硅/炭纳米纤维负极的制备及性质研究

采用静电纺丝法制备Si/PAN纳米纤维,并对其进行载荷冷冻干燥、热处理和炭化处理,制得锂离子电池负极用Si/C纳米纤维材料。通过XRD、SEM、TG-DSC和电化学性能测试分别对其结构、形貌、硅含量和电化学性能等进行分析测试。结果表明:Si/PAN纳米纤维的平均直径为200～500 nm,Si/C纳米纤维材料的平均直径为100～200 nm。当纳米硅粉含量为0.05 g时,在100 mA/g的条件下测试得到Si/C纳米纤维材料的首次放(充)电比容量为853 mA·h/g (541.5 mA·h/g),循环20次后比容量还能保持543.6 mA·h/g,循环保持率达99.78%,表现出较好的循环稳定性。     

纳米银复合的多孔生物质硅材料的制备及储锂性能

以废弃的谷壳为原料,通过镁热还原-银镜反应法成功制备了多孔硅/银复合纳米材料,并研究其结构形貌及储锂性能。结果表明:采用谷壳为原料获得的硅/银复合材料为纳米多孔结构,其粒径约为10～20 nm,纳米银的原位复合可显著提高电极的循环稳定性能、倍率性能和比容量。原位纳米银粒子复合后的Si/Ag电极50次循环后的容量依然能维持750.4 mA·h/g,为石墨类碳材料容量的2倍以上,较生物质硅电极提高了370.2 mA·h/g,采用800 mA/g的电流密度进行大电流充放电时,Si/Ag电极表现出618.3 mA·h/g的可逆容量,远高于Si电极380.2 mA·h/g的容量。性能的改善缘于复合后本体材料较高的导电性和电极/电解液界面的优良性能。     

石墨烯负载纳米二硫化钴的制备及其在锂离子电池方面的应用研究

采用二次水热法将纳米二硫化钴负载于石墨烯上,并通过结构表征和电化学性能测试,探讨了纳米二硫化钴/石墨烯材料作为锂离子电池负极的性能。电容量测试结果表明：在电流密度为100 mA/g条件下,二硫化钴/石墨烯复合材料的首周充放电容量分别为1 610 mA·h/g和774 mA·h/g,测算出的库伦效率为48.1%;循环性能测试结果表明：经过50次循环测算后的复合材料的放电比容量为302 mA·h/g,容量保持率为33.4%;倍率性能测试结果表明：当电流密度回复到100 mA/g时,复合材料的比容量恢复至550 mA·h/g。实验制备的纳米二硫化钴/石墨烯复合材料在锂电池负极的应用上表现出了优异的循环性能和倍率性能。     

热处理对锂离子电池硅/石墨/炭负极电化学性能的影响

将天然石墨、酚醛树脂和微米级硅粉进行球磨处理制备复合材料前驱物,再于N2气氛下700℃炭化得到硅/石墨/炭(Si/G/C)复合电极材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜及电化学循环充放电对其形貌、结构及其电化学性能进行表征.结果表明,Si/G/C作为锂离子电池负极材料具有高于900 mA·h/g的可逆比容量,40次循环后保持在550 mA·h/g.对电极进行热处理后,其循环性能显著提高,40次循环后比容量保持在700 mA· h/g.扫描电镜分析结果显示,热处理后集流体上电极材料分布更均匀,因涂抹不均形成的空隙不复存在.热处理后电极结构更致密、内部黏结强度增大使其结构稳定性明显提升,是电极循环性能提高的主要原因.     

熔融盐法制备二维SiO_x/C负极材料及其电化学性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为有机硅源与混合盐进行球磨混合,有机硅在熔融盐体系中高温煅烧碳元素重组为二维片状结构,同时在氩氢气氛下Si—O也会被还原,最终得到二维SiO_x/C负极材料。电化学测试结果表明,当煅烧温度为900℃时,二维SiO_x/C负极材料具有良好的电化学性能;在0.5A/g的电流密度下经过100次循环后,可逆比容量保持在781.6mA·h/g。优异的电化学性能归因于材料良好的结构稳定性以及优越的导电性。这种合成方式为制备二维SiO_x/C负极材料提供了一种新的方法。     

锂离子电池用硅-石墨/炭复合负极材料的电化学性能研究（英文）

以纳米硅、石墨和马铃薯淀粉为原料制备硅-石墨/炭复合负极材料,探讨复合材料的制备工艺对其电化学性能的影响,并采用扫描电镜和X-射线衍射法对材料的颗粒形貌和微晶结构进行表征。研究表明:当复合材料中m(Si)/m(graphite)为1∶4,球磨时间为10 h时,复合材料经20次循环后其可逆容量仍为466 mA·h/g,显示出良好的电化学性能,进一步分析表明纳米硅和石墨均对复合材料的可逆容量做出贡献,而且复合材料中含量较高的石墨的颗粒形貌和微晶结构对其电化学性能起关键性作用。     

