三聚磷腈复合硫正极材料性能的改进研究

采用加热法,将三聚磷腈复合硫(TPS)正极材料与介孔炭复合,以期望改善电极性能.扫描电子显微镜显示TPS具有与硫不同的表面形貌,接触角测定表明水滴与TPS表面的接触角为35°,而硫表面的接触角为115.,XRD和IR测定证明TPS结构特征为表面经过磷腈基团修饰的硫.复合介孔炭后,TPS电极性能改善,在10mA/g的充放电电流下,其首次放电容量为767mAh/g,第二周容量保持率为84.8％,30次循环后容量为303.8mAh/g.     

锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

新型锂电池正极材料——蒽醌/介孔炭寄生型复合物

将9,10-蒽醌（AQ）通过升华法填充在介孔炭（MC）的孔中,制备出蒽醌/介孔炭寄生型复合物。用TG/DSC、SEM、氮吸附等方法对介孔炭及复合材料进行了表征,应用恒流充放电、循环伏安法、交流阻抗等测试手段对复合材料的电化学性能进行了测试。结果表明炭/醌复合电极的比容量和循环性能较蒽醌电极有了很大程度的提高。其中蒽醌填充量为75%的复合材料首次放电比容量达到216mAh/g,50次循环之后,比容量仍有76mAh/g,是蒽醌电极比容量的2倍。     

锂硫电池三维石墨烯/硫复合正极材料的制备及其性能

以天然石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,再通过水热还原、熔融升华法制备得到三维石墨烯/硫二元复合正极材料。对三维石墨烯/硫复合正极材料进行微观形貌和电化学性能的表征,结果显示:石墨烯具有三维多孔网状结构,能有效增加活性物质硫的利用率,并且硫均匀地负载在三维石墨烯的孔道和表面,没有发生团聚现象;电化学性能结果显示:三维石墨烯/硫复合正极材料在C/8电流密度下首次充放电容量为800mAh/g,40周次循环后容量还保持在600mAh/g左右,表明三维石墨烯/硫复合正极材料具有优异的循环与倍率性能。     

以荷叶制备多级孔碳硫复合正极材料及性能研究

以荷叶为原料, 采用多阶炭化的方法, 得到高比表面积(572.1 m²/g)和存在大量多级孔尤其微孔(平均孔径3.31 nm)结构居多的炭骨架, 继而用高能球磨法及熔融法与单质硫进行复合制备出不同含硫量(48wt%, 62wt%, 71wt%)碳/硫复合材料。通过XRD、FESEM、EDS和TG对材料结构和形貌进行表征, 结果表明硫被均匀固定在多孔碳材料的类石墨烯层状结构和类微米棒结构中。充放电测试表明, 62wt%含硫量的复合正极材料性能表现最佳, 在0.1C, 1.2~2.8 V范围内充放电, 首次放电比容量达1246 mAh/g, 100次循环后依旧保持在600 mAh/g, 制备出的复合正极材料对多硫化物的“穿梭效应”起到了抑制作用。     

化学沉淀法制备S-FeS/介孔碳复合材料及其电化学性能

为提高锂硫电池的循环性能,采用化学沉淀法制备了负载有FeS的介孔碳(MC)复合材料FeS/MC,通过热复合获得了负载S的MC复合材料S/MC和负载S、FeS的MC复合材料S-FeS/MC。FeS/MC的SEM照片表明,FeS可充填MC表面的孔洞。N2吸脱附等温线表明,负载FeS后,MC的比表面积大幅下降,但平均孔径增大。XRD谱图表明,当负载FeS的含量达到20wt%时,出现了Fe3S4晶相。电化学性能测试结果表明:负载于MC中的FeS本身没有电化学活性,但它对多硫离子的氧化还原过程有催化作用,提高了电极的可逆性;S-FeS/MC的二次放电比容量保持率高于S/MC的比容量保持率,表现出较轻的"飞梭效应";S-FeS/MC的二次放电比容量为1 108.8mA·h/g,50次循环容量保持率为43.7%,高于S/MC的容量保持率,表现出较好的循环性能。     

香蒲活性炭用于锂硫电池正极材料

通过香蒲绒的热解和KOH活化制备香蒲活性炭。香蒲活性炭的BET比表面积和孔容积分别为1 913. 7 m~2/g和0. 893 cm~3/g,主要为孔径约2 nm的微、介孔。当其用于锂硫电池正极时,碳基质的微介孔可以高度分散和负载非导电性硫,并有效持硫、抑制多硫化物的扩散;同时孔壁可以较快地进行电子输运。因此硫/香蒲活性炭复合材料具有较好的循环性能和倍率容量,0. 12C下首次放电容量可达1 150. 1 m Ah/g,100次循环后比容量为663. 3 m Ah/g。不同倍率测试表明,复合电极均具有较好的循环稳定性,1C下可逆容量约600 m Ah/g。     

