部分炭化策略制备Si@C材料及其储锂性能研究

硅因其具有较高的理论比容量（约为3 579 mAh/g,Li₁₅Si₄）而成为最具吸引力的负极材料。为了解决硅材料高达300%的体积膨胀和导电性差等问题,以聚丙烯酸（PAA）、蚕茧提取物丝素蛋白和纳米硅（Si NPs）为原料,通过简单的部分炭化,一步法制备了Si@C_AS电极材料,并系统研究了聚丙烯酸（A）/丝素蛋白（S）的比例和炭化温度对Si@C_AS复合材料电化学性能的影响。结果表明:当聚丙烯酸与丝素蛋白的质量比为1∶1,炭化温度为450 ℃时,所制备的Si@C_AS负极的电化学性能较优,远超Si@C_A和Si@C_S负极材料的电化学性能。Si@C_AS负极材料可在0.5 A/g电流密度下循环200圈后比容量可达1 404.2 mAh/g。同时,该材料展现出了优异的倍率性能,在4 A/g电流密度下比容量仍可达1 452.8 mAh/g。      

凹凸棒制备Si@C复合材料及其用于锂离子电池负极材料的电化学性能

硅因其超高的理论比容量而被视为最具潜力的下一代锂离子电池（LIBs）负极材料。目前，硅负极材料的高成本和极其苛刻的合成条件严重阻碍了其在LIBs中的使用。以天然凹凸棒为原料，通过水热法提纯和镁热还原反应制备了硅纳米颗粒（MRR Si），并进一步采用化学气相沉积法以乙炔为碳源制备了MRR Si@C复合材料，系统研究了其作为LIBs负极材料的储锂性能。研究结果表明:通过镁热还原制备的硅纳米在0.2 A/g的电流密度下可展现出2 362 mAh/g的比容量，首次库伦效率（CE）为71.87%，100次（0.5 A/g）循环充放电测试后比容量为909 mAh/g。相比之下，在MRR Si纳米颗粒表面沉积碳层后制备的MRR Si@C复合材料可展现出2 494 mAh/g的放电容量和78.92 %的高CE值。循环性能显示，该复合材料在0.5 A/g的电流密度下充/放电100次后的比容量值可达到1 324mAh/g。同时，该复合材料还可在5 A/g的大电流密度下依然可展现出高达844 mAh/g的高比容量。该MRR Si@C复合材料显示了优异的倍率性能和良好的应用前景。      

Mn掺杂Co0.9Mn0.1P/RGO复合电极材料的合成及其电化学性能

锂离子电池的性能亟待突破瓶颈,当前商用锂离子电池负极材料选用的碳材料容量较低,本文合成制备了一种Mn掺杂石墨烯负载的Co_(0.9)Mn_(0.1)P/RGO复合材料,该材料用于锂离子电池表现出优异的电化学性能。在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到1 250 mAh/g,首次充电比容量为795 mAh/g,充放电效率63.6%。在800 mA/g电流密度下,循环500次,放电比容量仍然达到367 mAh/g。     

锂离子电池多孔硅碳负极材料制备及其性质研究

以氧化亚硅为原料,利用氧化亚硅的歧化反应制备纳米硅颗粒、二氧化硅均匀分散的前驱体,然后利用低残余碳的原位高温固相分解制备得到了多孔结构的硅碳材料,并对材料的表面及微观结构和电化学性能进行了表征。SEM显示材料呈微米级多孔球形分布,该结构可以有效吸收充放电过程中硅的晶格膨胀。XRD和TEM结果表明,氧化亚硅材料在950℃开始发生歧化反应。首次比容量达到了1300.2mAh/g,库伦效率达到了84.5%。硅碳石墨复合材料首次比容量为462.6mAh/g,库伦效率为90.5%,循环50圈后比容量为441.7mAh/g,仍远高于常见石墨负极。     

稻壳基多孔硬碳的制备及其储钠性能

用稻壳做原料，不同浓度的氢氧化钾溶液做活化剂，采用水热法制备钠离子电池硬碳负极材料.利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面积测试系统（BET）和电池性能测试系统，对其结构、形貌和电化学性能进行表征.研究结果表明，用2 mol/L浓度的氢氧化钾做活化剂制备的多孔碳材料（RHPC-1-2）具有37.633 6 m2/g的高比面积且存在大量的微孔和中孔. RHPC-1-2材料具有高的可逆比容量为285 mAh/g和初始库仑效率为72%. RHPC-1-2材料表现出优异的循环性能，在100 mA/g电流密度下，首次循环放电比容量为204 mAh/g，循环100次后容量仍有200 mAh/g，容量几乎没有衰减. RHPC-1-2材料也表现出优异的倍率性能，在25 mA/g、50 mA/g、100 mA/g、200 mA/g和500 mA/g电流密度下放电比容量分别是265 mAh/g、247 mAh/g、213 mAh/g、170 mAh/g和112 mAh/g，当电流密度又是25 mA/g时，RHPC-1-2材料的放电比容量几乎没有下降.      

