二维碳纳米片的设计合成及锂硫电池性能测试

本文设计合成了一种类沸石咪唑酯骨架衍生二维碳纳米片,并将其作为锂硫电池正极材料,测试电化学性能。产物采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N_2等温吸附脱附曲线、以及热重分析(TGA)进行表征。电化学测试结果表明,当制得二维碳纳米片包覆适量钴纳米颗粒,实测的锂硫电池的性能最佳,在0.5 C倍率下首圈放电比容量为1170 mAh·g~(-1),循环200圈后,比容量仍然有503.8 mAh·g~(-1)。因此,用该方法制备的二维硫/碳复合材料对于锂硫电池正极材料的研究具有重要意义。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量(1675 mA·h·g~(-1))而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

Na_(0.44)MnO_2纳米棒/石墨烯正极的制备和电化学储锂性能

以KMnO_4、MnSO_4和NaOH为初始原料,利用水热软化学法制备Na_(0.44)MnO_2。XRD证实该材料具有S形孔道结构,TEM表征表明这是一种单晶纳米棒,可能有利于制备高性能正极材料。同时利用Hummers法制备石墨烯作为导电剂,通过搅拌法混合电极材料制备正极涂片。电化学测试研究显示随着的石墨烯添加量的增大,电池容量和倍率性能均得到提高。当石墨烯含量达到45%时,在0.1 A·g~(-1)电流密度下电池容量达到192.5 m Ah·g~(-1),在2.0 A·g~(-1)倍率电流密度下,其容量依然保持在123.4 m Ah·g~(-1),说明该电极材料有潜力应用于下一代高性能电池当中。     

V2O5/Graphene复合电极材料的制备与储锂性能

采用简便的溶胶凝胶法制备了V2O5/石墨烯复合电极材料。利用SEM、XRD、Raman和TGA表征了样品的微观结构,以V2O5/石墨烯复合材料和Li4Ti5O12分别作为正极和负极组装了V2O5/石墨烯 // Li4Ti5O12全电池。结果表明,该复合电极材料是含有0.55%（质量分数）石墨烯的片状正交相V2O5。电化学测试表明,与未复合石墨烯的纯V2O5样品相比,V2O5/石墨烯复合材料具有更高的储锂活性和优异的大电流放电性能。在200 mA/g的电流密度下,V2O5/石墨烯复合材料和纯V2O5样品的放电比容量分别为283 mAh/g和253 mAh/g;当电流密度增加到5 A/g时,V2O5/石墨烯复合材料依然保持有150 mAh/g的放电比容量,而纯V2O5样品的放电比容量仅为114 mAh/g;V2O5/石墨烯和纯V2O5电极的电荷传递电阻分别为142 Ω和293 Ω。V2O5/石墨烯 // Li4Ti5O12全电池测试结果表明,在1.0 ~2.5 V电压范围内,循环初期全电池正极材料的放电比容量从110 mAh/g衰减到96 mAh/g,随后又出现上升,循环100次后正极材料的放电比容量稳定在102 mAh/g,库伦效率接近100%,这表明该V2O5/石墨烯复合电极材料是一种非常有应用前景的锂离子电池电极活性材料。     

NiFe_2O_4-石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能

通过溶剂热的方法合成了石墨烯-镍铁氧体纳米复合材料(NFR)。采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)以及透射电镜(TEM)等仪器对样品的形貌和结构进行了表征,并将其作为锂离子电池负极材料组装成模拟电池,考察其电化学性能。测试结果表明:NFR纳米复合材料在100m A·g~(-1)电流密度首圈放电比容量高达1223m Ah·g~(-1),首次可逆比容量为830m Ah·g~(-1),100圈充放电后,容量几乎无衰减,保持较好的循环稳定性。这种优异的性能归功于复合材料中镍铁氧体和石墨烯之间的协同作用。     