不同合成方法制备硫/碳复合正极材料及表征

以活性炭和升华硫为原料,采用熔融法、气相法和真空浸渍法制备硫/碳复合正极材料,通过碳硫分析、粒度测试、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET及孔径分布来表征材料的结构,并用恒流充放电测试考察了所得材料的电化学性能。结果表明,气相负载法制备的复合材料具有更好的电化学性能,在15mA/g电流密度下首次放电比容量为768mAh/g,不同电流密度循环24次后容量仍有405mAh/g。     

锂硫电池正极材料Ni_3S_2/C/S的制备及电化学性能

以配合物为模板和镍源,蔗糖为碳源,通过一步高温法获得片状硫化镍/炭(Ni_3S_2/C)材料。采用XRD,SEM,FT-IR,XPS对制备的材料进行表征。以此材料作为锂硫电池正极活性物质的载体并进行充放电等测试,结果表明,在0.2C的倍率下,硫电极首次放电容量为1392.7mAh/g,循环100次后的放电容量仍然保持有1009mAh/g,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性。进一步研究表明Ni_3S_2在改善硫电极性能和抑制穿梭效应发挥重要作用。     

不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响

采用球磨混合及热复合法制备硫/BP2000复合正极材料(含硫量42%(质量分数)),分别以PTFE、明胶和PEO作为粘结剂,考察了不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响。采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)和恒流充放电表征其物化性能和电化学性能。结果表明,明胶和PTFE对于提高硫正极的电化学性能和维持硫正极的循环稳定性具有积极意义。其中,在0.2 C充放电时,PTFE作粘结剂的电池循环50次后比容量保持741.2 mAh/g,明胶作粘结剂的电池循环50次后放电比容量保持788 mAh/g(按单质硫的质量计算)。     

锂离子电池正极梯度材料的制备及电性能研究

采用金属离子混合硫酸盐溶液分次共沉淀法制备前躯体,混锂后通过高温固相反应得到具有镍、钴和锰浓度梯度的层状LiNi0.56Co0.22Mn0.22O2锂离子电池正极材料。通过x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及恒电流充放电测试对合成的材料进行了表征。结果表明,750～900℃焙烧15h下合成的产物均具有典型的α-NaFeO2型层状结构特征,晶型结构完整,粒度均匀。800℃合成的正极材料具有较好的电化学性能。在充放电倍率0.4C、2.75-4.2V电压范围内,材料的首次充放电比容量分别为170.0mAh/g和131.8mAh/g,放电效率为77.5%;第51次循环的充放电比容量分别为131.3mAh/g和130.5mAh/g,放电效率为99.4%,容量保持率达到99.0%。     

ZIF-67衍生Co-NC多孔碳材料的可控制备及其在锂-硫二次电池中的应用研究

以ZIF-67为模板制备了一系列具有不同金属Co负载量的S/Co-NC复合材料, 并将其应用于锂-硫电池正极中进行电化学性能研究。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对Co-NC材料的多面体形貌及多孔结构进行表征; 采用X射线衍射(XRD)分析了Co-NC中金属Co的结晶状态; 采用氮气吸脱附方法分析了Co-NC材料的比表面积及孔结构。研究表明, 当刻蚀时间为48 h, 即Co含量为15.93wt%时, 复合硫正极呈现出最佳的循环性能以及倍率性能, 在0.2C电流密度下从第50圈到200圈循环的容量保持率为94.84%, 5.0C高倍率下的放电比容量为718.8 mAh?g ^-1。     

高温还原GO制备LiFePO_4/石墨烯复合正极材料及表征

通过对氧化石墨烯(GO)进行微观调控处理得到少层GO。采用喷雾干燥再高温改性的方法制备LiFePO_4/石墨烯锂离子电池复合正极材料;GO还原后即可得到石墨烯,其优良的导电性可以提高LiFePO_4的电子传输能力。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试技术等方法对复合材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。石墨烯的复合使材料颗粒间构建空间三维导电网络,提高了电解质/电极材料界面的电荷转移速率,改善了LiFePO_4的电化学性能。电化学测试结果表明,在0.1C时LiFePO_4的放电比容量为155mAh/g,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量为164mAh/g;1C和2C倍率时,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量分别为140,119mAh/g。     

