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。     

SnOxSy@PANI@rGO复合材料的制备及其电化学性能

利用水热法合成二硫化锡六方晶片,通过氧化聚合包裹聚苯胺,水热还原制备锡氧硫化合物@聚苯胺@还原氧化石墨烯(SnO_xS_y@PANI@rGO)复合材料.分别利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FT-IR)光谱、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)对材料进行形貌和物相分析,结果表明:制备的六方形SnO_xS_y被PANI和rGO双层包覆.将复合材料作为锂离子电池的负极进行电化学性能研究,结果显示:由于多元复合材料中的聚苯胺和还原石墨烯增加了其导电性,缓冲了SnO_xS_y在充放电过程的体积膨胀,保持了结构稳定性,展现了优越的电性能.     

金属氧化物/石墨烯复合物作为锂离子电池负极材料的研究进展

综述了Fe_3O_4、Fe_2O_3、NiO、Co_3O_4、CoO、CuO等多种金属氧化物通过水热、溶剂热、共沉淀、原子层沉积、溶胶凝胶及高温退火和微波辅热等多种合成策略和制备方法得到不同尺寸如纳米级和微米级,不同形貌如颗粒状、棒状、孔状、球状、层状、花状等不同维度金属氧化物以不同的方式如嵌入、卷入、植入修饰石墨烯,形成了层状结构、三明治结构、中空核壳状结构和混合结构等形式的金属氧化物/石墨烯复合物.并把它们应用于锂离子电池的负极材料,其电化学性能如容量、倍率、循环等性能相对于纯石墨烯和纯金属氧化物得到了提升.最后分析了金属氧化物/石墨烯复合物的制备材料、制备方法对最终产物的影响,讨论了金属氧化物和石墨烯的协同效应和复合机理以及石墨烯复合物性能的影响,展望了金属氧化物/石墨烯复合物作为锂离子电池电极材料的应用和开发前景.     

石墨烯和碳纳米管对SiO2气凝胶负极材料的改性

为了缓解二氧化硅(SiO_2)负极材料的体积膨胀开裂,改善其电化学性能,通过溶胶-凝胶法制备出三维网状结构的SiO_2气凝胶纳米材料及其石墨烯改性材料(rGO/SiO_2)和碳纳米管改性材料(CNT/SiO_2),研究石墨烯和碳纳米管改性对SiO_2气凝胶负极材料的储锂性能影响.利用X射线衍射分析仪、光电子能谱仪和扫描电子显微镜进行表征.电化学性能研究表明,石墨烯和碳纳米管改性提高了SiO_2气凝胶负极材料的导电性、充放电比容量和库伦效率,其中CNT/SiO_2提升作用更加显著,循环稳定性能最好.因此,在减轻材料体积膨胀和结构开裂、粉化,增加SiO_2气凝胶负极材料的导电性方面,碳纳米管改性优于石墨烯改性.     

SnO$_{\boldsymbol{x}}$S$_{\boldsymbol{y}}$@PANI@rGO 复合材料的制备及其电化学性能

利用水热法合成二硫化锡六方晶片, 通过氧化聚合包裹聚苯胺, 水热还原制备锡氧硫化合物@聚苯胺@还原氧化石墨烯(SnO$_{x}$S$_{y}$@PANI@rGO)复合材料. 分别利用 X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、傅里叶变换红外(Fourier transform infrared, FT-IR)光谱、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)对材料进行形貌和物相分析, 结果表明: 制备的六方形 SnO$_{x}$S$_{y}$被 PANI 和 rGO 双层包覆. 将复合材料作为锂离子电池的负极进行电化学性能研究, 结果显示: 由于多元复合材料中的聚苯胺和还原石墨烯增加了其导电性, 缓冲了 SnO$_{x}$S$_{y}$ 在充放电过程的体积膨胀, 保持了结构稳定性, 展现了优越的电性能.     

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．     

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.     

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.     

锂离子电池硅基负极研究进展

锂离子电池因其高能量密度的优点在能源领域发展迅速.硅基负极由于其高理论比容量被视为是继石墨之后最具发展前景的负极材料,但是硅基负极在嵌脱锂过程中会发生严重的体积膨胀,导致电池容量的衰减和库伦效率的下降,影响了其商业化应用.本文综述了硅基负极的工作原理以及面临的问题挑战,重点从硅基负极的结构设计与改性、粘结剂的开发以及电解液添加剂三个方面对硅基负极进行了系统的阐释,并对其今后的发展趋势进行展望.     

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.     

