低成本硅纳米管/碳复合材料的制备及储锂性能

以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料,即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能,又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料,沥青为碳源,采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在,碳层均匀地包覆在硅纳米管上,使得硅碳复合材料的直径增大,碳层厚度约为7 nm,碳以无定形结构存在,碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明,与硅纳米管相比,当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好,首次充放电容量分别为1 387.8 mA·h/g和1 615.7 mA·h/g,首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率,循环性能得到大幅度提升,与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比,包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA·h/g。容量保持率为76.8%。     

柔性、自支撑CNT/Si复合薄膜的制备及储能性能

开发了一种制备大面积CNT/Si柔性自支撑薄膜的方法，制备的CNT/Si复合薄膜尺寸可调且具有良好的柔性。作为锂离子电池负极，薄膜中硅的负载量对电极比容量及循环稳定性有显著影响。硅负载量为52%的CNT/Si复合电极表现出优良的电化学性能，1 A/g电流密度下电极充电比容量为1156 mA·h/g，循环200圈可逆充电比容量为975 mA·h/g，容量保持率达84%。     

核壳结构Si/SiOx纳米复合材料的制备及电化学性能

通过溶胶–凝胶法与热处理相结合的方法合成了锂离子电池核壳结构Si/SiO_x纳米复合负极材料,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱分析了复合材料的结构,采用恒流充放电和电化学工作站测试材料的电化学性能。结果表明:纳米Si粒子表面被SiO_x包覆,形成了具有核壳结构的Si/SiO_x纳米复合材料。其中纳米Si粒子粒度为80～100nm,SiO_x厚度为15～19nm。合成Si/SiO_x纳米复合材料的首次放电容量达1093mA·h/g,经过100次循环后容量仍超过430mA·h/g,表现出良好的循环性能。     

石墨烯负载纳米二硫化钴的制备及其在锂离子电池方面的应用研究

采用二次水热法将纳米二硫化钴负载于石墨烯上,并通过结构表征和电化学性能测试,探讨了纳米二硫化钴/石墨烯材料作为锂离子电池负极的性能。电容量测试结果表明：在电流密度为100 mA/g条件下,二硫化钴/石墨烯复合材料的首周充放电容量分别为1 610 mA·h/g和774 mA·h/g,测算出的库伦效率为48.1%;循环性能测试结果表明：经过50次循环测算后的复合材料的放电比容量为302 mA·h/g,容量保持率为33.4%;倍率性能测试结果表明：当电流密度回复到100 mA/g时,复合材料的比容量恢复至550 mA·h/g。实验制备的纳米二硫化钴/石墨烯复合材料在锂电池负极的应用上表现出了优异的循环性能和倍率性能。     

热处理对锂离子电池硅/石墨/炭负极电化学性能的影响

将天然石墨、酚醛树脂和微米级硅粉进行球磨处理制备复合材料前驱物,再于N2气氛下700℃炭化得到硅/石墨/炭(Si/G/C)复合电极材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜及电化学循环充放电对其形貌、结构及其电化学性能进行表征.结果表明,Si/G/C作为锂离子电池负极材料具有高于900 mA·h/g的可逆比容量,40次循环后保持在550 mA·h/g.对电极进行热处理后,其循环性能显著提高,40次循环后比容量保持在700 mA· h/g.扫描电镜分析结果显示,热处理后集流体上电极材料分布更均匀,因涂抹不均形成的空隙不复存在.热处理后电极结构更致密、内部黏结强度增大使其结构稳定性明显提升,是电极循环性能提高的主要原因.     

SnO_2纳米球的制备及其电化学性能

以Na_2SnO_3·4H_2O为原料,CO(NH_2)_2为沉淀剂,采用水热法制备了SnO_2纳米球。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试仪(BET)及电化学测试仪测试材料的结构、形貌、比表面积及电化学性能。结果表明,所制备的纳米SnO_2材料具有规整的球体形貌,颗粒分散均匀,半径约为400nm,呈典型的金红石相结构。在电压为0.01~3V、电流密度200mA/g的条件下进行充放电测试,首次放电比容量为2206.6mA·h/g,50次循环后,放电比容量保持在440mA·h/g,具有较好的循环性能。     

CuO/C复合纳米纤维制备及储钠性能研究

以酚醛树脂作为炭前驱体,硝酸铜为铜源,通过静电纺丝技术结合固化、炭化工艺制备了CuO/C复合纳米纤维,探究了炭化温度对复合纳米纤维的微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,所得复合纳米纤维的直径在400 nm左右,纤维表面析出颗粒明显,且颗粒尺寸随炭化温度升高不断变大。随着炭化温度的升高,复合纤维比表面积先减小后增大。电化学测试显示,炭化温度为600℃时所得复合纳米纤维的容量最高,电流密度为0.05 A/g时比容量达到363.8 mAh·g~(-1);炭化温度为800℃时所得复合纤维的倍率及循环性能最佳,电流密度为0.05 A/g时比容量达到311.1 mAh·g~(-1),在2 A/g下容量保持率为35.7%,在0.1 A/g下100次循环后容量保持率为51.7%。     

