纳米二氧化锡/三维大孔石墨烯复合电极的制备及其储锂性能的研究

以维生素C(VC)为还原剂,通过溶剂热还原法制备了纳米二氧化锡/三维大孔石墨烯复合负极材料(SnO_2/3DGr)。SEM和TEM测试表明,SnO_2/3DGr具有均匀分布的微米级孔隙,其中SnO_2晶粒尺寸为6~8nm,且均匀分布在石墨烯片层表面。电化学测试表明所制备的SnO_2/3DGr复合电极材料具有优异的电化学性能,该材料在电流密度为100mA/g时,循环100周之后仍然具有1678mAh/g的可逆比容量,在极高电流密度5A/g下,仍然保持405mAh/g的可逆比容量,表现出非常优异的循环稳定性和倍率性能。该材料独特的三维大孔结构以及SnO_2与石墨烯的协同作用,很好地抑制了SnO_2在循环过程中的体积效应,大大改善了SnO_2负极材料的电化学性能。     

高性能自支撑CuS/SnS2锂电池负极材料

过渡金属硫化物作为锂电池负极材料具有极高比容量,但其制备的电极普遍存在导电性差、体积变化大等问题,本研究设计了一种新型的自支撑CuS/SnS₂镂空片状锂电池负极材料,以导电碳布作为基底,生长包覆CuS/SnS₂镂空纳米片,具备特殊的纳米包覆结构及双金属协同效应,使其在保持较高比容量的同时具备良好的循环稳定性,整体电化学性能优异。研究不同Cu/Sn含量对CuS/SnS₂负极材料电化学性能的影响,最佳配比的CuS/SnS₂负极材料在0.2 A·g?1电流密度下循环50次后比容量为1480 mAh·g?1,库伦效率稳定在99.5%,在2 A·g?1电流密度下循环200次后比容量仍能保持在697 mAh·g?1,库伦效率为99.8%。      

锂离子电池负极材料TiS3 纳米片的制备和性能

先用直流(DC)电弧法制备TiH_1.924纳米粉作为前驱体,再用固-气相反应制备了片状结构的TiS₃纳米粉体。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱分析和性能测试等手段对其表征,研究了TiS₃纳米片的结构和将其用作负极的锂离子电池的性能。结果表明：TiS₃纳米片具有特殊的片状结构,其厚度约为35 nm。将TiS₃纳米片用作负极的锂离子电池具有良好的电化学性能,在500 mA/g电流密度下循环300圈后其容量仍保持在430 mAh/g。以5 A/g的大电流密度放电其比容量为240 mAh/g,电流密度恢复到100 mA/g其放电比容量稳定在500 mAh/g。TiS₃良好的倍率性能,源于其特殊的纳米片状结构。这种单层片状结构,能较好地适应电极材料在大电流密度多次放电/充电过程中产生的应变引起的体积变化,使其免于粉碎。     

自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性电极的制备及其电化学性能的研究

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的理论比容量(4200mAh/g),是目前商业化石墨负极材料的数十倍。但是由于在充放电过程中极易发生粉化破碎,导致其循环比容量会迅速衰减。首次通过水热还原的方法制备了自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性负极材料。SEM表征显示纳米硅颗粒均匀地分散在石墨烯片层中,制得的复合纸电极较纯硅纳米颗粒的电化学性能有大幅度提高,在100mA/g的电流密度下,首周放电比容量4003mAh/g,十分接近硅的理论比容量,且首周库伦效率高达91%。复合纸循环20周后比容量在3300mAh/g左右,50周后仍能维持1000mAh/g左右的比容量。这主要可归功于石墨烯纸电极优异的柔韧性和导电性,有效抑制了纳米硅颗粒的体积膨胀和结构破坏。同时水热还原法较低的还原温度保证了石墨烯纸还原前后厚度变化不大,有利于石墨烯片层与Si纳米颗粒的紧密接触。     

TiS_2纳米片多孔负极材料的制备及其电化学性能

通过两步法制备了TiS_2纳米片多孔负极材料。以钛块为钛源,采用直流电弧等离子体法在H_2与Ar的混合气氛中制备TiH_(1.924)纳米粒子作为前驱体,与升华硫共混加热硫化得到TiS_2纳米片多孔负极材料。对材料进行X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)等表征,XRD与Raman结果显示得到晶化完全的TiS_2纳米材料;TEM与SEM结果表明TiS_2微观形貌呈纳米片状,纳米片沿空间任意方向生长形成多孔结构。以TiS_2纳米片多孔结构作为锂离子电池负极材料研究其电化学储锂性能,500 mA/g电流密度下循环时,其首次充放电比容量分别为816.0、1 193.0 mAh/g,50次循环后,容量仍保持550 mAh/g;在5 A/g的高电流密度下仍维持有100 mAh/g的容量,表现出优异的循环稳定性和充放电可逆性。     

