MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯复合负极材料的制备及性能研究

采用原位生长法设计并合成了MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯的复合材料(Si/C@G),并应用于锂离子电池负极材料,该材料结构有效缓解硅基负极材料充放电过程的体积变化,促进了稳定的固态电解质中间相层的形成,提高了电极材料的电导率。Si/C@G负极材料在电流密度500 mA/g时经100次循环可逆比容量仍有1081.2 mAh/g;在电流密度5.0 A/g时其可逆容量达到949.6 mAh/g。Si/C@G负极在1.0 A/g的恒电流密度下循环500次后可逆比容量可保持在677.2 mAh/g左右,库仑效率可达99.84%,表现出良好的循环稳定性。     

锂离子电池负极材料LiFeTiO_4/C的制备及其电化学性能

以Li_2CO_3、Fe_2O_3和TiO_2为原料,葡萄糖为碳源,采用高温固相法合成了锂离子电池LiFeTiO_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征,通过恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗对材料的电化学性能进行了测试。结果表明,碳包覆后的LiFeTiO_4负极材料循环性能优于未经碳包覆的材料。在室温下,充放电倍率为0.5C时,LiFeTiO_4/C负极材料的首次放电比容量为327.8 m Ah/g,循环50周后仍保持在308.3 m Ah/g。     

锂离子电池超高容量负极材料的研究进展

对最近几年锂离子电池用负极材料, 特别是首次最大充放电容量超过500 mAh/g 的负极材料进行了综述。分类详述了高容量负极材料的研究现状, 其中包括碳负极材料(硬碳、碳纳米管、碳的掺杂)和非碳负极材料(锡基负极材料、过渡金属氮化物、新型合金), 并对其各自的特点进行了分析, 认为超大比容量的锂离子电池用负极材料是未来发展的重要方向。     

微纳米多孔Si-Ag颗粒掺杂石墨负极材料及其电性能

为解决锂离子电池石墨负极材料充放电效率低的问题,采用成本低廉的人造石墨,并掺杂微纳米多孔Si-Ag颗粒来改善石墨的导电性及提高充放电效率,利用化学刻蚀法制备了微纳米多孔Si-Ag粉体,并将70%人造石墨与30%的多孔Si-Ag粉体球磨形成夹层式复合结构。采用SEM、TEM、XRD及电池测试系统对多孔Si-Ag粉体材料进行表征和测试。结果表明:硅颗粒经高能球磨后粒径可达720nm左右;在80℃刻蚀条件下,得到的微纳米多孔Si-Ag负极材料充放电比容量为2 163.28mAh/g;掺杂多孔Si-Ag颗粒后的石墨负极首次充放电比容量为1 227.966mAh/g,比纯石墨负极材料提高了341.1%;在0.2C(1C=1 500mA/g)的电流密度下,循环100次后容量保持率为59.72%。     

切割废硅粉球磨制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用。采用低成本的切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用简单的高能球磨法一步制备废硅粉-石墨复合材料（WSi-G）。系统研究了废硅粉的属性特征和硅碳复合材料的微观结构,所制备硅碳复合微粉的电化学性能。结果表明,微米尺寸的废硅粉直接用于锂离子电池时的负极循环性能快速衰减,采用球磨法制备的硅碳复合材料用于锂离子电池负极时展现出优异的循环稳定性,在0.5 A g-1电流密度下循环160圈后其可逆比容量仍然可以稳定在428 mA·h/g以上。     

氧化锌作为锂离子电池负极材料的研究进展

氧化锌作为锂离子电池负极材料具有理论比容量高(978 mAh/g),来源广,环境友好和价格便宜等优势,是新一代高效环保的锂离子电池负极材料之一。然而氧化锌电极材料固有的电导率较低,不利于电池大电流充放电。并且在循环充放电过程中,易产生枝晶及周期性应力,导致材料体积膨胀或结构损坏,致使电池的循环性能衰减过快,容量保持率低。本文综述了改善氧化锌电化学性能的两种常用的策略：制备不同维度具有纳米结构的氧化锌电极材料;与碳材料、金属单质和金属氧化物等复合制备氧化锌复合电极,并对该类负极材料进一步研究、应用前景予以展望。     

