海藻酸水凝胶法制备锂离子电池Si/rGO/C负极材料及其电化学性能

硅材料具有高理论比容量(4 200mAh/g),是最具希望的下一代锂离子电池负极材料之一,但是硅材料巨大的体积效应(300%)和较差的导电性严重影响其电化学性能,阻碍其实际应用.为此,采用海藻酸水凝胶充当固定剂和碳源,将硅纳米颗粒和氧化石墨烯进行组装,制备了硅/还原氧化石墨烯/碳(Si/rGO/C)复合材料,采用粉末X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、热重分析(TGA)、比表面积测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征材料的结构、化学组成及形貌,并对材料进行电化学性能测试.结果表明:rGO在复合材料内部构建了分散良好的导电网络,Si纳米颗粒填充在导电网络中并通过碳层牢固地锁定在rGO片层上.rGO与碳层的复合作用有效缓冲了Si纳米颗粒在充放电时的体积变化,并且显著提高了复合材料的导电性,因此,Si/rGO/C复合材料用作锂离子电池负极时表现出优异的电化学性能:以1.0A/g电流密度循环100圈,保持约1 000mAh/g的高可逆比容量以及77.6%的容量保持率.     

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%.     

金属有机骨架材料ZnCo_2O_4/ZnO中空纳米盒的制备及其电化学性能

石墨是锂离子电池商用的负极材料,但其较低的比容量(372.0 m A·h/g)难以满足不断增长的高容量需求.因此,设计和制备高性能负极材料是提升锂离子电池能量密度及性能的关键因素之一.首先以金属有机框架ZIF-8为模板构建出ZIF-8@ZIF-67核壳复合结构,后经简单煅烧处理制备中空ZnCo_2O_4/ZnO复合纳米材料,并通过XRD, SEM, TEM以及恒流充放电等对其结构、形貌及电化学性能进行研究.结果表明:中空ZnCo_2O_4/ZnO复合纳米材料作为锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学性能,初次放电容量达到1 536.8 m A·h/g;以100 m A/g电流密度充放电100次后,比容量稳定在780 m Ah/g,显示出优良的电化学储能特性.     

氮掺杂碳包覆的蛋黄壳结构硅负极材料

采用间苯二酚-甲醛为碳源,三聚氰胺为氮源,以NaOH为蚀刻剂,成功合成氮掺杂碳包覆的蛋黄壳结构硅(Si@void@N-C)锂离子电池复合负极材料.对样品进行XRD、 SEM和X射线电子能谱,透射电子显微镜(TEM)和电化学测试等表征及测试.结果表明,成功合成了蛋黄壳结构的Si@void@N-C复合负极材料.同时,该复合材料具有优异的电化学性能,以0.1 A/g的电流密度进行充放电,首次容量可达1 282.3 mAh/g,经过100次循环后,其比容量仍高达994.2 mAh/g,其容量保持率为77.5%,表现出了良好的循环性能.Si@void@N-C材料中,氮掺杂的碳壳可以增加复合材料的导电性,同时,蛋黄壳结构可有效缓解硅的体积效应,有利于形成稳定的SEI膜,从而提高电池的循环稳定性.     

MXene包覆提升硅负极性能

侧重于Ti₃C₂T_X MXene&硅(Si)三明治结构负极在硅基锂离子电池中的应用研究,发现通过真空抽滤法制备的Ti₃C₂T_X MXene&Si复合负极可以有效抑制硅材料在充放电过程中的体积膨胀,优化其循环稳定性.X射线衍射和扫描电镜的结果表明,MXene与硅微米颗粒成功形成三明治(夹层)结构.组装成扣式电池测试其电化学性能,发现Ti₃C₂T_X MXene&Si复合负极表现出优异于硅颗粒单体的充放电容量和循环寿命,这项研究为硅负极电池的商业化提升提供了一定的科学依据.     

