球形LiMn1.5Ni0.5O4材料的嵌脱动力学

为明晰Li Mn1.5Ni0.5O4正极材料的动力学性能,采用水热辅助共沉淀法合成了尖晶石Li Mn1.5Ni0.5O4正极材料,并采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和电化学阻抗(EIS)研究了材料的结构和锂离子嵌脱动力学.实验结果表明:共沉淀法制备的Li Ni0.5Mn1.5O4材料颗粒呈均匀球形,且平均粒径较小,粒度分布较窄.在循环过程中,Li Ni0.5Mn1.5O4的电荷转移电阻增大,锂离子扩散系数减小,进而电子电导率和离子电导率下降.温度升高后,Li Ni0.5Mn1.5O4材料的溶液电阻变化不大,但是电荷转移电阻逐渐增大,锂离子扩散系数逐渐减小;此外,随着温度的升高,Li Ni0.5Mn1.5O4材料的溶解速度加快,从而导致SEI膜的厚度增大.Li Ni0.5Mn1.5O4材料的嵌脱锂动力学与温度和循环次数有密切关系.     

ZrO_2包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2结构和性能的影响

为提高锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的综合电化学性能,采用高温固相法对其表面进行ZrO_2包覆。以X射线衍射、扫描电子显微镜、电化学阻抗和电化学充放电等方法对材料进行表征。结果显示,ZrO_2可均匀分布在LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2表面而不影响其晶体结构,但对电化学性能影响明显,即首次放电容量略有降低,由168.25 mAh/g降到157.43 mAh/g;1C、2C倍率性能有较大改善,循环性能的提高尤其突出,在100周循环内,LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的容量保持率从90.68%提高到97.70%。其原因是:(1)包覆层有效避免了电解液与正极材料直接接触、抑制副反应的发生;(2)包覆过程中生成的Li_2ZrO_3提高了材料的离子导电性。该研究结果为改善锂离子电池正极材料综合电化学性能提供了简便、有效的方法。     

采用微生物覆铜板浸出液中铁离子制备 Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的研究

针对微生物法覆铜板浸出液中的金属铁离子进行资源化处理,提高覆铜板浸出液的附加值。以水热法处理得到的铁离子溶液为原料,制备八面体和球形的Fe_2O_3/石墨烯复合材料,并将其作为锂离子电池负极材料,组装成扣式电池。结果显示:八面体形貌的Fe_2O_3/石墨烯复合材料的比容量高于球形的,其在100 mA/g电流下循环,首次放电和充电比容量分别高达1 343和970 mAh/g,在47次循环后,其放电及充电比容量分别为769和740 mAh/g。     

纳米CuFe2O4活化过一硫酸盐降解诺氟沙星性能

为研究使用过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术去除水体中微量有机污染物的高效可行方法,通过柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备纳米CuFe_2O_4材料,以其为非均相催化剂,探究CuFe_2O_4/PMS体系对诺氟沙星(NFX)的降解性能.采用X射线衍射仪、电子透射显微镜、BET手段对材料进行表征,考察煅烧温度对纳米CuFe_2O_4结构及催化性能的影响,并试验纳米CuFe_2O_4的重复使用性和稳定性.探讨纳米CuFe_2O_4投加量、PMS浓度、溶液初始pH对CuFe_2O_4/PMS体系降解NFX性能的影响,并探究该体系的氧化活性物种及降解机理.结果表明:制备纳米CuFe_2O_4的最佳煅烧温度为400℃,该温度下纳米CuFe_2O_4晶型较好,比表面积较大,且表现出较高的催化活性;在纳米CuFe_2O_4/PMS体系中,控制NFX初始质量浓度为5 mg/L,最适宜的反应条件为:纳米CuFe_2O_4投加量为0.1 g/L、PMS浓度为0.5 mmol/L、初始溶液pH为9.5,该条件下反应30 min后NFX的去除率高达99%;纳米CuFe_2O_4能有效活化PMS生成·OH和SO_4~-·,SO_4~-·是实现NFX快速降解的主要活性物种.     