无烟煤基CO2吸附材料及电极材料的制备

本文以宁夏太西无烟煤为基础材料,预先进行粉碎、脱灰处理,以KOH为活化剂,通过调节KOH和煤的比例得到不同比表面积和孔径分布的煤基多孔炭材料。在800 ℃条件下,KOH和煤的质量比为5∶1时,活化处理2 h,所得材料具有最高的比表面积和孔容（3.275 m2/g,1.62 cm3/g）,其在0 ℃、100 kPa的条件下对CO2吸附的质量分数为23.71 %。以尿素为氮源对材料进行掺氮处理,通过氧化还原反应在炭材料上负载MnO2组成复合材料,将其用于锂离子电池负极。测试结果表明:所得材料的充放电循环稳定性较好,掺氮以及负载MnO2有助于材料比电容的提高。     

锂离子电池微米级三维多孔硅负极材料合成及性能研究

三维硅已被证明为极具前景的锂离子电池负极材料,然而现有的三维硅负极在循环性能和初始库伦效率等方面存在挑战。采用盐酸刻蚀、镁热还原和表面组装的策略,从天然蒙脱矿土直接制备出微米级的三维多孔硅/二氧化钛(3D pSi@TiO₂)复合材料。结果表明:复合材料具有的三维多孔结构能够提供足够的空隙,缓解了脱-嵌锂过程中发生的体积膨胀,缩短了电子传输和锂离子扩散的路径,有利于锂离子的快速嵌入和脱出并减少极化;与二氧化钛的有效复合,进一步提高了复合材料的导电率及结构的稳定性;3D pSi@TiO₂负极在0.5A·g^-1电流密度下循环200次后,可逆容量高达1 261.19 mAh·g^-1及90.79%的优异容量保持率,同时初始库伦效率可达到80.6%。     

磁控溅射法制备铝薄膜锂离子电池负极材料

本论文通过磁控溅射技术使用高纯铝靶材在铜箔上沉积制备了铝薄膜,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对其组成和结构进行了表征,然后作为锂离子电池负极材料对其电化学性能进行了测试。结果表明铝薄膜由晶体的纳米颗粒组成,并且均匀的覆盖在铜箔表面。作为锂离子电池负极材料表现出2184 mAh/g的初始放电比容量,充放电10次后,可以维持80%的初始比容量。容量的衰减是由于在锂离子嵌入和脱出过程中,铝薄膜会发生大的体积膨胀和收缩,导致铝负极发生破裂粉化及结构崩塌。可以利用磁控溅射技术对铝薄膜厚度和结构进行调控,从而进一步提高锂离子电池铝薄膜负极的循环稳定性。     

Na_2S_2O_3对镍钴电池负极材料电化学性能的影响

通过向镍钴电池的电解液中加入不同浓度Na_2S_2O_3,并研究了其对镍钴电池负极材料电化学性能的影响,采用SEM和XRD分析了沉淀产物的微观形貌和结构。结果表明,通过对钴电极的充放电性能测试发现,当Na_2S_2O_3浓度为0.04mol/L时,Co电极的最大放电容量高达411.1mA·h/g,当Na_2S_2O_3浓度0.02mol/L时,Co电极的循环稳定性最好,其容量保持率为86.16%,比未加Na_2S_2O_3时的容量保持率高出30.71个百分点。结合循环伏安特性曲线(CV)和交流阻抗图谱(EIS)分析得知,Na_2S_2O_3能够有效抑制CoOOH的形成,提高活性物质的利用率,从而实现放电容量和循环稳定性的提高。     