锂离子电池多孔硅／碳复合负极材料研究

以硅粉、镁粉和葡萄糖为原料,采用高温固相烧结工艺及水热法制备了循环性能优异的锂离子电池多孔硅／碳复合负极材料．利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对样品物相和微观形貌进行表征,研究了无定形碳包覆量对产物电化学性能的影响．无定形碳的存在,不仅对多孔硅粉的三维孔隙结构起到了支撑作用,也可有效改善复合材料的导电性能并有效缓冲电化学嵌／脱锂过程中多孔硅颗粒所产生的体积效应．电化学性能测试表明,10次循环后,多孔硅／碳复合负极材料平均每周次容量衰减为0．41%,100次循环后其可逆容量仍可维持在608．7mA·h／g．     

MnO/石墨烯复合材料的制备及其作为锂离子电池负极的研究

通过原位复合方法合成碳包覆MnO/石墨烯(C@MnO/GN)复合材料并探究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,MnO纳米颗粒(直径约为30~50nm)均匀分散在石墨烯片层上,且颗粒外面包裹一层厚度约为5nm的碳层.电化学测试结果表明该材料作为锂离子电池负极具有优异的倍率和循环性能.0.2和0.5A/g电流密度下,比容量分别为800和700mAh/g;10A/g电流密度下比容量仍能保持在372mAh/g;当电流密度调回0.5A/g时,其比容量仍能恢复到730mAh/g.该材料也表现出优异的循环性能,在5和10A/g电流密度下依次循环100圈,容量保持率几乎100%.     

锂离子电池硅/碳负极材料的制备与应用

对锂离子电池中硅/碳负极材料的纳米结构、掺杂改性以及三元复合等制备工艺及其电化学性能、相关机理进行了总结。通过研究不同改性方法对硅/碳负极材料电化学性能的影响,以找到较为优异的改性路径。经过对比发现,通过采用纳米结构、原子掺杂以及三元复合的方法均可显著提升硅/碳负极材料的电化学性能。最后对硅/碳负极材料发展现状进行了简要分析,并对其研究前景进行了展望。     

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。     

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.     

硅碳复合结构对锂离子电池负极电化学性能的影响

以晶硅太阳能电池生产过程中的晶硅切削废料为原料、以壳聚糖(Chitosan, CTS)为碳源,通过液相包裹和低温热解工艺制备了具有较大孔隙的硅/硬碳复合材料(Si@CTS).对比研究了Si@CTS及Si@CTS混合石墨后(Si@CTS/G)分别作为锂离子电池负极的电化学性能.结果表明,具有孔隙和互联结构的Si@CTS负极首次放电比容量可达到1 672.8 mAh/g,首次库伦效率达到了84.45%;在循环100圈之后Si@CTS放电比容量保持在626.4 mAh/g.进一步,将Si@CTS作为高容量活性物质添加至石墨中,研磨混合后制得的Si@CTS/G复合负极表现出良好的稳定性,在循环100圈之后放电比容量为698.1 mAh/g,对高容量高稳定性硅碳负极批量化生产和应用具有重要意义.     

锂离子电池纳米碳负极材料的结构与嵌锂行为

采用了一种工业副产品的纳米碳粉作为锂离子电池的负极材料,对纳米碳粉进行了提纯,测定了纳米碳粉的纯度,并对提纯后的纳米碳粉进行了电化学嵌锂性能的研究·充放电实验结果表明,该碳材料首次放电比容量为358 3mA·h/g,首次循环可逆容量为336 4mA·h/g,循环9次后可逆容量保持率为76 1%·TEM观察纳米碳粉的形貌,表明纳米碳粉为球形,直径在30nm左右;XRD测定纳米碳粉的结构,纳米碳粉的d002值介于石墨和软碳材料的d002值之间,为0 3481nm·     

Si/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

该文采用空气Mg_2Si的方法,在600℃反应10小时生成纳米多孔硅,然后在室温的条件下将合成的纳米硅与氧化石墨烯复合,经还原后得到Si/石墨烯复合材料.将合成Si/石墨烯复合材料作为锂离子负极材料研究其电化学性能.研究结果表明石墨烯的加入会使充放电比容量有所降低,但会使硅的循环稳定性增加.     

