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。     

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。     

SiFe@C负极复合材料的结构及性能

以SiFe合金和沥青为原料,采用机械球磨和高温热解法制备了SiFe@C负极复合材料,并对SiFe及一系列不同热解温度下制备的SiFe@C复合材料进行对比研究。利用XRD、SEM、TEM、EDS和恒流充放电测试仪对SiFe@C复合材料的物相、颗粒形貌及电化学性能进行表征。结果表明,在850℃热解温度下制得的SiFe@C负极复合材料首次放电比容量达到1 376.25 mAh/g,首次库仑效率为86.35%,经过70次循环后放电比容量为940.33 mAh/g,库仑效率达到98.78%,容量保持率为76.32%,循环性能远高于SiFe和其他热解温度下的SiFe@C复合材料,而且具有良好的倍率性能。      

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。     

碳前驱体对LiFePO_4/C复合材料的形貌及电化学性能的影响

采用葡萄糖、环氧树脂、酚醛树脂为碳源制备了LiFePO4/C复合材料。利用X射线衍射、扫描电镜等方法对复合材料进行研究。结果表明,葡萄糖获得了碳包覆复合材料,而环氧树脂、酚醛树脂则得到了碳芯结构复合材料。碳芯结构复合材料的电化学性能优于碳包覆复合材料,电流密度为15mA/g时,试样C、D的放电容量分别为165、167mAh/g;电流密度为600mA/g时,试样C、D的放电容量分别为139.4、145.5mAh/g,经过50循环后容量保持率分别高达99.2%、99.5%。     

碳包覆空心Fe3O4纳米粒子作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究

以二茂铁为铁源,石油渣油为碳源,通过加压热解和空气氧化制备了碳包覆空心Fe3O4纳米粒子。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)以及高倍透射电镜(HRTEM)等测试方法对样品的形貌和结构进行表征。采用恒流充放电和交流阻抗方法测试碳包覆空心Fe3O4纳米粒子作为锂离子电池负极材料的电化学性能。在电流密度为0.2mA/cm2时,首次放电比容量高达1294.7mAh/g,30次循环之后其放电比容量为392.1mAh/g;电流密度为1mA/cm2时,首次放电比容量为216.3mAh/g,30次循环之后其放电比容量为113mAh/g。     

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。     

高性能锂离子电池SiO/C/G复合负极材料研究

以一氧化硅、蔗糖及天然石墨为原料, 通过高能球磨和热解工艺制备了电化学性能优异的SiO/C/G复合负极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的物相和形貌进行了表征。所制备的复合材料中, 纳米SiO颗粒(＜50 nm＝被无定形碳粘结并均匀分散在石墨鳞片上。电化学性能测试表明, 该复合材料100次循环后, 可逆容量高达1108.9 mAh/g, 容量保持率为103.8%。优异的电化学性能主要归因于纳米SiO颗粒在无定形碳基体中的均匀分布、无定形碳基体的缓冲作用和石墨相对复合材料导电性能的改善。     

聚苯胺/硫复合材料作锂二次电池正极的研究

采用在化学氧化聚合苯胺的反应介质中分散单质硫的方法制备了聚苯胺/硫复合材料,借助扫描电镜对样品的微观形貌进行表征,表明苯胺的聚合倾向于在单质硫颗粒表面进行,形成聚苯胺包覆良好的硫复合材料.通过恒电流充放电、循环伏安、电化学交流阻抗等电化学测试研究了聚苯胺原位包覆对硫电极电化学性能的影响.结果得出,聚苯胺对硫的包覆能显著地改善硫电极的电化学性能,当充放电电流密度为0.2 mA/cm2时,初始放电比容量高达1134.01 mAh/g,循环30次后放电比容量仍可达526.89 mAh/g.电化学交流阻抗谱研究表明,聚苯胺的包覆有助于锂硫电池交流阻抗的降低.     

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。     

微波辅助固相法合成锂离子电池正极复合材料Li2FeSiO4/C

以Na2SiO3.9H2O和FeCl2.4H2O为原料,采用低热固相反应获得了分散均匀的β-FeOOH/SiO2前驱体;再以Li2CO3为锂源、聚乙烯醇和超导电炭黑为复合碳源,通过微波辅助固相法合成了Li2FeSiO4/C材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒电流充放电测试等方法对材料的结构、微观形貌及电化学性能进行表征.650℃下微波处理12 min可获得结晶好、晶粒细小均匀的Li2FeSiO4/C材料;在选用的微波合成体系下,超导碳和聚乙烯醇热分解的无定形碳不仅利于合成反应的顺利进行,而且提高了Li2FeSiO4的整体导电性能.制备的复合正极材料在60℃下0.05C倍率首次放电容量为129.6 mAh/g,0.5C倍率下为107.5 mAh/g,0.5C下15次循环后保持为104.8 mAh/g,具有较好的放电比容量和良好的循环稳定性能.结果表明,微波辅助固相合成工艺是制备Li2FeSiO4/C复合材料的一种很有前景的方法.     

