利用微量碳纳米管与石墨烯协同包覆提高LiCoO2正极材料的性能

采用高温固相法制备钴酸锂(LiCoO2)正极材料,将碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)与LiCoO2超声分散,经喷雾干燥和高温还原后,氧化石墨烯被还原成石墨烯(GR),最终得到均匀分散的碳纳米管/石墨烯/钴酸锂(CNTs/GR/LiCoO2)复合正极材料.实验采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学测试等方法,对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.实验结果表明,碳纳米管与石墨烯交替分散在LiCoO2颗粒表面,形成三维分层纳米级导电网络,能有效防止复合材料的团聚,与纯LiCoO2、GR/LiCoO2、CNTs/LiCoO2相比,CNTs/GR/LiCoO2复合材料表现出更优异的电化学性能,在0.5C时放电比容量为171.28 mAh/g,循环100次后放电比容量为154.50 mAh/g,容量保持率为90.24％,5C大倍率下放电比容量达到143.60 mAh/g.     

“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%。     

碳纳米管包覆量对天然石墨负极材料的电化学性能的影响

用溶胶-凝胶法将碳纳米管(CNT)包覆到天然石墨的表面,提高其充放电比容量和循环寿命性能,并研究了不同含量的碳纳米管对天然石墨电化学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等对CNT/天然石墨复合材料进行表征。结果表明,碳纳米管能在电极中构建空间三维导电网络,同时保留了天然石墨的晶体结构。随碳纳米管含量增加,复合材料的充放电比容量和循环稳定等电化学性能先升高后降低。碳纳米管包覆的质量分数为7%时,复合材料的综合性能最佳。在0.1C,CNT/天然石墨负极材料放电比容量为427mAh/g,比纯天然石墨(356mAh/g)提高了20%,循环100次后容量保持率仍有93.6%。     

VO_2/rGO复合材料的制备及作为高容量锂离子电池负极的研究

采用简易的一步水热法实现了VO_2和rGO的有效复合,通过XRD、SEM、Raman等手段对复合材料的结构和形貌进行了表征,评估了该材料作为锂离子电池负极的电化学性能。结果显示,VO_2为片状形貌,氧化石墨烯在水热反应中被还原,与VO_2片形成了良好的复合结构。电化学数据显示,在100 mA/g电流密度下,VO_2/rGO复合材料可逆容量高达621.8mAh/g,远高于石墨的理论容量(372mAh/g)。在300mA/g电流密度下,该材料在100次循环后容量保持在384mAh/g。更重要的是,在2 000mA/g电流密度下,300次循环后容量仍维持在256mAh/g,容量保持率接近100%。基于rGO良好的导电性能以及VO_2与rGO的协同作用,制备的VO_2/rGO复合材料体现了较高的可逆比容量和良好的倍率性能及循环稳定性能,是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

TiO_2-NTs/rGO复合材料的制备及电化学性能

通过碱液水热法制备TiO_2纳米管(TiO_2-NTs)前驱体,并将其与氧化石墨烯复合得到二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯(TiO_2-NTs/rGO)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),电化学测试等分析技术对复合物进行表征。结果表明:复合物中TiO_2-NTs晶相为B型(TiO_2(B)),其管径约为25~30nm;与单纯TiO_2-NTs相比,石墨烯负载的TiO_2-NTs的倍率性能和循环性能都得到显著改善,在放电倍率为1C(335mA/g)时,TiO_2-NTs/rGO和TiO_2-NTs首次放电容量分别为258.5mAh/g和214.9mAh/g;电化学阻抗谱测试显示,复合材料的电荷转移电阻明显小于纯相TiO_2-NTs。     

水热温度对Ni(OH)_2/RGO复合材料结构及其电化学性能影响

以氧化石墨(GO)和硝酸镍为原料,采用水热法制备氢氧化镍/还原氧化石墨烯(Ni(OH)_2/RGO)复合材料,通过FT-IR光谱、X射线衍射仪和扫描电镜表征了材料的形貌和结构,并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的电化学性能。结果表明,当水热温度为100℃时,制备了具有α相与β相互嵌型的α/β-Ni(OH)_2/RGO复合材料。在电解液为6 mol/L的KOH溶液中,放电倍率0.2C时复合材料比容量高达388.6mAh/g,放电倍率为10C时,复合材料比容量为266.1mAh/g,比容量保持率为68.5%,显现出良好的电化学性能。     