石墨烯在锂硫电池中的应用

锂硫电池具有很高的能量密度[2 600(W·h)/kg],其正极材料硫具有储藏丰富、对环境友好等优点,因此锂硫电池成为下一代二次电池的研发重点。然而,硫的高绝缘性、反应过程中体积的变化以及中间产物多硫离子溶解等难题,使其目前很难实现商品化。石墨烯具有超高的导电性和优异的力学性能,其与硫制成的复合材料作为电池正极材料可以有效地解决上述问题。从石墨烯–硫复合材料、石墨烯–碳–硫复合材料、石墨烯–聚合物–硫复合材料、石墨烯–氧化物–硫复合材料等方面出发,总结了石墨烯在锂硫电池中作为正极材料的最新进展,并且提出了未来石墨烯在锂硫电池中应用的研究主要在探索石墨烯简捷的制备方法、研究石墨烯新的应用方式、开发多种材料复合等方面。     

金属有机骨架材料制备的多孔炭在锂硫电池中的应用

以水热法制备的镍基金属有机骨架为前驱体,经掺杂改性、高温炭化制得一种表面富含氮原子的多孔炭材料,并与升华硫复合制备硫/炭复合正极材料。利用扫描电镜、比表面分析仪及电化学测试等方法表征材料的结构、形貌和电化学性能。实验结果表明,这种富含N的复合正极材料在电流密度167.5 m A·g~(-1)(0.1 C倍率)下首次放电比容量达到1 218.9 m A·h/g,循环50次后比容量降为560.1 m A·h/g,容量保持率为46%,相较于未掺杂氮的硫/炭复合材料,电化学性能得到显著提高。     

溶胶-凝胶法制备高性能锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_5,重点探索了溶液p H对材料物理和电化学性能的影响。其中pH=6.0时制备的材料具有最高的放电比容量、最好的倍率和循环性能。在3 C充放电电流下材料的最高放电比容量为104.2 m Ah·g~(-1),循环200次的放电比容量为95.1 mAh·g~(-1)。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

锂硫电池正极材料的研究进展

简要介绍了锂硫电池正极材料的分类与循环性能,叙述了硫-多孔碳材料、硫-石墨烯复合材料以及硫-聚合物复合材料的常见合成方法和特点,详细分析了硫-微孔碳材料、硫-氧化石墨烯材料、硫-聚丙烯腈材料、硫-聚吡咯材料以及硫-聚苯胺材料的研究与应用现状,并探讨了锂硫电池正极材料的发展前景。     

锂硫电池石墨烯/纳米硫复合正极材料的制备及电化学性能

利用热解还原将Hummers法制得的氧化石墨烯还原为石墨烯,并采用化学沉淀法将纳米硫成功负载到石墨烯片层上,获得石墨烯/纳米硫（RGO/nano-S）正极复合材料。利用FT-IR、XRD、SEM、TEM和Raman对所制备复合材料的微观结构、形貌等进行表征,采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗法对复合材料的电化学性能进行研究。研究结果表明,热还原所得石墨烯褶皱的表面形成容纳硫及多硫离子的空间,有助于缓解活性物质溶解和抑制多硫离子迁移;同时,均匀分布的纳米硫能更好地与电解液接触,在石墨烯的导电网络上增大了电化学反应面积,进而改善了该材料作为锂硫电池的实际放比电容量和倍率循环性能。     

锂硫电池石墨烯/纳米硫复合正极材料的制备及电化学性能

利用热解还原将Hummers法制得的氧化石墨烯还原为石墨烯,并采用化学沉淀法将纳米硫成功负载到石墨烯片层上,获得石墨烯/纳米硫(RGO/nano-S)正极复合材料。利用FT-IR、XRD、SEM、TEM和Raman对所制备复合材料的微观结构、形貌等进行表征,采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗法对复合材料的电化学性能进行研究。研究结果表明,热还原所得石墨烯褶皱的表面形成容纳硫及多硫离子的空间,有助于缓解活性物质溶解和抑制多硫离子迁移;同时,均匀分布的纳米硫能更好地与电解液接触,在石墨烯的导电网络上增大了电化学反应面积,进而改善了该材料作为锂硫电池的实际放比电容量和倍率循环性能。     

无定型FePO_4/KB的制备及其储钠性能

采用硫酸亚铁铵作为铁源,在反应过程中引入导电剂科琴黑(KB),结合水热和煅烧的方法分两步制备了FePO_4/KB复合材料。通过XRD和SEM对合成的产物进行了结构和形貌分析,并采用循环伏安法和充放电测试考察了FePO_4/KB在钠离子电池中的电化学性能。研究结果显示,合成的材料在20mA·g~(-1)电流密度下首次放电容量能达到111.3mAh·g~(-1),除了第二次循环容量出现衰减外,该材料在之后的循环中放电容量呈逐渐上升的趋势,循环60次后放电容量达到86.6mAh·g~(-1)。     