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。     

锂离子电池用氧化锌/螺旋纳米碳纤维复合负极材料的制备及性能研究

以二水乙酸锌、一缩二乙二醇为原料,通过溶胶-凝胶法制备出氧化锌/螺旋纳米碳纤维(ZnO/HCNFs)复合材料。使用X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段研究了ZnO/HCNFs复合材料的形貌结构,通过恒流充放电测试仪对材料的电化学性能进行测试。结果表明:ZnO颗粒均匀负载于HCNFs表面,粒径约为20~50nm。ZnO/HCNFs复合材料在200mA/g的电流密度下,其首次充放电比容量分别达到977mAh/g与788mAh/g,库仑效率为81%,经过100次循环以后,容量仍保持在501mAh/g,电化学性能较优异。     

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS2/C复合材料及其电化学性能研究

以钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、硫脲(NH₂CSNH₂)、CTAB为原料, 利用水热法合成了MoS₂/C球状纳米花复合材料。通过XRD、SEM、TEM、TG等分析测试方法, 研究了不同CTAB添加量对MoS₂/C复合材料的微观结构、表面形貌的影响规律, 结果显示, 有部分无定形碳嵌入了MoS₂层间, 并抑制了MoS₂(002)面的堆积。电化学测试表明: 与纯MoS₂相比, MoS₂/C复合材料具有更好的电化学性能, 当加入0.025 g CTAB时首次放电比容量达到730 mAh/g, 在100 mA/g的电流密度下经过100次循环比容量稳定在415 mAh/g。在此基础上讨论了MoS₂/C球状纳米花复合材料的可能生长机理以及对材料电化学性能的影响规律。     

Preparation and electrochemical performance of manganese oxide/carbon nanotubes composite as a cathode for rechargeable lithium battery with high power density

Manganese oxide/carbon nanotubes (MO/CNTs) composite was prepared by hydrothermally reducing KMnO₄ with CNTs, where the used CNTs are of dual role, i.e., they serve as reductant during reaction and the remaining CNTs act as conducting agent in the composite. This composite was characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques. In addition, the electrochemical performances of the composite were investigated, which suggested an excellent rate-capability of this material; e.g., it delivered a high discharge capacity as 131 mAh g^− 1 at a high current density of 4 A g^− 1 (20 C), and high capacity at low discharge current density, e.g., about 209 mAh g^− 1 at 0.2 C rate. Therefore, such a MO/CNTs composite is promising in high power application of lithium battery and electrochemical capacitor.     

无定形SnO2-C复合纤维及其电化学性能研究

以2-乙基己酸亚锡为原料, 通过静电纺丝以及随后在惰性气氛中煅烧成功制备出电化学性能优良的SnO₂-C复合纤维。X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的分析结果表明: SnO₂-C复合纤维具有无定形结构, 直径为100~300 nm, 含碳量约38%。电化学测试结果表明: 在50 mA/g的电流密度下, 无定形SnO₂-C复合纤维的首次放电比容量、充电比容量和库仑效率分别为1370.1 mAh/g、757.5 mAh/g和55.28%; 在50 mA/g的电流密度下循环80次后, SnO₂-C复合纤维的比容量为611.6 mAh/g, 没有出现明显的容量衰减。SnO₂-C复合纤维高的比容量和良好的循环性能归因于其SnO₂均匀分布的SnO₂-C复合一维结构。     

葡萄糖对微波水热合成正极材料LiFePO_4的结构和性能的影响

以FeSO_4·7H_2O,LiOH·H_2O和H_3PO_4为原料,葡萄糖为改性剂,采用微波水热法合成具有正交晶系橄榄石结构的LiFePO_4/C复合材料。借助XRD,SEM,EDS和电化学性能测试等分析,研究葡萄糖对产物组成、结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明:葡萄糖改性后,LiFePO_4结构中Fe,P和O原子间的结合增强,颗粒尺寸减小,表面有碳层包覆,电化学性能提高。LiFePO4/C在0.1C倍率下的首次放电比容量为125.6mAh/g;1.0C倍率下的首次放电比容量为106.2mAh/g,30次循环后的容量保持率为91.3%。