能.     

MoS2/C/MXene复合材料的制备及储锂性能研究

通过简单的水热结合退火的方式合成了MoS₂/C/MXene复合材料,其中MoS₂为1T晶型。MoS₂/C纳米片均匀地生长在MXene薄片上,呈现出独特的多孔异质结构,这种结构不仅有效抑制了MXene薄片的重新堆积,还缓解了MoS₂充放电过程中的体积膨胀。无序碳的引入提高了复合材料的导电性,并使MoS₂的晶型从2H转变为1T。将MoS₂/C/MXene复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优秀的循环性能。在1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后拥有574.2 mA·h·g^-1的比容量。这项研究为制备具有良好电化学性能的锂离子电池负极材料提供了一种设计策略。     

Mg、Co共掺对钠离子电池正极材料中阴离子氧化还原过程的改性研究

钠离子电池具有潜在的高能量密度和明显的成本优势，近些年来受到广泛的研究和商业开发。其中，P2型层状氧化物材料因其制备简单、空气稳定性好而被认为是一种很有前景的正极材料，但实际可用可逆比容量较低。Mg掺杂可以触发阴离子氧O^2-/（O₂）^n-的氧化还原反应，进而提供可观的容量。但在阴离子氧化还原过程中会产生不可逆相变，使其循环性能变差，并且充放电过程中存在着严重的电压滞后现象。本文采用Mg和Co共掺的手段来调节晶体结构和电子结构，提高比容量的同时，减少电压滞后，提升循环性能。优选得到了正极材料P2-Na_0.67Mg_0.22Co_0.22Mn_0.56O₂,在1.5～4.5V的电压区间内，可逆比容量为198mAh·g^-1。相比于同体系的其他材料具有较好的循环稳定性和倍率性能，同时电压滞后现象得到明显改善，为设计新型层状氧化物正极材料提供了新思路。     

含钴钨酸盐在锂离子电池中的循环性能表现

基于多金属氧酸盐(POM)在锂离子电池负极材料领域的潜在应用价值,根据文献选择了新型三价钴多金属钨酸盐Ba₃[BW₁₁O₃₉Co~Ⅲ(H₂O)]这一稳定的无机金属杂多酸,对其作为负极材料在锂离子电池应用中的性能进行了全面的测试,并将其与二价钴多金属钨酸盐Ba_3.5[BW₁₁O₃₉Co~Ⅱ(H₂O)]的性能做了对比.结果表明：三价钴材料在200 mA·g^-1的电流密度下循环200圈后仍能保持269.2 mAh·g^-1的比容量,库伦效率达99.29%.即使在0.2～5.0 A·g^-1的电流密度下进行倍率测试,其仍表现出比二价钴材料更好的性能,在电流密度恢复到0.2 A·g^-1后,比容量迅速恢复到454 mAh·g^-1,证明其具有更好的稳定性和倍率性能,为后续含钴钨酸盐在锂离子电池领域的应用提供了更多的参考价值...     

碳含量对锂离子电池正极材料磷酸锰锂的影响

通过溶剂热法制备得到了长度为100 nm,直径为60 nm的棒状锂离子电池正极材料磷酸锰锂(LiMnPO₄)。为了提高其电化学性能,使用不同含量的beta-环糊精与其球磨并碳化对LiMnPO₄表面包覆碳层。结果表明碳含量不同时,对电池充放电性能有明显影响。碳含量约为3.80%的复合材料电化学性能最好。在0.1 C倍率下首次放电容量为140 mA·h·g^-1,经过50次循环之后,容量依然能保持为127 mA·h·g^-1。这是由于碳含量过低时,不能对LiMnPO₄进行完全包覆,导致材料导电性不佳;而当碳含量过高时,由于碳不贡献容量,同时在一定程度上会限制锂离子的传输,因此导致材料的容量降低。     

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。     

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).     

δ-MnO2/Ti2CTx复合材料的制备与电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体、LiF-HCl的水溶液为刻蚀液、KMnO₄为氧化剂和锰源,采用溶液-沉积法制备了δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料.分别采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱等方法对试样进行了表征; 以镍网为对电极、银/氯化银为参比电极、2 mol·L^-1 KOH溶液为电解质溶液,在3电极体系中采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了复合材料的电化学性质.结果表明:当δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料在电流密度为1 A·g^-1时,复合材料的比电容高达227 F·g^-1.δ-MnO₂/Ti₂CT_x是一种性能良好的电化学电极材料,具有潜在的应用前景.     

纳米TiO2/多孔碳复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

针对传统超级电容器中碳质材料受比表面积和孔径限制导致的比电容小,能量密度低(<10 Wh·kg^-1)等问题,本工作利用瞬时纳米沉降技术(FNP)成功合成了SiO₂/MXene复合物,后利用聚四氟乙烯(PTFE)在800℃下进行热处理得到负载微量TiO₂颗粒的多孔碳材料(TiO₂/PC-800)。这种多孔结构可以提供更大有效比表面和化学反应活性位点,有利于缩短离子传输路径,加快离子传输。电化学测试结果表明TiO₂/PC-800具有较高的比电容,在0.5 A·g^-1的电流密度下比电容为215.5 F·g^-1,同时还具有优异的循环稳定性,在10 A·g^-1的大电流密度下循环5 000圈后比电容保持率为98.6%。组装的TiO₂/PC-800//TiO₂/PC-800对称型超级电容器在0.7 kW·kg^-1的功率密度下获得的能量密度高达50.8 Wh...     

Mg2+掺杂对锰酸锂正极材料电化学性能的影响

尖晶石型LiMn₂O₄正极材料的电压平台高、原料来源丰富、生产成本低廉,但由于Jahn-Teller效应导致晶格畸变和Mn³⁺歧化分解导致过渡金属锰的溶解严重影响电池的循环性能。本文探究了不同Mg²⁺掺杂量对LiMn₂O₄正极材料电化学性能的影响。采用高温固相法制备了LiMg₍(x))Mn₍(2-x))O₄(x=0,0.01,0.03,0.05)样品,并对其组织结构和电化学性能进行分析。结果表明,所有样品均为立方尖晶石结构,呈截断八面体形貌。电化学性能测试表明,当x=0.03时,LiMg_0.03Mn_1.97O₄样品在0.2 C下具有较高的放电比容量和最高的首次库伦效率(98.44%),循环稳定性最佳;在0.5 C下循环100圈后仍具有119.3 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达92.62%。