硅/Ag/碳复合负极材料的制备、结构及其电化学性能研究

研究了银包覆和银-碳复合包覆对硅的结构和电化学性能的影响。采用XRD和TEM等手段分析了样品的结构和形貌,并采用恒电流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗法研究了改性处理前后硅负极的电化学性能。结果表明,硅/Ag/碳复合负极材料中,Ag纳米微粒以晶体的形式分布在硅颗粒的表面,一层无定形沥青炭包覆在硅/Ag复合颗粒的表面,这有利于提高硅颗粒的结构稳定性。电化学测试表明,与硅相比,硅/Ag/炭复合负极材料的电化学阻抗减小,电化学极化减弱,电化学反应的可逆性和循环寿命显著提高,第40次循环的比容量保持在390 m Ah g-1。     

黄蓍胶在硅负极锂离子电池中的应用

黏结剂在硅基锂离子电池中的用量虽少,但它却是电池性能的重要影响因素之一.使用水溶性聚合物黄蓍胶作为一种新型的硅基锂离子电池黏结剂,并与较为常见的黏结剂羧甲基纤维素钠(CMC)制备的锂离子电池在循环性能、倍率性能、循环伏安特性以及电化学阻抗方面进行比较与分析,利用扫描电镜(SEM)对锂离子电池循环前后的极片材料进行表征.实验结果显示:采用CMC和黄蓍胶作为硅基锂离子电池黏结剂时,首圈在210mA/g的电流密度下,放电比容量分别为2 808.7和3 178.7mAh/g,首次库伦效率分别为68.84%和83.64%;此后在420mA/g的电流密度下,循环100圈后的放电比容量分别为485.7和1 360.1mAh/g,甚至经过200圈的长期循环后,使用黄蓍胶作为黏结剂的电池放电比容量仍达到1 056.0mAh/g.实验证明黄蓍胶有望成为一种新型且性能优异的水溶性硅负极锂离子电池黏结剂.     

累托石镁热还原制备Si/C复合材料及其电化学性能

以累托石为原料,通过镁热还原制备多孔单质硅,然后以葡萄糖为碳源进行热处理覆碳制备Si/C负极材料。采用XRD、BET、SEM、TG分析了镁热还原条件对材料结构的影响,利用电化学工作站和电池充放电测试系统考察了Si/C负极材料的电化学性能。研究表明,累托石镁热还原的多孔硅的孔容、平均孔径、硅含量对Si/C复合材料的电化学性能有重要影响。随着镁热还原过程中金属镁质量的增加,制备的Si/C负极材料的电化学性能先增加后降低,当累托石与金属镁质量比为1∶0. 4时,制备的复合材料电化学性能最佳,在电流密度为0. 1 A/g时,材料首圈比容量最高可达1 120 mAh/g,循环200圈比容量仍能保持555 mAh/g。     

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.     

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。     

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.     

锂硅电池负极材料G-Si的制备及电化学性能

硅是一种具有应用前景的负极材料。为了解决在电化学循环过程中由于硅电极体积变化较大、导电性比较差而造成负极材料比容量迅速衰减及其循环性能不稳定的问题,本研究利用溶胶-凝胶法,经过镁热反应制得具有三明治结构的负极材料石墨烯-硅-石墨烯;通过实验研究发现负极材料G-Si-1:1具有较好的电化学性能,在电流密度为0.1 A/g时首次放电比容量为1150 m A·h·g~(-1),循环100周时放电比容量为534.2 m A·h·g~(-1)。负极材料石墨烯纳米片负载硅纳米颗粒的合成路线较为简单,并且具有较高的放电比容量和较好的循环性能,在未来具有较好的应用前景。