纳米管协同碳纳米管导电纸对石墨负极性能的影响

以碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes)为导电剂,协同以碳纳米管和纸纤维复合成的CNTs导电纸为集流体,对石墨负极进行电化学改性。石墨化处理碳纳米管作为负极的添加相,采用XRD、SEM和TGA对其分析。结果表明,对比单纯的石墨/铜箔负极,掺杂0.8%(质量分数)石墨化碳纳米管的石墨/铜箔负极,电池比容量由304mAh/g变为308mAh/g,相差不大,但循环效率由86%升至92%;使用CNTs导电纸做集流体时,掺杂0.8%(质量分数)石墨化碳纳米管的石墨/CNTs导电纸负极,比容量由308mAh/g升至401mAh/g,提高30%,循环效率由92%升至95%,提高3%。说明碳纳米管协同CNTs导电纸对石墨负极具有积极的改性意义。     

锂离子电池SiOx/C/CNTs复合负极材料的制备及其电化学性能

通过机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备锂离子电池SiO_x/C/CNTs复合负极材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪,对其物相组成、颗粒形貌及电化学性能进行了表征,并与SiO_x/C和SiO_x/C/石墨烯复合材料的性能对比。研究结果表明,CNTs的引入不仅可以增加复合材料的可逆容量,还可以有效提高材料的循环稳定性。SiO_x/C/CNTs复合负极材料在100mA/g下首次放电比容量为1 981.5mAh/g,循环100周后,放电容量仍有474.0mAh/g,倍率性能较优,具有良好的应用前景。     

碳纳米管/微膨石墨复合负极材料的制备及电化学性能研究

通过对两种天然鳞片石墨进行微膨胀处理得到微膨石墨,然后以微膨石墨为基体采用化学气相沉积(CVD)法于微膨石墨的孔洞结构中原位生长碳纳米管,制备了碳纳米管/微膨石墨复合负极材料.电化学测试结果表明两种复合材料分别具有443和477 mAh/g的首次可逆容量.两种复合材料在0.2C倍率下循环充放电30次后容量均能保持95%以上;在1C下循环充放电50次后,可逆容量分别稳定在259和195 mAh/g.微膨胀处理形成的微纳米级孔洞以及原位碳纳米管的网络结构,提供了更多的储锂空间,并能够有效地缓冲电极材料在充放电时的体积变化;电解质溶液浸润在纳米孔洞中,有利于缩短锂离子的扩散路径,提高倍率循环性能;同时原位生长的类似常春藤形的碳纳米管可以起到桥梁的作用,避免"孤岛"的形成,增强了复合材料的导电性能.     

聚席夫碱/碳纳米管复合材料的制备及储锂性能

为解决席夫碱单体在锂离子电池应用中因活性物质溶解而导致的容量降低问题,以对苯二甲醛和对苯二胺为原料,采用一步缩合法制备以C ?N键连接的聚席夫碱(PI).向PI中掺入碳纳米管(CNTs),进一步制备导电性能较强的聚席夫碱/碳纳米管(PI/CNT)复合材料.采用 FT-IR,SEM,XRD,TG,XPS及电化学工作站对制备的聚席夫碱材料的成分、结构、微观形貌及电化学性能进行分析.结果表明:加入 5 %CNTs(质量分数)的PI/CNT-3 材料为三维框架结构,表现出优异的电化学性能.PI/CNT-3 材料首次放电比容量为 209.9 mAh·g－1 ,200 次循环后,循环保持率为 60.5%;当充放电倍率分别为0.1 C,0.2 C,0.5 C,1 C,0.1 C 时,PI/CNT-3 电极材料的比容量分别为 182.4,150.8,129.8, 101.3,156.4 mAh·g－1 ,具有良好的循环稳定性和倍率性能.     

Sn量子点/石墨烯复合材料的合成及储锂性能

Sn基材料是目前高容量锂离子电池电极材料研究的热点,但循环性能较差阻碍了其大规模应用。以氧化石墨烯为载体,通过化学还原法在载体表面成功均匀负载<10 nm的Sn量子点,合成Sn量子点/石墨烯(SnQds/rGO)复合电极材料。结果表明,Sn质量分数为90wt%的SnQds/rGO复合材料具有良好的综合电化学性能,首次放电容量和库伦效率分别为939 mAh/g和66.6%,经过200次循环后容量可达621 mAh/g,容量保持率为66.1%。小尺寸的Sn量子点与石墨烯复合能够增强电极材料的结构稳定性和降低阻抗,改善电极材料的循环性能和倍率性能,但会导致首次库伦效率有所降低。      