纳米银复合的多孔生物质硅材料的制备及储锂性能

以废弃的谷壳为原料,通过镁热还原-银镜反应法成功制备了多孔硅/银复合纳米材料,并研究其结构形貌及储锂性能。结果表明:采用谷壳为原料获得的硅/银复合材料为纳米多孔结构,其粒径约为10～20 nm,纳米银的原位复合可显著提高电极的循环稳定性能、倍率性能和比容量。原位纳米银粒子复合后的Si/Ag电极50次循环后的容量依然能维持750.4 mA·h/g,为石墨类碳材料容量的2倍以上,较生物质硅电极提高了370.2 mA·h/g,采用800 mA/g的电流密度进行大电流充放电时,Si/Ag电极表现出618.3 mA·h/g的可逆容量,远高于Si电极380.2 mA·h/g的容量。性能的改善缘于复合后本体材料较高的导电性和电极/电解液界面的优良性能。     

TiO_2/C/BP复合负极材料的制备及其储锂性能研究

为了提高TiO_2负极材料的电化学性能,采用球磨-超声-水热法制备了TiO_2/C/BP复合负极材料,测定了材料的循环放电比容量、倍率性能、循环伏安曲线和交流阻抗。结果表明,二氧化钛掺杂石墨、黑磷后,二氧化钛晶型不受影响,TiO_2/C/BP复合材料颗粒分散性得到改善、交流阻抗减小、导电性明显增强,与纯TiO_2相比,电流密度为100 mA/g,首圈放电比容量由320 mA·h/g提高到502 mA·h/g,第3圈放电比容量由175 mA·h/g提高到335 mA·h/g,经过100次循环后,纯TiO_2的放电比容量降至98 mA·h/g,而TiO_2/C/BP的放电比容量仍维持在255 mA·h/g,放电比容量保持率明显提高,库伦效率的稳定性也得到显著提高。     

LiNO3-TiO2-尿素体系燃烧合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12及电化学性能

以纳米TiO2和LiNO3为原料,尿素为燃料,燃烧法合成了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12. 利用XRD、SEM和恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对其进行表征. 结果表明,预设炉温850℃,尿素与锂摩尔比1,焙烧8 h,制备得到平均粒径小于500 nm、粒度分布均匀的纯相尖晶石型结构Li4Ti5O12,并具有良好的电化学性能,具有1.5 V充放电平台,在0.1 C倍率下(1 C=170 mA·h/g),其首次充放电容量达到168 mA·h/g,经过100次循环后放电比容量仍有162 mA·h/g,容量保持率96.4%.     

基于表面改性纳米硅复合负极材料的制备及其性能EI北大核心CSCD

基于简单易操作的湿法包覆制备了以纳米硅粉体和石墨(G)为主要原料,添加表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和石墨烯(GR)的Si/C@GR/G复合材料。研究了不同组分配比对复合材料的成分、形貌及电化学性能的影响。结果表明:制得的复合材料具有良好的循环稳定性,体积膨胀得到缓解。当复合材料中硅质量分数为10%,首次放电比容量约为730 mA·h/g,在电流密度为100 mA/g经100次循环后,其放电比容量稳定维持在500 mA·h/g左右,也展现了良好的倍率性能,首次Coulombic效率达到87.27%,相比纯硅不足70%的效率有了大幅度提高。     

CaC2-CCl4体系反应制备纳米碳球及其电化学性能

以碳化钙和四氯化碳为碳源,反应物通过无机化学反应在密封高压釜中制备了纳米碳球.用XBD、SEM、EDS、TEM、HRTEM和BET法对碳球的形貌和结构进行表征,并采用恒流放电法研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.研究结果表明:合成的纳米碳球具有棉花状结构,直径分布为80～250 nm,其d002为0.336～0.340 nm,属于无定形碳结构,BET比表面积为98 m2/g.纳米碳球作为负极材料首次充放电比容量分别为787 mA·h/g和390 mA·h/g,充放电效率为49.6%;5次循环后放电比容量衰减到239 mA·h/g,但效率均保持在95%以上.     