高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的合成与改性

LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2是一种具有高能量密度的锂离子电池正极材料,但实际应用中的循环性能不佳、热稳定性差等缺陷亟待改善。本研究通过高温固相反应法制备了LiNi_(0.8)-Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料,并采用H_3BO_3对其进行包覆改性。扫描电镜(SEM)显示包覆热处理后正极材料表面形成了一层不均匀絮状包覆物,X射线光电子能谱(XPS)测试显示该包覆物为LiBO_2和Li_2B_4O_7的混合物。电化学测试表明包覆物有效减缓了循环过程中的阻抗增加,显著提升了正极材料的容量与循环性能,其中0.5%包覆的正极材料0.2 C首次放电容量达到195.9 mAh·g~(-1),1 C循环100周后容量保持率达到88.7%。     

球形LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的制备及其电化学性能

通过共沉淀法合成的球形Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2前驱体与LiOH·H_2O均匀混合,经高温固相反应合成了层状结构球形LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2。利用扫描电子显微镜(SEM)对不同形成时间的球形前驱体形貌观察,结果表明:Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2前驱体是由无数微小的纳米片由内而外竖向聚集而形成的二次颗粒,其形成经历了由疏松逐渐变致密的过程。经过高温锂化之后,一次结构由纳米层片转变为纳米颗粒,球状二次颗粒形貌未发生明显改变。X-射线衍射(XRD)测试结果表明:与普通溶胶凝胶法的LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2样品相比,球形LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2具有更加完整的层状结构。充放电测试结果表明:球形LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2具有更高的比容量、更好的循环稳定性、更好的倍率性能。球形LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2在0.2C(1C=160mA·g~(-1))时的放电容量达到186.2mA·h·g~(-1),0.5C时达到158.9mA·h·g~(-1),1C时达到129.0mA·h·g~(-1),100次循环后仍然可以保留88.9%的容量。     

正极材料LiNi_（0.4）Mn_（0.4）Co_（0.2）O_2的制备和性能

采用草酸共沉淀法合成了锂离子正极材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2。用XRD、SEM和充放电实验对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了表征;用DSC对合成产物在不同充电状态下的热稳定性进行了研究。结果表明,采用草酸共沉淀法合成的正极材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2具有α-NaFeO2型层状结构,阳离子有序度高,粒度均匀适中,电化学性能良好,首次放电比容量达到158.7 mAh/g,30次循环后放电比容量还有144.8 mAh/g;过充电状态下具有良好的热稳定性。     

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2+LiMn_2O_4/软碳体系电池的研究

选用锰酸锂(Li Mn2O4)、复合镍钴锰酸锂(Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2)按不同比例混合作为正极,软碳作为负极材料,制备复合镍钴锰酸锂与锰酸锂混合型锂离子全电池(简称混合型锂离子全电池),选择质量分数为15%,35%的Li Mn2O4与Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2混合作为正极活性物质进行实验,研究Li Mn2O4对锂离子全电池充放电性能、安全性能、倍率放电性能、脉冲功率特性等的影响。结果表明:Li Mn2O4质量分数为35%时,既提升了锂离子全电池的电性能,又保证了其较高的安全性能;常温下电流为1I1(I1代表1 h率放电电流)充放电循环预计寿命可达到1 500周,55℃高温下电流为0.5I1充放电循环335周容量保持在92%以上;在放电深度(DOD)10%~80%内10 s脉冲充放电状态下,混合型锂离子全电池阻抗均在9 mΩ以下,50%DOD时的10 s放电比功率在700 W/kg以上。     

基于双金属MOFs 制备Co3O4/In2O3 复合物及其气敏性能的研究

以硝酸铟(In(NO₃)₃·xH₂O)、对苯二甲酸(H₂BDC)、六水合硝酸钴(Co(NO₃)· 6H₂O) 为原料, 首先采用一锅油浴法合成了含有Co²⁺ 的铟基金属有机框架材料(MOFs) Co²⁺/CPP-3(In) 材料, 然后在450 ℃ 下焙烧制备Co₃O₄/In₂O₃ 复合物气敏材料, 将Co₃O₄/In₂O₃ 复合物的粉体制作成传感器, 并对其气敏性能进行研究。利用扫描电子显微镜和X 射线衍射仪(XRD) 对双金属MOFs Co²⁺/CPP-3(In) 材料和Co₃O₄/In₂O₃ 复合物进行表征, 采用静态配气法测试其气敏性能。结果表明, Co₃O₄/In₂O₃(n_Co : n_In = 0.4 : 1) 样品的形貌保留了其MOFs 前驱体的棒状结构, 棱柱形框架更为突出, 表面呈凹陷状, 棒体中间粗两边细, 六角截面和棒体均布满了孔洞。结合EDX 和XRD 表征结果, Co²⁺/CPP-3(In) MOFs 前驱体完全转化成Co₃O₄/In₂O₃ 复合物; Co₃O₄/In₂O₃(n_Co : n_In = 0.4 : 1) 复合物在 70 ℃ 下对5×10^-6 H₂S 的气敏性能最优, 响应值达到153, 是同条件下纯备In₂O₃对H₂S 响应值的5 倍, 并且有较好的重复性、选择性和稳定性。     