锂离子电池铁酸锰负极材料的制备及电化学性能

以硝酸铁和氯化锰为原料,采用水热法制备铁酸锰(MnFe_2O_4)颗粒,研究不同实验条件对产物纯度的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对材料的微观结构和形貌进行表征。采用电化学分析手段分析材料的电化学性能。结果表明,碱性条件下,当铁锰的摩尔比为2∶1,反应温度160℃,反应时间3 h时,可以制备出具有尖晶石结构的铁酸锰颗粒。该材料作为锂离子电池负极材料具有优异的电化学性能:首次充放电比容量为1 309 m A·h/g,100次循环后放电比容量稳定在160 m A·h·/g。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

铝电解阳极炭渣球磨制备Si/C复合材料及其电化学性能研究

以危险固体废弃物铝电解阳极炭渣为碳源,采用机械球磨法制备了用于锂离子电池负极的Si/C复合材料,研究了球磨工艺参数对所得复合材料电化学性能的影响。通过XRD、SEM分析观察材料结构和形貌,循环伏安法和恒电流充放电测试表征Si/C复合材料电化学性能。结果表明,球料比对所制备复合材料电化学性能影响不明显; 延长球磨时间、提高球磨转速有利于提升材料循环稳定性和可逆比容量。最佳球磨工艺参数为: 球料比5∶1,球磨时间25 h,球磨转速500 r/min。该条件下所得材料在120 mA/g的电流密度下循环100圈,容量保持在382.4 mAh/g。     

氧化锂基复合正极补锂材料的制备及对电池电化学性能的影响

锂离子电池在首次充放电过程中,其负极表面形成的固态电解质界面（SEI）膜会消耗部分正极材料的活性锂,导致不可逆的容量损失,降低锂离子电池能量密度。为解决此问题,选用氧化锂作为牺牲锂盐以补偿锂离子电池的首次不可逆容量损失,提高电池容量和循环性能。通过将催化剂LiMnO₂、Li₂O和导电炭黑(SP)按一定质量比研磨混合,制备了Li₂O基正极补锂材料LiMnO₂/Li₂O/SP。为研究其补锂性能,选用磷酸铁锂作为正极,石墨作为负极,TCGG-Si作为电解液,组装了2032扣式全电池,通过充放电测试,研究了该正极补锂材料对电池电化学性能的影响。结果表明,当LiMnO₂/Li₂O/SP的质量分数分别为50%、45%和5%时,在 10 mA?g^-1的电流密度下充电至4.3 V,LiMnO₂/Li₂O/SP 复合材料的首次充电比容量可达526.5 mAh?g^-1,首次库伦效率为14.63%,其在首次充电过程中分解释放活性锂的过程是不可逆的,并在第4次后完全丧失容量,说明 Li₂O/LiMnO₂/SP复合材料可以作为补锂材料添加到正极材料中。将质量分数为3.6%的Li₂O/LiMnO₂/SP复合材料加入到磷酸铁锂半电池中,半电池的首次充电比容量为186.5 mAh·g^-1,相较 LiFePO₄比容量（166.8 mAh·g^-1）提高了19.7 mAh·g^-1,说明补锂剂已发挥作用,该部分多余的容量可用于形成石墨SEI膜。将Li₂O/LiMnO₂/SP添加到磷酸铁锂-石墨全电池体系中作为正极补锂剂,不仅可补偿石墨负极的首次不可逆容量损失,还可提高全电池的循环性能。全电池的首次可逆容量为158.2 mAh?g^-1,循环100次的可逆比容量为108.0 mAh?g^-1;相较于未添加情况,全电池首次充电比容量增加了12.9 mAh?g^-1,可逆比容量提高了11.6 mAh?g^-1,经100次循环后容量保持率提升了13.90%。     

泡沫镍负载的NiCo_2O_4电极材料的超级电容性能北大核心CSCD

采用水热法在泡沫镍基底上直接生长NiCo_2O_4电极材料,分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等手段研究了材料的结构和电化学性能。结果表明,NiCo_2O_4材料粒径尺寸均一,分散性好,该电极材料在1 A/g电流密度下放电比容量高达1 227 F/g,当充放电电流密度增大到10 A/g时,比电容为836.4 F/g,容量保持率为68%。在6 A/g的大电流密度下充放电循环1 000次后,仍有较为良好的容量保持率。NiCo_2O_4作为超级电容器电极材料展现出良好的容量属性和倍率性能。     