原位生长钴基MOF的碳纳米纤维材料的制备及其锂电性能研究北大核心CSCD

金属有机框架(MOFs)材料因其具有高度可控的结构以及可调的孔隙率而在电池材料领域应用广泛。但由于MOFs类材料较低的电导率以及堆叠结构带来的活性位点利用率低等问题使其难以直接用作电极材料。因此,发展MOFs材料电极仍然存在挑战。本文将表面含有Co^(2+)离子的多孔炭纤维在高温高压条件下与含对苯二甲酸根的蒸汽进行反应。通过气-固反应的方法在碳纤维表面原位生长Co-MOF,制备负载纳米级Co-MOF颗粒的碳纳米纤维复合材料,并对该复合材料的结构形貌以及锂电池性能进行分析。多孔碳纤维的引入以及较小尺寸的MOF生成使得复合材料的导电性和稳定性得到了极大的提高。当被用作锂离子电池的负极时,Co-MOF/Pcnf在0.1 A/g的电流密度下循环100次后具有1081 mAh/g的可逆容量;在1 A/g的大电流密度下循环1000次后仍具有623.4 mAh/g的可逆容量。本研究为发展MOFs材料电极提供新的发展思路。     

钠离子电池无粘结剂二氧化钛负极材料的合成

作为电池的重要组成部分,电极材料直接影响电池的能量密度。电极材料在制作过程中往往会添加粘结剂以稳定极片结构,但粘结剂的加入会降低电极材料的比容量,影响其离子迁移速率。通过在经水热反应刻蚀的钛箔/网上原位生长二氧化钛(TiO 2)得到无粘结剂TiO 2/Ti纳米线阵列电极,并系统地研究不同钛基底及水热反应温度对TiO 2/Ti纳米线阵列电极物理性能和电化学性能的影响。结果表明,不同钛基底及水热反应温度均对生长的TiO 2纳米线的形貌和电化学性能有重要影响。其中通过220℃水热反应生长在钛网(0.15 mm)上的TiO 2纳米线呈蛛网状,具有较大的比表面积,属于锐钛矿型TiO 2,储钠过程主要由赝电容效应控制,且具有优秀的电化学性能:首周放电比容量为986 mAh g^-1,库伦效率为21.7%;随后放电比容量逐渐稳定在240 mAh g^-1左右;循环200周后放电比容量仍能达到228 mAh g^-1,库伦效率稳定在99.3%左右;即使在3200 mA g^-1的超大电流密度下,放电比容量仍能达到152 mAh g^-1。无粘结剂电极材料极大可以有限地提升电极材料的比容量,对未来高能量密度电池体系的设计具有一定的理论意义和参考价值。     

Fe_3O_4/碳纳米管“核-壳”结构的制备及其电化学性能

以苯甲醇为溶剂,通过多壁碳纳米管(MWCNTs)上的芳环和苯甲醇苯环之间π-π共轭效应,自由的引入羟基基团,Fe3+静电吸附在MWCNTs网络结构的表面,进而溶剂热法一步合成Fe3O4/碳纳米管(Fe3O4/MWCNTs)"核-壳"复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高倍透射电镜(HRTEM)对样品的结构和形貌进行表征,结果表明Fe3O4尺寸约为10nm,稳固地生长在碳纳米管壁上。Fe3O4/碳纳米管复合材料作为锂离子电池负极材料时呈现出优异的电化学特性:电极材料在充放电速率为0.1A/g下循环100次之后所达到的可逆比容量为487mAh/g,循环稳定性明显优于Fe3O4电极。且在2A/g的大电流密度条件下可达到的可逆比容量为389mAh/g。     

三维花型SnS_2单相纳米结构负极材料的制备及性能研究

以氯化亚锡(SnCl_2·2H_2O)、硫代乙酰胺(TAA)和无水乙醇为原料,利用一步溶剂热合成了三维花型多级SnS_2纳米结构。XRD、SEM和TEM分析结果表明,所合成的SnS_2花型多级纳米结构为六方单相SnS_2,该结构为花瓣状纳米片自组装而成,其厚度约为20~30nm,花型结构直径约为8μm,SnS_2的{100}晶面的晶面间距为0.31nm;并初步讨论了三维花型多级SnS_2纳米结构的形成机制;而电化学性能测试表明表面改性后的样品在0.01~1.2V电压范围及0.15C倍率下,首次放电比容量可达1 598mAh/g,首次可逆比容量为656mAh/g,循环50次后,可逆比容量为572mAh/g,容量保持率可达87.2%。     