Flexible Graphene‐Wrapped Carbon Nanotube/Graphene@MnO2 3D Multilevel Porous Film for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

The ingenious design of a freestanding flexible electrode brings the possibility for power sources in emerging wearable electronic devices. Here, reduced graphene oxide (rGO) wraps carbon nanotubes (CNTs) and rGO tightly surrounded by MnO₂ nanosheets, forming a 3D multilevel porous conductive structure via vacuum freeze‐drying. The sandwich‐like architecture possesses multiple functions as a flexible anode for lithium‐ion batteries. Micrometer‐sized pores among the continuously waved rGO layers could extraordinarily improve ion diffusion. Nano‐sized pores among the MnO₂ nanosheets and CNT/rGO@MnO₂ particles could provide vast accessible active sites and alleviate volume change. The tight connection between MnO₂ and carbon skeleton could facilitate electron transportation and enhance structural stability. Due to the special structure, the rGO‐wrapped CNT/rGO@MnO₂ porous film as an anode shows a high capacity, excellent rate performance, and superior cycling stability (1344.2 mAh g⁻¹ over 630 cycles at 2 A g⁻¹, 608.5 mAh g⁻¹ over 1000 cycles at 7.5 A g⁻¹). Furthermore, the evolutions of microstructure and chemical valence occurring inside the electrode after cycling are investigated to illuminate the structural superiority for energy storage. The excellent electrochemical performance of this freestanding flexible electrode makes it an attractive candidate for practical application in flexible energy storage.     

锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

Large reversible Li storage of graphene nanosheet families for use in rechargeable lithium ion batteries

The lithium storage properties of graphene nanosheet (GNS) materials as high capacity anode materials for rechargeable lithium secondary batteries (LIB) were investigated. Graphite is a practical anode material used for LIB, because of its capability for reversible lithium ion intercalation in the layered crystals, and the structural similarities of GNS to graphite may provide another type of intercalation anode compound. While the accommodation of lithium in these layered compounds is influenced by the layer spacing between the graphene nanosheets, control of the intergraphene sheet distance through interacting molecules such as carbon nanotubes (CNT) or fullerenes (C60) might be crucial for enhancement of the storage capacity. The specific capacity of GNS was found to be 540 mAh/g, which is much larger than that of graphite, and this was increased up to 730 mAh/g and 784 mAh/g, respectively, by the incorporation of macromolecules of CNT and C60 to the GNS.     

石墨烯-二硫化钼复合负极材料的制备及性能研究

借助机械球磨法, 成功地利用层状硫化物MoS₂对膨胀石墨实现了有效剥离, 得到石墨烯与MoS₂的复合材料。球磨处理后, 元素C均匀地分散在复合材料中。MoS₂ 与膨胀石墨的质量比越高, 得到的复合材料中具有石墨烯特征的石墨就越多, 但相应的石墨烯的缺陷也越多。优化后的复合材料用作锂离子电池负极材料时显示出良好的电池性能, 在小倍率0.1 Ah/g电流密度下充放电循环70次后, 电池容量仍保持在~ 570 mAh/g; 在大倍率1 A/g电流密度下充放电循环55次后, 电池容量仍能保持在~ 450 mAh/g。     

纳米炭/石墨碳混合材料的电化学性质研究

天然石墨(NG)分别掺入碳纳米管(CNT)和纳米炭粉(CNP),得到两种纳米炭与石墨碳的混合材料.通过比较NG、CWI、CNP及其混合材料分别作为锂离子电池负极时的电化学性能,发现碳纳米管的首次不可逆容量损失很大,它的混合材料也不适合作锂离子电池的负极材料;纳米炭粉与石墨有很好的协同效应,该混合材料具有良好的电化学性能,相同条件下与天然石墨相比,其充放电比容量分别提高9.8％和9.4％.     

用于锂离子电池的高性能SiOx/C/石墨烯复合负极材料

以SiO、丁苯橡胶(SBR)及石墨烯为原料,通过高温歧化、机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备电化学性能优异的锂离子电池SiO_x/C/石墨烯复合负极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪对复合材料的物相、颗粒形貌及电化学性能等进行表征。结果表明,热解后的SiO_x/C/石墨烯复合负极材料的首次放电容量为1 807mAh/g,100次循环后,可逆容量高达1 349mAh/g,库伦效率为99.1%,循环稳定性远高于SiO_x/C和SiO_x/C/graphene前驱体,具有良好的倍率性能。