硅铜复合物电化学储锂性能分析

以Cu_3Si/Si复合物为锂离子电池负极材料,研究Cu_3Si组分对活性物质Si的电化学储锂性能的影响。结果表明,Cu_3Si并无储锂能力,但能够提升活性物质Si的循环和倍率性能。在200mA/g充放电流密度下,负极首次嵌锂比容量为1 345mAh/g,首次库伦效率为88.37%,经过100次循环后,材料的可逆比容量为698.7mAh/g。Cu_3Si/Si负极在200、500、1 000mA/g电流密度下比容量分别为1 346.22、754.33和564.78mAh/g。当电流密度重新回到200mA/g时,可逆比容量仍高达1 030.58mAh/g,体现出了良好的倍率性能。     

高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成

通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯（MnO/rGO）复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰（p-MnO）更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.      

硅-金属基复合储锂材料研究概述

用高容量硅材料替代传统石墨负极以提升锂离子电池能量密度是当下的研究热点.硅负极在实际应用过程中由于自身电导率低、嵌锂时存在严重的体积膨胀效应,使得材料的倍率性能差、循环性能不理想,难以实现商业化应用.将导电性能优异的金属与储锂容量高的硅进行复合被视为有效的改性策略之一.本文介绍了硅-金属基负极在材料的结构设计、合成方法...     

溶胶凝胶法制备Fe_3O_4/石墨烯复合材料及其在锂离子电池负极材料中的应用

Fe_3O_4作为锂离子电池负极材料,理论比容量很高,是一种十分具有应用前景的材料,但是其体积膨胀与导电性差的问题制约了其商业的发展。试验采用简单易行的溶胶凝胶法制备Fe_3O_4/石墨烯复合材料,将纳米棒Fe_3O_4均匀负载在石墨稀上,石墨烯作为桥梁,增加了材料的导电性,同时为Fe_3O_4纳米棒的体积膨胀提供了缓冲作用。试验结果表明,Fe_3O_4/r GO复合材料中石墨烯含量为30. 9%,展现良好循环稳定性及倍率性能,在经过50次循环之后仍具有845. 6 m Ah/g的比容量。     

高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

将Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原,制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析,对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征,并测试其电化学性能。结果表明,通过高温氢还原,氧化石墨烯全部还原为石墨烯,无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面,形成层状复合结构;与纯纳米硅粉相比,Si/G复合材料的电化学性能明显提高,在300 m A/g电流密度下,首次放电比容量为2 915.0(m A·h)/g,首次充电比容量为1 080.5(m A·h)/g,20次循环后比容量稳定在969.6(m A·h)/g,库伦效率为99.8%;而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4(m A·h)/g,20次循环后比容量仅为6.4(m A·h)/g。     

石墨烯负载镍基多金属氧酸盐负极材料及其电化学性能

能源危机是目前全球关注的重要问题。锂离子电池(LIB)由于其能量密度高,循环寿命好,环境友好等,已成为当前最热门的新能源技术。尽管商用的碳负极能有效降低锂枝晶的生成,但是其在储能密度方面仍然达不到人们日益增长的需求。因此,设计合成新型的锂离子电池电极材料是突破高能锂离子电池瓶颈的关键问题之一。本文作者成功合成了一种石墨烯负载多金属氧酸盐-有机骨架材料(Ni-POMs),并且将该材料用于锂离子电池负极。扫描电镜(SEM)分析显示Ni-POMs材料具有规则的六棱柱形状,X-射线衍射(XRD)测试结果显示实验样品的衍射峰与计算模拟衍射峰一致。石墨烯负载后样品的形貌出现部分破坏,但仍可以观察到六棱柱形状。在100 mA/g电流密度下,经过50次循环后Ni-POMs材料的放电比容量可达到717 mAh/g。在800 mA/g的电流密度下,循环500次后仍能保持82.2%的容量保持率。经过石墨烯负载后,Ni-POMs@GO材料的循环性能和倍率性能进一步得到提升。Ni-POMs@GO电极的材料循环稳定性主要得益于其独特的多孔特性和高化学稳定性,石墨烯负载后为材料提供了电子传输通道,进一步提升了其电化学性能。      