锂离子电池MoO_2负极材料的水热法合成及其电化学性能

以四水合钼酸铵(AHM)、乙二醇(EG)为原料,采用水热法合成MoO2材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试研究材料的结构和电化学性能。结果表明,水热法合成的MoO2粒径为20~30 nm,材料表现出良好的电化学性能。首次放电比容量为664.3 m A·h/g,充放电效率较高,首次充放电的库伦效率高达94%,在20个充放电循环过后,仍有较高的容量保持率,MoO2作为锂离子电池负极材料展现出良好的容量存储和循环性能。     

泡沫镍负载的NiCo_2O_4电极材料的超级电容性能

采用水热法在泡沫镍基底上直接生长NiCo_2O_4电极材料,分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等手段研究了材料的结构和电化学性能。结果表明,NiCo_2O_4材料粒径尺寸均一,分散性好,该电极材料在1 A/g电流密度下放电比容量高达1 227 F/g,当充放电电流密度增大到10 A/g时,比电容为836.4 F/g,容量保持率为68%。在6 A/g的大电流密度下充放电循环1 000次后,仍有较为良好的容量保持率。NiCo_2O_4作为超级电容器电极材料展现出良好的容量属性和倍率性能。     

纤维状MnO2在有机电解液中的电容特性

研究液相还原法制备纳米级纤维状MnO2的过程及其作为电极的电容特性。结果表明,所制备的纳米级纤维状MnO2由-αMnO2和-γMnO2构成,纳米MnO2电极在1mol/L LiNO3/DMF有机电解液中和1mol/L(NH4)2SO4水系电解液中皆具备良好的电容特性,在1mol/L LiNO3/DMF有机电解液中工作电压可达2V,比容量可达133.4F/g,比容量随扫描速度和工作电流密度的增加而降低。     

锂离子电池Na_2Li_2Ti_6O_(14)负极材料的合成与电化学性能

采用高温固相法成功合成了新型钛基负极材料Na_2Li_2Ti_6O_(14),并研究了其结构及电化学性能。利用高分辨透明电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)及其Rietveld精修、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)表征分析了材料的物相和显微结构。结果表明,合成的Na_2Li_2Ti_6O_(14)负极材料为纯相,具有Fmmm空间群结构;Na_2Li_2Ti_6O_(14)颗粒约为500~800 nm,Na、Ti和O三种元素分布均匀。循环伏安(CV)、充放电及电化学阻抗谱(EIS)测试表明,材料具有较好的锂离子脱嵌可逆性,较好的倍率性能和循环稳定性。钛电流密度为500 m A/g充放电时,Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料的首次脱锂(充电)容量为180 m A·h/g,100次循环后可逆容量为136 m A·h/g;100次循环后,Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料的电荷转移电阻增加,锂离子扩散系数略有下降,表明Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料在循环后SEI膜的生成,降低了材料的电化学活性。     

锂离子电池Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)负极材料的结构与电化学性能

采用高温固相法合成了Li_4Ti_5O_(12)和Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)负极材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段研究样品的结构和电化学性能。XRD图谱表明铈掺杂并没有改变样品的晶体结构;循环伏安曲线表明Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)样品具有更好的可逆性,铈的掺杂有利于锂离子的可逆脱嵌;微分电容曲线表明Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)的充放电的峰电位值差比Li_4Ti_5O_(12)小,说明前者具有更小的电化学极化;充放电测试表明,5 C倍率充放电时,Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)和Li_4Ti_5O_(12)的可逆放电容量分别为120 m A·h/g和80 m A·h/g左右,说明铈的掺杂提高了Li_4Ti_5O_(12)材料的倍率容量和循环性能。