三维石墨烯纳米球的制备及其在锂离子电池中的应用

采用直流电弧放电法制备出一种三维石墨烯纳米球材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和X射线衍射光谱(XRD)等测试方法对三维石墨烯纳米球的形貌和结构进行了表征和研究。通过交流阻抗(EIS)、恒流充放电和循环稳定性测试等电化学测试手段来研究三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明, 在电流密度为0.05 A/g下, 三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的首次放电容量为485.9 mAh/g, 高于炭黑作负极的放电容量(401 mAh/g); 当电流密度为1 A/g时, 三维石墨烯纳米球负极材料仍然具有185.4 mAh/g的放电容量。在电流密度分别为0.5 A/g和2.5 A/g下, 充放电循环100次以后, 三维石墨烯纳米球的比容量几乎没有衰减, 这表明三维石墨烯纳米球作为锂离子电池的负极材料比炭黑具有更大的容量, 同时具有优异的循环稳定性。     

石墨烯的制备及其电化学性能的研究

以天然石墨为原料,通过改良的Hummers法和热还原法制备了多层石墨烯片,借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和恒电流测试等方法对所得的产物进行了结构表征和电化学性能方面的测试。实验结果表明,在100mA/g的电流密度下,石墨烯的首次放电容量高达1070mAh/g,经过30w循环以后,电极材料仍然可以保留430mAh/g的容量,明显高于石墨的理论容量372mAh/g,表现出良好的电化学性能。     

V2C@MoS2复合材料的制备及其储锂性能研究

由于较高的理论容量,二硫化钼(MoS_2)是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料;然而其也存在导电性较差和结构不稳定等问题。本文采用一步水热法将MoS_2原位生长在V_2C-MXene的表面,制备出了V_2C@MoS_2复合材料。利用XRD、SEM、TEM对制备的复合材料进行了结构表征,并采用循环伏安(CV)法、恒电流充放电法和交流阻抗法分析了该复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,实验制得了结晶度良好的MoS_2纳米片,且均匀的负载在V_2C的表面;同时,掺杂的V_2C极大地提高了复合材料的导电性和结构稳定性,使V_2C@MoS_2作为锂离子电池负极材料表现出了优异的电化学性能,在50mA/g的电流密度下,循环50次后依然能保持524.4 mAh/g的可逆比容量,并且在1 A/g的大电流密度下,依然具有258.1 mAh/g的可逆比容量。     

冷冻干燥辅助法制备具有增强储锂性能的介孔NiMoO4纳米簇

采用一种简便、绿色的冷冻干燥法制备介孔NiMoO4纳米簇.作为锂离子电池负极材料,介孔NiMoO4纳米簇展现出较高的比容量和倍率性能,在0.2 A/g的电流密度下循环100圈,其可逆容量维持在1104.8 mAh/g,每圈容量损失仅0.09％.即使在1.0 A/g和2.0 A/g的电流密度下,其可逆容量依然能分别维持在664.7mAh/g和468.4 mAh/g.此外,以介孔NiMoO4纳米簇为负极、商用LiFePO4为正极组装所得的全电池,在0.1 C(1 C=170 mA/g)下,容量稳定在152.1 mAh/g.介孔NiMoO4纳米簇电化学性能的提高与其独特的介孔结构、较短的锂离子扩散途径密切相关.本工作为设计高储锂性能多孔电极材料提供一个新的视角.     

钠离子电池负极用高性能沥青基富硫炭材料（英文）

以中温煤沥青为碳源,升华硫为硫源,经低温和高温两步热处理,成功制备了具有较高硫含量的硫掺杂沥青基炭材料。探究了炭化温度对材料组成、结构及电化学性能的影响。结果表明,随着炭化温度的升高,材料中硫含量明显减少;硫流失的同时,带来炭结构的变化,材料的比表面积和层间距逐渐增大。其中800℃炭化的材料(SC-800)硫含量达到20.19 wt.%,层间距为0.368 nm,在0.1 A/g的电流密度下,储钠首次可逆容量高达482.8 mAh/g;在0.5 A/g和5 A/g的电流密度下,循环500圈和1 000圈后,仍然保持245.9和103.7 mAh/g的比容量。SC-800优异的电化学性能归因于高硫含量、较大的层间距和合适的孔道结构。     

MoS2@GO三维絮状结构的制备及电化学储锂性能

以改良Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过水热以及热处理制备了MoS_2@GO复合材料,探讨了MoS_2与GO物质的量比对复合材料结构、电化学性能的影响。结果表明,当MoS2与GO的物质的量比为1∶1时,所得复合材料呈现三维絮状结构并具有良好的电化学性能。其作为锂离子电池负极材料,在0.1A/g电流密度下,50次循环后放电比容量仍有879mAh/g,容量基本没有衰减。在2A/g的高电流密度下还能保持530mAh/g,当电流密度从2A/g恢复到0.1A/g,循环容量能恢复到0.1A/g时的水平,表现出优异的倍率性能。     