GO/CoFe2O4催化过硫酸盐降解邻苯二甲酸二丁酯效能

为高效地去除水中环境激素类污染物,采用共沉淀法合成了氧化石墨烯负载钴尖晶石铁氧体(GO/CoFe_2O_4)催化剂,催化过硫酸盐(PMS)去除水中邻苯二甲酸二丁酯(DBP).采用SEM、TEM、XPS、XRD对催化剂进行表征,研究不同条件下催化PMS去除水中DBP的效果,提出催化PMS反应机理.结果表明,GO/CoFe_2O_4为颗粒状尖晶石结构,室温下,DBP初始浓度为2μmol/L、催化剂投量为0.1 g/L、PMS浓度为20μmol/L、pH为7时,GO/CoFe_2O_4催化PMS体系对DBP的去除率可达89%,使用5次后催化效果仅降低5%.该新型复合催化剂高效、具有磁性、方便回收,具有良好的工程应用前景.     

过硫酸铵表面处理对富锂锰基正极材料电化学性能的影响

为了提高锂离子电池富锂锰基正极材料的电化学性能,尤其是倍率性能,采用过硫酸铵作为处理剂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2进行表面处理,诱发化学预活化,形成有利于锂离子迁移的表面尖晶石结构。电化学测试结果显示,当过硫酸铵与Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2质量比为1:5时,经过硫酸铵表面处理后的正极表现出优异的电化学性能:0.2 C下放电容量为257.1 mAh/g,首圈库伦效率高达96.8%, 3 C大倍率下放电容量仍达到157.2 mAh/g。交流阻抗测试结果表明,适量过硫酸铵处理之后材料的界面电荷转移阻抗显著降低,导致锂离子界面迁移速率加快,表现出良好的倍率性能。这种简单易行的改性方法为实现富锂锰基正极在动力锂离子电池领域的应用提供了新思路。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的γ-Al_2O_3包覆及其性能

以氢氧化铝溶胶为前驱体在Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料表面制备尖晶石结构γ-Al2O3包覆层,借助XRD、SEM、TEM及电化学方法对电极材料的主要性能进行了研究。结果表明:Li Ni0.5Mn1.5O4表面γ-Al2O3包覆层形成条件为600℃下煅烧0.5 h,较佳包覆量约为3%(摩尔比);γ-Al2O3包覆层形貌完整,厚度约为5~10 nm,(311)晶面间距约0.24 nm;γ-Al2O3包覆的Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料30周充放电循环(0.2 C)后的比容量为112.1 m Ah/g,4 C倍率下的比容量为82.0 m Ah/g,容量保持率较基体分别提高了约10%和17.2%。因此,γ-Al2O3包覆层减小了Li Ni0.5Mn1.5O4与电解液的接触,有效抑制了基体与电解液之间的副反应,其电化学反应可逆性、循环稳定性及倍率性能得到了提高,有望用作动力锂离子电池正极材料。     

反应温度对LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2组织结构及电化学性能的影响

在共沉淀法合成Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2的基础上制备了锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2.通过XRD,SEM和电化学测试对不同反应温度下LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征.测试表明随着反应温度的提高,c/a和I(003)/I(104)值也在增加,表明温度的升高可以减少锂镍离子的混排,使层状结构更加完整,进而电化学性能也更优异.900℃下反应所得到的样品,以0.2C放电,其首次放电容量为148.3mAh/g,库伦效率最高可达9.8%.循环40个周期后容量保持率为93.9%,具有较好的电化学性能.     

TiO2/ML-Ti3C2复合纳米材料的制备及其光催化性能

通过水热技术在二维(2D)多层材料Ti_3C_2 (multi-layer Ti_3C_2, ML-Ti_3C_2)的表面及层间原位晶化和生长锐钛矿相TiO_2纳米球,制备出TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料。采用XRD、SEM、氮吸附等表征技术对TiO_2/ML-Ti_3C_2纳米复合材料进行分析表征,并以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,对纯TiO_2和TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料的光催化性能进行了评价。实验结果表明,两种材料的耦合抑制了Ti O_2中光生电子-空穴对的湮灭,延长了复合光催化剂中载流子寿命,拓宽了复合材料的光谱响应范围。在紫外光照射下,以TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料为光催化剂,200 mg/L的MB溶液在20 min内几乎完全脱色,降解率为98.98%。TiO_2/ML-Ti_3C_2纳米复合材料的光催化性能优于纯TiO_2和Ti_3C_2, Ti_3C_2优异的电子传输能力和超强的吸附性能优化了TiO_2的光催化性能。本研究为使用光催化技术处理废水提供了一种新的思路,具有一定的实际应用前景。     