两步碳热还原方法制备LiFePO4/C阴极复合材料

橄榄石型的LiFePO4材料是一种具有良好发展潜力的锂离子电池阴极材料。应用一种两步烧结的碳热还原方法制备出LiFePO4阴极材料,该法缩短了高温烧结阶段的时间,从而达到抑制晶粒长大的目的,并对LiFePO4进行原位碳包覆,制得LiFePO4/C复合阴极材料。对制得的材料进行0.1C恒电流充放电测试,首次放电容量为149.4mAh/g,首次放电效率可以达到93.5%。而用作对比的一步法烧结碳热还原样品在0.1C恒流充放电试验中首次容量只有99.1mAh/g,放电效率是81.4%,并对制备反应及充放电结果的机理进行了探讨。     

Electrochemical characteristics with the addition of carbon nanotubes and the manufacturing process for sulfur cathode in the Li/S cell

Carbon nanotubes (CNTs) were purified using acid solution, and CNT-sulfur composite powder was prepared via precipitation, using the purified CNTs. In addition, the effect of the purified CNTs (PUCNTs) on the electrochemical performance of the Li/S cell was investigated. After the purification, almost all the impurities in the as-synthesized CNTs (ASCNTs) were removed, and the dispersibility of the CNTs was improved. On the other hand, the concentration of the structural defects and of the disordered structures in the PUCNTs was increased due to the surface oxidation of the tubes during acid treatment. In the case of the PUCNT-S composite powder, the outer wall of the tubes was well covered with sulfur, as opposed to the tubes in the ASCNT-S composite powder. The Li/S cell containing ASCNT-S composite cathode showed a large voltage decrease and a 680 mAh/g capacity during the first discharge process. The Li/S cell with PUCNT-S composite cathode, however, showed a higher discharge capacity and better cycle performance than the cell with ASCNT-S composite cathode. The electrochemical performance of the Li/S cell was improved for the PUCNT-S composite cathode using the CNTs purified by acid treatment.     

聚苯胺包覆蛋白石页岩/硫复合材料的制备及其电化学性能

以蛋白石页岩为载硫体, 通过化学沉积法制备蛋白石页岩/硫复合材料, 再利用化学氧化聚合法在其表面包覆一层聚苯胺, 制备出一种新型的蛋白石页岩/硫-聚苯胺复合材料, 作为锂硫电池的正极材料。SEM、TEM和BET等测试结果表明蛋白石页岩呈层状多孔结构, 小尺寸硫在材料内分布均匀,聚苯胺包覆的厚度约为400 nm。电化学性能测试表明, 蛋白石页岩/硫-聚苯胺正极活化后放电比容量最高达到1164.93 mAh/g, 在0.5C (1.0C=1675 mA/g)倍率下, 循环300次后放电比容量为539.30 mAh/g, 库伦效率始终保持在95%以上, 说明蛋白石页岩具有良好的吸附性, 同时导电聚苯胺包覆层具有双效固硫的作用, 有利于吸附多硫化物和抑制穿梭效应。     

石墨烯负载金属钌用于锂-空气电池的正极材料

通过溶液法制备钌/石墨烯(Ru/G)复合材料,用作锂-空气电池的正极材料。通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)研究了锂-空气电池的电化学性能。结果表明:Ru/G复合材料作为锂-空气电池的正极材料,明显提高了氧化还原反应的催化活性,改善了电化学反应性能。在电流密度为500mA·g-1时,首次充放电比容量分别为13136mAh·g-1和13578mAh·g-1,充放电的过电位降低了约0.35V。当固定充放电比容量为1000mAh·g-1,采用恒流充放电模式,可稳定循环30次。     

碳源对LiFePO_4/C正极材料性能的影响

以FePO_4·2H_2O、Li_2CO_3和柠檬酸/酒石酸/抗坏血酸为原料,经机械球磨后在惰性气氛中高温煅烧合成LiFePO_4/C正极材料.研究了不同碳源对LiFePO_4结构、形貌及电化学性能的影响.重点考察了碳源为酒石酸时,不同合成温度对材料性能的影响.采用XRD、SEM以及电化学测试等手段对目标产物进行了结构表征和性能测试.结果表明,以酒石酸做碳源时,合成的正极材料物相单一,颗粒细小,粒度均匀,并且具有优良的电化学性能.在室温下以0.1C倍率充放电,首次放电比容量可达155mAh/g,1.0C首次放电比容量为120mAh/g,经过100次循环以后容量仍有109mAh/g.     

三维花状MoS2锌离子电池正极材料的设计构筑及其储能机制研究

采用水热法设计构筑三维花状二硫化钼,并利用XRD、SEM、RAMAN、TG等测试方法对产物的结构和形貌进行了表征,进而作为正极材料组装成锌离子电池并对其进行电化学测试分析,在充放电电压区间为0.2~1.2V、电流密度为1.0A/g条件下,首次放电比容量可达63.9 mAh/g,100次循环后其放电比容量保持在53.6mAh/g,容量保持率为83.9%。较高的比容量和循环稳定性使MoS_2成为有前景的锌离子电池正极材料之一。