结构有序的Si/void/C/graphene纳米复合结构的制备及储锂性能

采用简单的超声、冷冻干燥和热还原相结合的自组装方法,设计和构建了纳米硅核/间隙/无定形碳壳层/石墨烯（Si/void/C/graphene） 三维有序纳米复合结构。在该结构中,纳米硅核与碳壳层之间的空隙有效避免了硅的巨大体积膨胀对碳层的破坏,大幅度提高了锂离子电池的循环稳定性;将Si/void/C纳米结构嵌入在石墨烯层与层之间,利用石墨烯卓越的导电性和柔韧性,进一步缓冲了硅材料的体积效应和提高了复合材料的导电性能。该复合材料在4200 mA·h·g^-1（1 C）电流密度下循环1000次后比容量仍高达1603 mA·h·g^-1;在67 A·g^-1（16 C）的高倍率下,比容量仍有310 mA·h·g^-1,显示出了在锂离子电池负极材料领域的巨大应用潜力。     

硅碳复合电极材料制备及储锂性能

采用水热法以Zn Cl2为活化剂制备活化石墨烯纳米片(a-GNPs),并研究了工艺参数对其孔结构的影响。将表面包覆导电聚苯胺(PANI)的硅纳米粒子与a-GNPs以一定比例混合,经热解形成Si/p-PANI/a-GNPs复合材料用于锂离子电池负极。采用TEM对a-GNPs孔结构进行了表征;采用FTIR分析了PANI热解前后化学键的变化;采用SEM分析了电极结构和形貌;采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法测量了硅复合电极的电化学性能。实验结果表明,Si/p-PANI/a-GNPs复合电极的储锂容量和稳定性有明显改善,400m A/g恒电流充放电循环50次后可逆比容量达到1093.4m A·h/g,比Si电极和Si/p-PANI电极分别提高了415.3%和112%。这主要归因于a-GNPs对电解质传输的促进作用以及电导的贡献。     

Ni/Al-LDH/MCNTs原位复合材料的制备与电化学性能

以Ni（NO₃）₂·6H₂O、Al（NO₃）₃·9H₂O、尿素和MCNTs为原料,采用原位均相沉淀法制备了MCNTs含量（质量分数）分别为1%、3%和5%的Ni/Al-LDH/MCNTs复合电极活性材料。采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）表征了材料的微观结构和形貌;采用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗（EIS）和充放电测试研究了该复合材料作为镍氢电池正极材料的电化学性能。结果表明,在Ni/Al-LDH中复合MCNTs能够提高材料的电化学活性,降低电化学反应电阻,显著改善材料的大电流充放电性能。其中MCNTs含量为3%的Ni/Al-LDH/MCNTs复合材料具有最佳的电化学性能,在200、500、1000和2000 mA·g^-1电流密度下的放电比容量分别为330、321、307和288 mA·h·g^-1,而未复合MCNTs的Ni/Al-LDH在2000 mA·g^-1电流密度下放电比容量仅为205 mA·h·g^-1。     

石墨烯/δ-MnO2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO₂复合材料,并用X射线粉末衍射（XRD）、低压氮气吸附脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、热重（TGA）对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试（CV）、恒电流充放电（GCD）以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g^-1（99.6%）,说明该方法制备的RGO/δ-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

聚间苯二胺/碳纳米管复合材料制备及其电容法脱盐研究

采用原位氧化聚合方法制备聚间苯二胺（PmPD）和碳纳米管（CNT）复合电极材料（PmPD@CNT）,考察了PmPD的添加对复合材料亲水性、电化学性能的影响,研究了以PmPD@CNT为电极的电容法脱盐（Capacitive Deionization,CDI）性能。扫描电镜和透射电镜分析表明PmPD的球形形貌保留在复合材料中且均匀包裹在CNT外表面。接触角测试证明,与CNT （107°）相比,PmPD@CNT的接触角（61°）显著降低,亲水性明显提高。X射线衍射和拉曼光谱图的测试结果证明PmPD@CNT相比CNT有更多的缺陷点位,有利于提高离子吸附能力。电化学测试证明,PmPD@CNT （72.5 F·g^-1,0.071 Ω）比CNT （27.4 F·g^-1,0.089 Ω）具有更高的比电容和较低的电阻。将PmPD@CNT制备成固体电极用于CDI组件进行饱和脱盐测试,结果表明以500 mg·L^-1的NaCl溶液为原料液及1.4 V操作电压条件下,该复合电极的盐吸附量为16.64 mg,对应的比吸附量为35.40 mg·g^-1,平均吸附速率为10.11 mg·g^-1·min^-1,PmPD@CNT的比吸附量和平均吸附速率分别是CNT的2.4和1.4倍。PmPD@CNT因其良好的亲水性,优异的电化学性能和脱盐性能,有望成为有竞争力的CDI电极材料。     