复合活性钎料钎焊Cu与Al2O3的接头组织及性能

为改善紫铜与Al_2O_3陶瓷的连接强度,采用纳米-Al_2O_3增强的AgCuTi复合钎料(Ag Cu Tip)对紫铜与Al_2O_3陶瓷进行了真空钎焊.采用扫描电镜、能谱分析以及剪切试验对钎焊接头微观组织及力学性能进行了分析.钎焊接头典型界面组织为紫铜/扩散层/铜基固溶体+银基固溶体+Ti_2Cu+Ti_3(Cu,Al)3O/Al_2O_3.纳米-Al_2O_3的添加抑制了Al_2O_3侧反应层的生长,并促进钎缝中形成弥散分布的Ti_2Cu相.随着保温时间的延长,铜侧扩散层和Ti_3(Cu,Al)_3O反应层的厚度逐渐增大.保温时间为20 min时,铜母材向钎料过度溶解,降低了接头性能.当钎焊温度为880°C,保温10 min时,接头抗剪强度最高为82 MPa.纳米颗粒的加入细化了钎缝组织并降低了母材与钎缝热膨胀系数的不匹配,因此提高了接头的连接性能.保温时间可影响界面组织及反应层的厚度,进而影响接头的连接强度.     

纳米砂磨辅助固相合成LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2及Li_2CO_3加入方式对其结构性能的影响

以Li_2CO_3为锂源,采用纳米砂磨辅助固相合成了纯相LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料,研究了Li_2CO_3加入方式对所得样品结构、形貌以及电化学性能的影响.结果表明,加锂方式基本不影响材料的形貌和尺寸,但对材料的微结构和性能有明显的影响.纳米砂磨一步混合所有原料烧结所得LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的阳离子混排程度比后研磨加碳酸锂烧结所得LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的要低,更利于锂离子的扩散,对应的样品具有更高的放电比容量和库伦效率,但循环性能没有太大的差别.纳米砂磨一步混合所有原料在800℃烧结得到的LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品,1C循环首次放电比容量可达170.9 m Ah/g,50次循环后容量保持率为92.6%.     

锂离子电池LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的电子结构

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法,计算LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的电子结构。结果表明:LiMn_2O_4中Mn存在4+和3+两种价态,其平均磁矩约为3.5μb;Mn3d和O2p轨道之间形成了强共价键,Li和O之间主要以离子键为主;Mn O之间较强的相互作用有利于晶格保持较高的稳定性,利于锂离子的可逆嵌入和脱出;当Ni部分取代Mn以后,嵌/脱锂过程中的氧化还原中心转变为Ni,Ni的掺杂同时抑制了Mn的还原,这对于低价态Mn的溶出起到了较好的抑制作用,提高了晶格的完整性。因此Ni掺杂对于提高材料的结构稳定性和电化学性能较为有利。     

以Mn3O4为锰源合成高性能LiMn2O4正极材料

以Mn3O4为锰源,采用固相反应法,在较低的温度(650℃)制得尖晶石LiMn2O4正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒流充放电等技术对其相组成、微结构和电化学性能进行表征。结果表明该正极材料结晶良好,一次粒径约为150 nm。它的电化学性能,尤其是循环性能,明显优越于在较高温度合成的LiMn2O4。在电流密度为74 mA?g-1时,测得比容量为128 mAh?g-1,在1 480 mA?g-1时,比容量为105 mAh?g-1;在室温、148 mA?g-1充放电200次循环后,容量保持率为93%。     

Al_2O_3包覆对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2的电化学性能影响

采用水热法合成富锂三元正极材料,探究了最佳包覆比例下Al_2O_3包覆对材料的电化学性能影响.采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了富锂三元正极材料的表面形貌和结构,通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)技术分析了材料电化学性的影响因素.结果表明,通过异丙醇铝水解制得了氧化铝包覆层,提高了材料的比容量,稳定了材料的结构.     

Sn~(4+)掺杂对正极材料Li_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响

采用共沉淀法合成掺杂的Li_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xO_2的正极材料,通过X射线光谱、扫描电镜、充放电测试等技术对Li_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)SnxO_2材料的结构、形貌、电化学性能进行表征。结果表明,采用共沉淀法Sn4+能有效掺杂进正极材料Li_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的体相结构。掺杂量x=0.04时,在2.8~4.2V、0.2C倍率下掺杂的正极材料首次充放电比容量为138.5mA·h/g,30次循环后的容量保持率为96.96%。掺杂Sn4+对Li_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3) Mn_(1/3)O_2正极材料改性后,材料仍保持典型的α-NaFeO_2层状结构,且晶型良好,表明Sn4+掺杂能够有效改善材料的电化学性能。