聚苯胺炭柱撑石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

通过真空抽滤诱导自组装及热解还原处理, 制备出具有柱撑结构的聚苯胺炭/石墨烯复合材料(PGR)。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱(XPS)和电化学测试等表征技术考察了聚苯胺单体(AN)与氧化石墨烯(GO)质量比对PGR结构和电化学性能的影响。结果表明, 聚苯胺炭均匀分布在石墨烯(GR)片层间形成三维导电网络, 有效地增大了GR的层间距, 且实现了氮掺杂, 显著提高了GR的结构稳定性和电化学性能; AN与GO质量比为1 : 1时制备的样品PGR1在100 mA/g电流密度下的首次脱锂比容量为653 mAh/g, 当电流密度增大至1 A/g时, 仍具有高达343 mAh/g的脱锂比容量, 远高于GR的脱锂比容量(101 mAh/g), 表现出优异的倍率性能。     

NiS2/多孔碳纤维复合电极的制备及其储锂性能

制备长循环稳定、高容量的负极材料是锂离子电池实现大规模储能应用的前提之一。利用静电纺丝技术和水热硫化的方法制备了均匀分布的NiS₂/碳纳米纤维(NiS₂/C)复合材料。作为锂离子电池负极材料,NiS₂/C电极的首次放电比容量为864.6 mAh/g,首次库仑效率为62.7%。其中不可逆容量为322.9 mAh/g,不可逆容量主要由转换反应的部分不可逆及固态电解质(SEI)膜的形成造成的。NiS₂/C复合电极表现出优异的循环稳定性,200 mA/g下150次循环后容量仍然维持在519 mAh/g,容量保持率高达90.4%。此外,在2 A/g大电流密度下,NiS₂/C电极的容量仍高于310 mAh/g表现出出色的倍率性能。借助XRD、SEM及TEM表征,分析发现包裹着NiS₂纳米颗粒的碳纤维,作为良好的导电介质,既可以提高NiS₂的导电性,也可缓解NiS₂脱嵌过程中的体积膨胀,使得NiS₂/C电...     

羧基个数对共轭羰基化合物储锂性能的影响研究

研究人员认为共轭羰基化合物是合成锂离子电池中的最具发展前景的电极材料之一。该文研究了羧基个数对共轭羰基化合物储锂性能的影响,实验表明含有4个羧基的均苯四甲酸的比容量明显高于分别含有1个、2个和3个羧基数的苯甲酸、对苯二甲酸和均苯三甲酸。在50 mA/g的电流密度下,均苯四甲酸的放电比容量高达1 500 mAh/g,而其他3个电极的比容量均不超过600 mAh/g。倍率测试表明在不同的充放电电流密度下,均苯四甲酸的比容量最高,但是苯甲酸具有最好的容量保持率;循环测试表明苯甲酸的循环稳定性优于其他3个电极,这主要是因为含有低羧基个数的材料在电解液中的稳定性更好。     

ZnO-C三维网络结构涂层的制备及其储锂性能研究

通过简单的刮涂工艺成功地在铜箔表面制备出具有三维网络结构的ZnO-C复合涂层。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对复合涂层的晶体结构及微观形貌进行研究。结果表明: 该涂层由宽度为0.1~1 μm的碳基枝条相互连接形成连续的三维网络结构, 碳基枝条内包含ZnO纳米粒子和尺寸约为2 nm的微孔。该涂覆在铜箔表面的复合涂层可直接用作锂离子电池的负极。电化学测试结果表明: ZnO-C复合涂层负极材料在0.1 A/g电流密度下经过100次循环后的比容量为855 mAh/g, 并且在循环过程中未出现容量衰减现象; 在5A/g大电流密度下的比容量为418 mAh/g, 是0.1 A/g电流密度下比容量的51.3%。     

铁基普鲁士蓝正极材料的制备及储钠性能的研究

用简单的共沉淀法合成铁基普鲁士蓝正极材料,并研究合成温度对材料微观形貌和储钠性能的影响。研究结果显示,随着合成温度的提高,产物颗粒尺寸变大,钠含量增加。FeHCF-40℃电极材料,在30 mA/g电流密度下,首次放电比容量为132.3 mAh/g,循环100次后,放电比容量仍有102.4 mAh/g,容量保持率为77.4%;且当电流密度增大到1 500 mA/g时,仍可实现80.3 mAh/g的比容量,显示出优异的倍率性能和循环性能。