硅/石墨烯/碳复合材料的制备及其储锂性能研究

通过氧化、PDDA-PSS-PDDA改性、包覆石墨烯、复合对苯二胺、800℃碳化,从而制得硅/石墨烯/碳复合材料,并对其形貌及性能进行了研究。结果表明,石墨烯含量为200mL时,制备的复合材料作为锂离子电池负极材料表现出良好的电化学性能,首次可逆充电比容量为957.2mAh/g,循环100次后,比容量可稳定在761.0mAh/g。     

碳包覆的磷/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能研究

以纳米黑磷和氧化石墨烯为原料,通过高温热处理的方法合成了碳包覆的磷/石墨烯复合材料,通过XRD、Raman、FT-IR、XPS及SEM对该复合材料进行表征。电化学性能测试表明,在100mA/g的电流密度下,制备的复合材料首次充电比容量为530mAh/g,循环50次后比容量仍然保持在492mAh/g,容量保持率为92.8%,表现出优异的电化学性能。     

三维结构石墨烯与硫的复合正极材料研究

在蔗糖辅助下以一步水热法制备了具有三维网络结构的石墨烯材料,以其作为与硫复合的载体实现了硫在石墨烯中的均匀分布,将此复合材料(3DGNS/S)应用于锂硫电池中表现出了优异的电化学性能:该材料在285mA/g下,首次放电比容量为1396mAh/g。2142mA/g下,首次放电比容量为713mAh/g,循环100周后,仍具有681mAh/g的放电比容量,平均每周的容量衰减率为0.04%,表现出优秀的循环性能。     

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。     

多孔硅/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

以Al-20Si合金为原料制备多孔硅粉体材料和多孔硅/石墨烯复合材料,并将其用作锂离子电池的负极材料。采用盐酸浸蚀合金的方法制备多孔硅粉体材料,通过借助超声向硅基材料中分别添加不同含量的石墨烯(0,5%,10%,15%,20%,25%)制备多孔硅/石墨烯复合材料。实验结果显示,在多孔硅基材料中添加10%石墨烯的电化学性能最好,首次充放电容量为2 552 mAh/g,最后稳定在540 mAh/g。首次充放电效率为78.5%,循环至第5次后,后续充放电过程中效率维持在98%左右。石墨烯添加量超过10%后。随着添加量的增加性能逐渐下降。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。     

碳氮/石墨烯改性钛酸锂负极材料研究

以钛酸四丁酯和氢氧化锂为原料,采用水热法和高温固相结合方法,合成了碳氮/石墨烯改性的钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12),LTO)复合材料,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和恒电流充放电仪等,对LTO复合材料进行表征及测试。发现改性后的LTO复合材料,在大倍率5.0C充放电条件下,其放电比容量可达到107.3mAh/g,200次循环后,LTO复合材料的放电容量为86.4mAh/g。与未改性的LTO相比,碳氮/石墨烯改性的LTO复合材料的电化学性能明显提高。     

锂离子电池多孔硅/碳复合负极材料的研究

以商业化多晶硅粉为原料, 采用金属银催化剂诱导化学腐蚀的方法制得三维多孔硅材料。通过优化腐蚀条件, 得到孔径约为130 nm, 比表面为4.85 m²/g的多孔硅材料。将多孔硅和PAN溶液混合球磨并经高温烧结后在多孔硅表面包覆上一层致密的无定形碳膜, 从而制得多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池的负极材料。3D多孔硅结构可以缓解电化学嵌/脱锂过程中材料的体积效应, 无定形碳膜层可有效改善复合材料的导电性能。电化学性能测试表明, 该多孔硅/碳复合负极材料电池在0.4 A/g的恒电流下, 首次放电容量3345 mAh/g, 首次循环库伦效率85.8%, 循环55次后容量仍保持有1645 mAh/g。并且在4 A/g的倍率下, 容量仍维持有1174 mAh/g。该方法原料成本低廉, 可规模化生产。     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

TiO_2/石墨烯复合锂离子电池负极材料的研究

采用简单、绿色环保的方法制得TiO_2/石墨烯(TiO_2/G)复合材料,并采用SEM、TEM和XRD对TiO_2/石墨烯复合材料进行了表征。研究结果表明,TiO_2纳米颗粒均匀地分散在石墨烯片层中,改善了TiO_2纳米颗粒的导电性和结构稳定性;TiO_2/石墨烯复合材料的首次放电比容量为302mAh/g,循环50周后的放电比容量仍能保持89.93%,具有优异的电化学性能。     