Fe@Fe_2O_3/石墨烯复合材料的制备与电化学性能研究

采用水热反应和高温固相反应方法合成了Fe@Fe_2O_3/石墨烯复合材料。运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱仪(XPS)和透射电镜(TEM)对复合材料进行了物理表征。结果表明,Fe@Fe_2O_3/石墨烯复合材料中纳米颗粒均匀分布在石墨烯中,且纳米颗粒具有核壳结构,提出了核壳结构的形成机理。充放电测试结果显示,Fe@Fe_2O_3/GNS复合材料在100mA/g下经过90次循环后,可逆容量仍有959.3 mA·h/g,库伦效率保持在86.4%。此外,在5000 mA/g电流充放电条件下,Fe@Fe_2O_3/GNS复合材料循环280次后,可逆容量维持在515 mA·h/g,表现出较好的大电流充放电循环寿命。     

Fe_3O_4@C纳米核壳型微球的制备及电化学性能研究

以酚醛树脂为炭前驱体、水热法合成的Fe_3O_4纳米微球为核,经研磨、干燥、炭化制备Fe_3O_4@C纳米核壳型微球。结果表明,包覆后的Fe_3O_4@C微球尺寸均匀且无团聚现象。碳包覆量影响着Fe_3O_4@C锂电池负极材料的电化学性能。20%为最佳包覆量,其首次放电比容量为984 mA·h/g,100次循环后放电比容量保持在413 mA·h/g。     

Si/VGCF复合材料的储锂性能

以纳米硅颗粒为原料,采用液相法制备了硅纳米粒子与气相生长碳纤维(VGCF)复合的材料(Si/VGCF)。考察了Si/VGCF制备工艺和VGCF的最佳含量,分别采用SEM和TEM表征了Si/VGCF材料形貌和晶体结构,测试和计算了材料电导、BET比表面积和孔尺寸数据。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了Si/VGCF复合电极的电化学性能,并与其他碳材料进行了对比分析。结果表明,Si与VGCF形成了多级框架结构,丰富了离子和电子传输网络;同时发达的孔结构也缓解了Si粒子在嵌/脱锂过程中的体积效应,使电极活性材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当m(Si)∶m(VGCF)为1:0.5时,Si/VGCF复合电极在500 mA/g的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量高达1470 mA·h/g。     

低成本硅纳米管/碳复合材料的制备及储锂性能

以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料,即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能,又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料,沥青为碳源,采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在,碳层均匀地包覆在硅纳米管上,使得硅碳复合材料的直径增大,碳层厚度约为7 nm,碳以无定形结构存在,碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明,与硅纳米管相比,当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好,首次充放电容量分别为1 387.8 mA·h/g和1 615.7 mA·h/g,首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率,循环性能得到大幅度提升,与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比,包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA·h/g。容量保持率为76.8%。     

CaC2-CCl4体系反应制备纳米碳球及其电化学性能

以碳化钙和四氯化碳为碳源,反应物通过无机化学反应在密封高压釜中制备了纳米碳球.用XBD、SEM、EDS、TEM、HRTEM和BET法对碳球的形貌和结构进行表征,并采用恒流放电法研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.研究结果表明:合成的纳米碳球具有棉花状结构,直径分布为80～250 nm,其d002为0.336～0.340 nm,属于无定形碳结构,BET比表面积为98 m2/g.纳米碳球作为负极材料首次充放电比容量分别为787 mA·h/g和390 mA·h/g,充放电效率为49.6%;5次循环后放电比容量衰减到239 mA·h/g,但效率均保持在95%以上.     

石墨烯/SnO2/Si@PPy复合材料的制备及电化学性能

以氧化石墨烯和Sn Cl2为原料,通过微波水热法合成了石墨烯/SnO_2复合材料(GS),以过硫酸铵为引发剂,通过吡咯在Si粉表面原位氧化聚合制备了Si@PPy(SP)包覆结构,最后通过微波水热组装法制备了石墨烯/SnO_2/Si@PPy复合材料(GSSP)。采用SEM、TEM、XRD、Raman和BET对GS、SP和GSSP材料的形貌和结构进行表征,并以GSSP复合材料为负极组装半电池进行倍率、循环、CV和EIS等电化学性能测试。结果表明,GSSP复合材料具有优异的倍率性能,在100 mA/g电流密度下,放电和充电的平均比容量分别为948.44和869.63 mA·h/g。1000 mA/g电流密度下,经过400次循环放电和充电的比容量保持率高达90.69%和89.34%。     

基于表面改性纳米硅复合负极材料的制备及其性能EI北大核心CSCD

基于简单易操作的湿法包覆制备了以纳米硅粉体和石墨(G)为主要原料,添加表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和石墨烯(GR)的Si/C@GR/G复合材料。研究了不同组分配比对复合材料的成分、形貌及电化学性能的影响。结果表明:制得的复合材料具有良好的循环稳定性,体积膨胀得到缓解。当复合材料中硅质量分数为10%,首次放电比容量约为730 mA·h/g,在电流密度为100 mA/g经100次循环后,其放电比容量稳定维持在500 mA·h/g左右,也展现了良好的倍率性能,首次Coulombic效率达到87.27%,相比纯硅不足70%的效率有了大幅度提高。     