原位聚合-热膨胀制备聚苯胺/膨胀石墨复合物及导电性能研究

以-100目(孔径0.254 mm)低温可膨胀石墨为石墨固体膨胀剂,采用原位聚合-热膨胀技术制备了聚苯胺/膨胀石墨复合物,并对聚苯胺/膨胀石墨复合物进行了形貌和结构表征.同时,对聚苯胺/膨胀石墨复合物的导电性能进行了研究.结果显示,聚苯胺/膨胀石墨复合物颗粒具有蠕虫状形貌和聚苯胺包覆在膨胀石墨上的结构,其膨胀体积为10.0 mL/g;实验结果表明,反应时间和反应温度对聚苯胺/膨胀石墨复合物的导电率有影响.     

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。     

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%.     

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。     

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.     

锂离子电池用硅负极材料的研究进展

硅基材料具有较高的储锂比容量,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅负极在充放电过程中巨大的体积效应以及较低的电导率限制了其商业化应用。目前,提高硅负极性能的措施主要包括:材料纳米化、复合化以及结构特殊化等。本文报告了近年来硅基材料作为锂离子电池负极材料在纳米化、复合化及结构特殊化等研究领域的最新研究进展,并展望了硅基材料作为锂离子电池负极材料的发展前景。     

高镍正极-锂碳负极锂离子电池制备与性能研究

为提升锂离子电池能量密度、循环寿命、快充能力和安全性等方面性能,本文研究纳米级硅碳复合负极材料合成技术,以提高硅碳材料在电池充放电过程中的首次库伦效率、改善材料的循环稳定性、增强材料导电性,并解决硅碳材料易出现的体积膨胀技术难题.通过优化配方,得到与之匹配的高比容量镍钴铝正极材料和高电导电解液,获得具备长寿命(＞2 000次循环)的超高能量密度锂离子电池(能量密度＞350 Wh/kg),将硅碳负极材料的比容量提高至600 mAh/g以上;采用纳米技术和单分子层超薄修饰技术研发的纳米镍钴铝复合正极材料的比容量达到200 mAh/g以上;研究出匹配硅碳复合负极材料的宽温电解液配方,以保持离子的电导率和高稳定性,有效提高电池的电化学性能.对锂离子电池的结构设计、工艺控制以及极片制备技术进行进一步优化,以提升其能量密度、循环寿命和安全性,使其能够规模化地应用于动力及储能市场.     

新型蜂窝结构Si/Co3O4复合材料的研究

本文通过超声分散、水热生长和煅烧方法制备了新型蜂窝结构Si/Co3O4复合负极材料,在此基础上研究其复合结构与电化学性能的关系。采用X射线衍（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的物相、微观形貌进行表征,并采用电化学手段对其性能进行测试。结果表明：硅纳米颗粒主要分布于Co3O4蜂窝孔洞结构的内层;相比于纯Si负极材料,蜂窝结构Si/Co3O4复合材料具有更好的结构稳定性、倍率性能和循环性能,首次放电比容量为1475 mAh g-1,第二次维持在851 mAh g-1,经过75 次循环后放电比容量仍有 802 mAh g-1,较第二次比容量损失率仅为0.17%/周,这主要是归因于硅纳米颗粒和Co3O4之间存的空隙为Si负极嵌锂过程中的体积膨胀提供了空间,有效缓冲Si负极的体积变化。     

表面三维结构构造对磷酸铁锂电化学性能的影响

电子产品的普及对锂离子电池商业正极材料磷酸铁锂的倍率充放电能力和循环稳定性提出了更高的要求。石墨烯由于其独特的电子共轭态和单原子层结构,具有优越的电子迁移性、大的比表面积和良好的热与化学稳定性,是理想的磷酸铁锂表面结构和功能修饰材料。本文将结合传统材料表面金属包覆的方法,在化学还原氧化石墨烯包覆过程中引入二价金属离子,在磷酸铁锂表面形成三维导电网络的化学还原氧化石墨烯/金属包覆层。实验结果表明,表面三维结构的构造可显著地改善磷酸铁锂的导电性和锂离子扩散性能。     

氧化石墨烯/磷钼酸复合物的制备及其液晶性研究

由Hummer's方法制备的氧化石墨烯负载磷钼酸,制备了氧化石墨烯/磷钼酸复合物,其水溶液展现出较好的溶致液晶性.透射电镜分析表明,纯氧化石墨烯呈现出透明的褶皱薄纱状形貌,氧化石墨烯/磷钼酸复合物中磷钼酸微粒均匀分布在氧化石墨烯片层中.红外光谱说明氧化石墨烯和磷钼酸之间存在较强的相互作用.所得氧化石墨烯/磷钼酸复合物在偏振光下具有明显的溶致液晶性.相比相同条件下的纯氧化石墨烯,磷钼酸的引入没有破坏氧化石墨液晶体系的介晶结构,复合物表现出更明显的明暗交织的液晶织构,旨在将多酸嵌入氧化石墨液晶体系中并为多酸和氧化石墨烯的应用开拓一个新思路.