GO-PTAm:一种高性能锂离子电池正极材料

通过原子转移自由基聚合法（ATRP法）制备了聚（4-丙烯酰胺基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基）-氧化石墨烯（PTAm-GO）复合材料。采用红外、拉曼、X射线衍射、热重、电子顺磁共振等手段对复合材料进行了表征，将活性材料作为正极组装成扣式电池，测量扣式电池的循环伏安图、电化学阻抗谱和充放电循环容量。结果表明，PTAm-GO电极可以发生可逆的氧化还原反应，且具有比PTAm更低的电化学阻抗和高出约两倍的充放电容量，经过300次充放电循环后，电极比容量保持在138 mAh/g，容量保持率为96.5 %。这对有机电池的发展，特别是对氮氧化物自由基聚合物电极材料的研究具有重要的参考价值。     

Fe(OH)3@多孔碳正极材料的制备与性能研究

相比于锂离子电池,锂硫电池具有更高的理论容量与能量密度.通过简单的油浴加热将FeCl3溶液在氧化石墨烯(GO)/面粉水热碳化后的材料上原位生成了Fe(OH)3纳米颗粒,随后进行渗硫制备出了锂硫正极复合材料.Fe(OH)3具有大量的亲水基团,能够对多硫化物进行物理、化学吸附.GO与面粉水热碳化后的材料具有较高的比表面积,...     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

以生物质碳为基体的高性能VO_2/C材料的合成及电化学性能研究

在本研究中,成功地制备了VO_2/C复合材料,作为水性可充电锌离子电池的正极材料。通过水热处理和高温煅烧,将VO_2纳米粒子嵌入到微生物碳网络中。VO_2/C复合材料因其高导电性、高多孔性和超细电活性材料的特征,具有优良的高速率性能和稳定的循环性能。在电流密度为0.1A·g~(-1)的情况下,电池的容量达到275.2mAh·g~(-1),140次循环后的容量保持率为84.5%,这不仅为构建高性能电极提供了一种有效的策略,而且极大地促进了锌离子电池的发展。     

锂离子电池高镍低钴正极材料的研究进展

作为锂离子电池正极材料,高镍低钴阴极材料(LiNi1-x-yCoxMnyO2,x+y0.2)凭借较高的比容量(200 mAh/g)和较低的成本优势被认为是今后锂离子电池正极材料最有前景的替代者。文章综述了高镍低钴正极材料的结构与特性,制备方法,目前存在的问题以及改性方法,并展望了高镍低钴正极材料的发展趋势。     

超大容量锂/硫电池硫基复合电极材料的研究进展

锂/硫电池具有高理论容量、高能量密度、原材料丰富而廉价并且对环境污染小等优点,受到了广泛的关注。然而硫电极导电率较低,循环过程中电极体积发生膨胀导致电极材料脱落,以及存在穿梭效应等缺点,从而制约了锂/硫电池的发展。结合近几年锂/硫电池硫基正极复合材料的研究现状,从硫/石墨烯复合电极材料、硫/碳复合电极材料、硫/导电聚合物复合电极材料三个方面进行阐述,介绍了它的研发状况及发展趋势。     

导电高分子材料在锂硫电池中的应用研究进展

介绍了导电高分子材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩在锂硫电池构件中的应用。回顾了三种材料作为锂硫电池正极中的包覆层、硫载体、含硫聚合物、集流体和粘结剂以及隔膜改性剂和功能隔层的研究进展。分析表明,经过导电高分子包覆的硫颗粒或碳/硫复合材料具有更优异的倍率性能和循环稳定性;相比于聚苯胺或聚吡咯,商业化的聚噻吩水溶液在制备包覆层上具有工艺优越性。提出了锂硫电池中导电高分子材料的研发方向,即基于物理和化学固硫机理设计导电高分子包覆层、开发导电高分子材料的可控合成技术以及探索导电高分子材料的特殊固硫机理,以期为高性能锂硫电池中导电高分子的选材和设计提供思路。