复合溶胶–凝胶一锅法制备锂离子电池氧化亚硅/碳复合负极材料

采用复合溶胶–凝胶法结合后续热处理,制备了具有包埋结构的氧化亚硅/碳(SiO_x/C)复合负极材料。扫描电子显微镜分析结果表明:氧化亚硅纳米颗粒嵌入在无定形碳中。电化学性能测试表明:SiO_x/C复合材料具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。材料在0.1 A/g的电流密度下100次循环后的可逆比容量为710 m A·h/g,容量几乎无衰减;在1.6 A/g的电流密度下,可逆比容量为380 m A·h/g。优异的电化学性能是由于材料的包埋结构能有效地缓冲SiO_x充放电过程中的体积膨胀,保证材料的结构完整性和电化学循环稳定性。     

锂离子电池Si/C/B_2O_3复合负极材料的研究

采用高温热解法制得Si/C/B2O3复合材料,并用XRD和XPS分析材料的物相结构和组成.以复合材料为锂离子电池电极进行恒流充放电测试,并通过循环伏安曲线和充放电曲线研究了材料的电化学反应特性.结果表明,复合材料中的硼以氧化物的形式存在,材料的可逆容量和电化学循环稳定性较硅/碳材料均有较为明显的提高,900℃条件下热解得到的材料的首次可逆容量为584 mA·h·g-1,复合材料在第40次循环的可逆容量可达到325 mA·h·g-1.     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

锂离子负极材料NiFe_2O_4/Graphene复合材料的制备和电化学性能

通过水热法合成了NiFe2O4/Graphene纳米复合材料,采用XRD和SEM对其晶相结构和形貌进行了表征,并将其作为锂离子电池活性材料组装成模拟电池,考查电化学性能。结果表明NiFe2O4/Graphene复合材料在100mA/g的电流密度下首次放电容量达970mAh/g,循环20次后,容量保持在668mAh/g,相比纯的NiFe2O4,具有较好的循环稳定性,这种优异的电化学性能归因于复合材料的纳米结构和NiFe2O4与Graphene的协同作用。     

Co–MOFs纳米片/碳布复合材料的制备及在锂离子电池中的应用EI北大核心CSCD

采用液相沉积法在导电碳布表面原位生长Co-MOFs纳米片,制得了Co-MOFs/CF复合材料。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗等手段对材料的组成、结构形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:当用作无黏结剂型锂离子电池电极时,在50 mA/g电流密度下,Co-MOFs/CF的首次放电比容量为1 621.3 mA·h/g,100次循环后,其放电比容量仍可达445.1 mA·h/g。相比于纯Co-MOFs,Co-MOFs/CF的首次Coulomb效率和循环性能均有明显改善,主要归因于Co-MOFs的二维片状结构与碳布良好导电性之间的协同作用,Co-MOFs/CF优异的电化学性能使其成为很好的锂离子电池电极候选材料。     

TiO_2/C/BP复合负极材料的制备及其储锂性能研究

为了提高TiO_2负极材料的电化学性能,采用球磨-超声-水热法制备了TiO_2/C/BP复合负极材料,测定了材料的循环放电比容量、倍率性能、循环伏安曲线和交流阻抗。结果表明,二氧化钛掺杂石墨、黑磷后,二氧化钛晶型不受影响,TiO_2/C/BP复合材料颗粒分散性得到改善、交流阻抗减小、导电性明显增强,与纯TiO_2相比,电流密度为100 mA/g,首圈放电比容量由320 mA·h/g提高到502 mA·h/g,第3圈放电比容量由175 mA·h/g提高到335 mA·h/g,经过100次循环后,纯TiO_2的放电比容量降至98 mA·h/g,而TiO_2/C/BP的放电比容量仍维持在255 mA·h/g,放电比容量保持率明显提高,库伦效率的稳定性也得到显著提高。     

Co–MOFs纳米片/碳布复合材料的制备及在锂离子电池中的应用

采用液相沉积法在导电碳布表面原位生长Co–MOFs纳米片,制得了Co–MOFs/CF复合材料。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗等手段对材料的组成、结构形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:当用作无黏结剂型锂离子电池电极时,在50 mA/g电流密度下,Co–MOFs/CF的首次放电比容量为1 621.3 mA·h/g,100次循环后,其放电比容量仍可达445.1 mA·h/g。相比于纯Co–MOFs,Co–MOFs/CF的首次Coulomb效率和循环性能均有明显改善,主要归因于Co–MOFs的二维片状结构与碳布良好导电性之间的协同作用,Co–MOFs/CF优异的电化学性能使其成为很好的锂离子电池电极候选材料。