Si/VGCF复合材料的储锂性能

以纳米硅颗粒为原料,采用液相法制备了硅纳米粒子与气相生长碳纤维(VGCF)复合的材料(Si/VGCF)。考察了Si/VGCF制备工艺和VGCF的最佳含量,分别采用SEM和TEM表征了Si/VGCF材料形貌和晶体结构,测试和计算了材料电导、BET比表面积和孔尺寸数据。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了Si/VGCF复合电极的电化学性能,并与其他碳材料进行了对比分析。结果表明,Si与VGCF形成了多级框架结构,丰富了离子和电子传输网络;同时发达的孔结构也缓解了Si粒子在嵌/脱锂过程中的体积效应,使电极活性材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当m(Si)∶m(VGCF)为1:0.5时,Si/VGCF复合电极在500 mA/g的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量高达1470 mA·h/g。     

基于β-FeOOH纳米棒制备LiFePO_4/C和Fe_2O_3纳米电极材料及其电池性能

自制直径为90nm、长为500nm的β-FeOOH纳米棒为前驱物,通过碳热还原法和热分解法分别制备出形貌均匀、粒径为300nm的LiFePO4/C正极材料和粒径为100nm的Fe2O3负极材料,并研究它们对金属锂组成半电池和构造LiFePO4/C vs.Fe2O3全电池的电化学性能。结果表明：LiFePO4/C半电池在0.1C、0.5C、1.0C、5.0C、10.0C和15.0C（1C=170 mA g–1）倍率下放电比容量分别为158.8、153.2、144.3、126.8、111.0 mA h g–1和92.9mA h g–1。经过不同倍率循环后,返回0.1 C放电比容量为157.5mA h g–1,为初始0.1 C放电比容量的99.2%。Fe2O3半电池在50mA g–1电流密度下首次放电比容量为1655.5mA h g–1,循环50次后,仍保持460mA h g–1的放电比容量。LiFePO4/C vs.Fe2O3全电池在0.1 C倍率下,相对于LiFePO4活性物质,首次放电比容量为148.7mA h g–1;相对于Fe2O3活性物质,首次放电比容量为441.7mA h g–1。由LiFePO4/C纳米粒子作为正极材料、Fe2O3纳米粒子作为负极材料组成的全电池在0.1 C到2.0 C不同倍率下均表现出了良好的循环性能,且返回0.1 C后其放电比容量相对于初始0.1 C放电比容量无衰减。可见,以β-FeOOH纳米棒为前驱物控制制备的LiFePO4/C正极纳米材料和Fe2O3负极纳米材料可以有效地提升电池的性能。     

静电纺丝制备锂离子电池负极材料多孔碳纳米纤维的研究

由聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)和N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃组成的前驱体溶液通过静电纺制备聚合物纳米纤维。聚合物纳米纤维在热解碳化过程中由于PS的分解致使纤维内部和表面生成多孔结构。PS的分解能够减小纤维的直径和增加孔隙率,进而增加纤维的比表面积。由PAN/PS(质量比2∶1)制备的碳纳米纤维在200 m A/g的电流密度下的放电容量达到416 m Ah/g,是由PAN制备的碳纳米纤维放电容量的2倍,循环100次后放电容量为353 m Ah/g,具有84%的容量保持率,证明其较好的循环性能。     

微波水热法合成Li4Ti5O12及其性能

采用微波水热法和水热法制备锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,比较了合成方法对Li4Ti5O12电化学性能的影响,考察了其结构和形貌及电化学性能.结果表明,两种方法均合成了尖晶石结构的Li4Ti5O12,微波水热法合成的样品电化学性能较好,颗粒尺寸为200~300 nm,分布均匀,比表面积较大,在1 C的放电条件下,首次放电比容量为151.33 mA·h/g,97次循环后放电比容量为140.94 mA·h/g,保持率为93.14%,且电化学阻抗较小.     

钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。     

黏结剂对SnO_2/石墨烯负极材料电化学行为的影响

针对SnO2用作锂离子电池负极材料所存在的体积膨胀率高及导电性差的不足,考察了羧甲基纤维素钠(CMC)/丁苯橡胶(SBR)和聚偏氟乙烯(PVDF)黏结剂对SnO2、SnO2/石墨烯负极材料电化学性能的影响。结果表明:1)200 mA/g下经过30次充放电循环后,当以CMC/SBR作复合黏结剂时,SnO2的首次放电容量和容量保持率分别为581.3 mA·h/g和37.6%,明显高于PVDF作黏结剂时的电化学性能(135.3 mA·h/g、10.6%);2)200 mA/g下经过100次循环后,当以CMC/SBR作复合黏结剂时,SnO2/石墨烯复合负极材料的首次放电容量、容量保持率分别为702.3 mA·h/g和43.8%,也高于PVDF作黏结剂时的电化学性能(552 mA·h/g和32.8%)。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。