石墨烯/富锂三元正极复合材料的制备及电化学性能研究

通过水热法制备了石墨烯包覆量不同的石墨烯/富锂三元正极复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学交流阻抗等对包覆后富锂三元正极复合材料的物相结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明:石墨烯包覆量为2%(质量分数)时,包覆效果较好,石墨烯/富锂三元正极复合材料首次库仑效率为89.6%,比富锂三元正极材料提高了17.16%,放电比容量为226.41mAh/g,比原材料提高了21.38mAh/g;以0.5C循环100次后石墨烯/富锂三元正极复合材料放电比容量可保持在154mAh/g,容量保持率为88%,比富锂三元正极材料提高了5.3%;石墨烯/富锂三元正极复合材料阻抗为75Ω,比富锂三元正极材料阻抗低50Ω。     

ZnO/石墨烯纳米复合材料一步水热法制备及电化学性能研究

通过一步水热法成功制得氧化锌(ZnO)/石墨烯(GN)纳米复合材料。测试表明,ZnO/GN复合材料中纤锌矿结构的ZnO纳米棒直径100~200nm,均匀担载在GN网状结构中。ZnO/GN复合材料展现出了优异的电化学性能:在0.1A/g电流密度下的可逆放电比容量达1171mAh/g;0.4A/g充放电循环测试100次后,放电容量仍然维持在305mAh/g。     

基于稻谷壳的多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以废弃的稻谷壳为原料,基于酸解-水热碳化-刻蚀法制备了无定形多孔碳材料,采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)表征了材料结构及形貌,并结合恒流充放电技术测试了材料的电化学性能。结果表明,获得的无定形碳材料呈现出多孔结构,碳电极的首次可逆容量为171.6mAh/g,经历30次循环后依然能保持146.7mAh/g的可逆容量,比未刻蚀碳电极容量(96.3mAh/g)高52%。刻蚀碳电极表现出优异的循环稳定性能,缘于碳材料的多孔结构,可加快锂离子在本体材料和电极/电解液界面间的传输。     

石墨烯/CdS量子点复合材料的电化学性能研究

原位合成法制备石墨烯/CdS量子点复合材料, 并考察其作为锂离子电池负极材料的电化学性能. 交流阻抗揭示电解质在石墨烯/CdS量子点复合材料表面形成稳定的SEI膜, 首次放电比容量达1264.7mAh/g, 循环20次后可逆容量为888.9mAh/g. 结果显示CdS量子点提高了石墨烯结构的稳定和层间传导性, 从而导致复合材料的电化学性能明显优于单独的石墨烯材料.     

混合氨-碱沉淀剂制备Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料及其电化学性能

利用简单易行的化学沉淀-回流法制备了Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,研究了不同混合氨-碱沉淀剂对复合材料电化学性能的影响。采用XRD、拉曼光谱(Raman)和SEM表征Ni(OH)_2/RGO复合材料的微观结构和形貌。当以NH_3·H_2O-NaOH作为沉淀剂时,Ni(OH)_2/RGO复合材料中β-Ni(OH)_2纳米片均匀分散在石墨烯片层之间,形成相互插层结构。利用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明:放电倍率为0.2C时,Ni(OH)_2/RGO复合电极材料的放电比容量达到344.8mAh/g,比β-Ni(OH)2的放电比容量高出约29%;5C时放电比容量为274.5mAh/g,经过50个循环,容量保持率为98.8%,呈现出良好的倍率性能和循环性能。     

具有石墨碳骨架结构的硅碳负极材料的制备与电化学性能研究

硅碳材料作为锂离子电池负极材料具有广阔地发展前景。利用水热法和高温碳化法制备了蔗糖碳/硅复合材料(SC/Si),并在此基础上与石墨复合制备出具有石墨导电骨架结构的蔗糖碳/硅-石墨复合材料(SC/Si-Gr),并探究其作为锂离子电池负极材料电化学和电池性能。结果表明，蔗糖碳均匀包覆在纳米硅表面，形成的蔗糖碳/硅复合材料的电化学性能和电池性能随着蔗糖碳含量增加而提高。随着石墨的引入，构建的SC/Si-Gr三元复合材料的电化学性能得到进一步提升。当蔗糖：硅：石墨投料质量比为1∶1∶0.5时，形成的SC/Si-Gr(1∶1∶0.5)复合材料，在电流密度为0.1 A/g条件下，第三圈稳定之后的放电比容量为1 005.1 mAh/g;循环100圈之后放电比容量为819 mAh/g,充放电库伦效率保持在98%左右。在1 A/g大电流密度下，平均放电比容量为437.91 mAh/g。这归功于石墨的加入形成有效的导电骨架结构，提高了首次循环库伦效率，加速锂离子的传输速率，使蔗糖碳/硅-石墨复合材料呈现出良好的循环稳定性和充放电倍率性能。     