具有微米纤维碳的硅/石墨/碳复合材料的制备及在锂离子电池中的应用

以沥青为软碳原料，商业石墨的载体材料，通过高温热解法成功合成了硅/石墨/碳复合材料，同时原位生成了微米尺度的碳纤维.该硅/石墨/碳复合材料具有诸多优点，石墨片层堆叠之间的空隙为硅的体积膨胀提供了有效的空间，沥青热解碳材料的包覆能一定程度抑制硅基材料的体积效应和提高其电子电导率，同时微米级的碳纤维能提高材料的长程导电性和结构稳定性，从而极大的改善负极材料循环性能.通过电化学测试表明，硅/石墨/碳复合材料中硅/石墨/碳复合负极材料在200 mA·g-1电流密度下具有650 mA·h·g-1的可逆容量，在200 mA·g-1电流密度下经过500圈循环后容量保持率为92.8%，每圈的容量衰减率仅为0.014%，展现了优异的循环性能.      

氧化钨/碳纳米管膜复合负极的制备及其储锂性能

氧化钨(WO₃)因具有较高的理论比容量(693 mAh/g)已成为锂离子电池负极材料的有力候选者。但在电池充放电即锂离子脱/嵌入过程中WO₃会产生较大的体积变化,导致其放电比容量快速衰减,故对其循环稳定性研究仍是热点之一。文中采用水热法和喷涂法分别在碳纳米管膜(CMF)基底上成功合成了水热型-氧化钨/碳纳米管膜(H-WO₃/CMF)和喷涂型-氧化钨/碳纳米管膜(S-WO₃/CMF)复合电极。XRD测试结果显示H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF中的WO₃分别属于单斜相和六方相。将H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF分别组装成扣式电池进行电化学性能测试,结果表明H-WO₃/CMF的首次放电比容量高于S-WO₃/CMF。当H-WO₃/CMF以0.2 C倍率循环时,第1圈放电比容量达到635 mAh/g,循环50圈时放电比容量为510 mAh/g,仍有上升趋势; S-WO₃/CMF在0.2 C倍率下循环时,第1圈放电比容量仅为515 mAh/g,在后续循环过程中容量衰减较快。交流阻抗测试结果显示H-WO₃/CMF的导电性高于S-WO₃/CMF。研究结果表明:H-WO₃/CMF作为锂离子电池负极,有望提升WO₃的电化学稳定性。      

锂离子电池用CuFe2O4立方颗粒负极材料的合成及其电化学性能

金属氧化物材料具有多倍于商业石墨负极的理论容量,但此类材料在储锂过程中会出现体积膨胀,导致活性物质粉化脱落,影响锂离子电池的循环寿命。以金属有机框架（MOFs）普鲁士蓝立方体为自牺牲模板合成了空心CuFe₂O₄立方颗粒,并将其作为锂离子电池的负极材料。CuFe₂O₄立方块的粒径范围在300~500 nm之间,壳层厚度为40 nm。电化学测试表明CuFe₂O₄立方颗粒在200 mA/g电流密度下循环200次后放电容量仍能达到742.4 mAh/g,出色的性能得益于颗粒的中空结构能够有效缓解因储锂而产生的体积膨胀,从而延长锂离子电池的循环寿命。      

Na、Zr复合改性提高LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料理化性能

基于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料在高电压下的电化学性能不佳问题,通过简单的共沉淀法得到前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂,与适当的Na源、Zr源及Li源球磨后得到改性材料。通过对比Na和Zr单掺杂或共改性来探究改性材料电化学性能的变化。XRD结果表明,掺杂Na和Zr后,所有改性材料的Li间距和过渡金属层间距均扩大,电化学性能测试发现改性后的材料其循环、倍率性能等均得到明显提升。其中Na、Zr共改性的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM-Na-Zr）,其循环和倍率性能得到显著改善,在2.75~4.35 V、1C倍率下循环200次后,仍然有177.4 mAh/g放电比容量和87.7%的容量保持率。