锂离子电池负极用Sn/C复合材料的研究

以SnCl2为原材料,采用化学还原和葡萄糖水热法制备了Sn/C复合材料.采用XRD,SEM和EDS对复合材料进行了表征,并对材料的电化学性能进行了测试.结果表明,该复合材料为300～700nm大小的球形核壳结构,核为金属锡,壳为碳;复合材料的首次脱锂比容量为700mAh/g,循环40次后比容量稳定在450mAh/g,循环300次后仍保持约400mAh/g的比容量,具有优异的循环性能.     

锂离子电池硅/碳复合网状整体电极的制备与性能

基于静电喷雾沉积技术制备了硅-纳米炭纤维-石墨烯杂化膜(Si/CNF/G),其中纳米硅颗粒包覆在多孔炭基体中,由纳米硅和多孔炭组成的二次结构被镶嵌在由纳米炭纤维和石墨烯组成的三维交联炭网络中,最终构成无粘结剂的硅/碳复合整体电极。Si/CNF/G三维杂化膜用作锂离子电池电极时,表现高的可逆比容量、长的循环寿命和良好的倍率性能。0.2 A·g~(-1)恒定电流密度下,首次可逆比容量为957mAh·g~(-1),经100圈循环容量保持率为74.4%;2 A·g~(-1)恒定电流密度下,可逆比容量为539mAh·g~(-1)。多孔炭基体可有效缓冲硅的体积变化,促进形成稳定的固态电解质界面;纳米炭纤维和石墨烯构建的三维炭网络既稳定了电极的整体结构,又可为电子和离子提供快速传输通道。     

钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯负极材料的制备及储钠性能

由于钠离子半径比锂离子半径大70%,使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难,需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯;在此基础上以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2前驱体/氧化石墨烯(TiO_2/GO)复合材料,通过热处理获得锐钛矿型TiO_2/还原氧化石墨烯(TiO_2/RGO)复合材料。电化学测试结果表明:TiO_2含量为15wt%的TiO_2/RGO复合材料在电流密度为20mA·g~(-1)下的首次放电比容量为74.08mAh·g~(-1),随着循环次数的增加,放电比容量逐渐增大,循环50次后达109.10mAh·g~(-1);充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势,循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43mAh·g~(-1),循环50次后仅为20.47mAh·g~(-1)。     

三维多孔C球包覆纳米SnO2复合材料的电化学性能研究

以葡萄糖为碳源,锡酸钠为锡源,通过水热法制备了三维多孔C球包覆纳米SnO2复合材料。结果表明:样品的XRD谱线都出现SnO2的特征峰,多孔SnO2/C球尺寸为100nm左右,10～50nm的SnO2颗粒被均匀地包覆在约30nm的多孔碳层中。考察了水热时间对复合材料电化学性能的影响,在水热时间6h、烧结温度500℃、烧结保温时间2h的条件下,复合电极材料具有较高的可逆容量,首次可逆比容量为581.0mAh/g,首次放充电(嵌脱锂)效率为66.48%,经50次循环后,充电比容量保持在502.9mAh/g,循环效率为99.9%,具有较好的循环性能。     

“核壳”结构石墨烯/天然石墨复合负极材料的制备与电化学性能

以天然石墨和氧化石墨烯为原料,采用碳热还原法制备具有"核壳"结构的石墨烯/天然石墨复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等检测技术对合成材料的结构、形貌进行了表征。石墨烯包覆有利于天然石墨表面SEI膜的形成,同时,石墨烯壳层与导电剂构建的三网立体导电网络,加快了天然石墨粒子与集流体之间的电子交换速率,大大提高了复合材料的电导率,改善了其电化学性能。电化学性能测试表明,相比于天然石墨,石墨烯/天然石墨复合材料具有较高的比容量、优良的大倍率性能和优良的循环稳定性。如在0.1C下首次可逆充电比容量为407.7mAh/g,效率达到了99.88%、1C循环100次后容量保持率为99.18%。