多孔碳负载五氧化二铌及其在超级电容器中的应用

以间苯二酚、甲醛和草酸铌为原料,通过原位聚合和高温煅烧,制备出多孔碳负载的五氧化二铌（Nb₂O₅）材料。X射线粉末衍射和扫描电镜分析表明,负载在多孔碳表面上的五氧化二铌具有三维纳米凸起结构,属于正交晶型。循环伏安测试表明该复合材料的比电容达到290 F·g^-1,并具有良好的大电流放电能力,5 A·g^-1的放电电流下,容量可以达到108 F·g^-1。0.5 A·g^-1的首次放电容量为355 F·g^-1 （1.0~3.0 V vs. Li⁺/Li）,100次循环后容量保持率为82%。通过对交流阻抗图谱和等效电路的模拟分析,对其电化学赝电容特性进行了讨论。该复合材料降低了电解液中离子在充放电过程中的迁移路径和扩散阻力,实现Nb₂O₅活性材料的多维度接触,提高了Nb₂O₅的导电性,改善了其超级电容特性。     

花状Ni(OH)2的制备及其电化学性能研究

以NiCl₂·6H₂O和NH₃·H₂O为原料,采用简单的水热法,借助表面活性剂CTAB成功合成了β-Ni(OH)₂。研究表明,该材料具有以纳米片相互穿插构成的花状分层微米球结构,比表面积高达45 m²?g^-1。电化学测试表明材料具有良好的电化学性能,在3 A?g^-1的充放电电流密度下,Ni(OH)₂的比容量达到505 C?g^-1,在超级电容器领域具有良好的应用前景。     

CuFe类普鲁士蓝/MnO2纳米片复合材料的电化学性能

采用共沉淀合成法，将CuFe类普鲁士蓝(CuHCF)与不同质量的MnO₂纳米片结合，构建CuHCF/MnO₂复合材料来提高电化学性能。利用扫描电镜、X射线粉末衍射仪和红外光谱对CuHCF/MnO₂的形貌和微观结构进行分析，并用循环伏安法和电流充放电法评价其电化学性能。结果表明：由于CuHCF和MnO₂纳米片良好的协同效应，CuHCF/MnO₂-1电极在1 A·g^-1电流密度下比容量最高为260.9 F·g^-1,优于单独的CuHCF和MnO₂电化学性能。     

Mo2N量子点@N-掺杂石墨烯复合材料的制备及储锂性能

为改善钼氮化物的电化学储锂性能，以钼酸铵、六次甲基四胺及氧化石墨烯（GO）为原料，通过水热、冷冻干燥及在H₂/N₂混合气中热处理，制备了Mo₂N量子点@氮掺杂石墨烯复合材料（Mo₂N-QDs@Ngs），并探究了GO复合量对电化学储锂性能的影响。透射电子显微镜（TEM）测试结果表明：制备的Mo₂N量子点尺寸约为2~5 nm，Mo₂N量子点均匀地分布在氮掺杂石墨烯的表面。电化学测试结果表明：当GO复合量为30%时（Mo₂N-QDs@Ngs-30），制备的复合材料具有最佳的电化学储锂性能，其在0.1 A·g^-1的电流密度下具有699 mA·h·g^-1的比容量，在2 A·g^-1下仍具有286 mA·h·g^-1的比容量。     

晶须形中空多孔氮掺杂复合碳电极材料的制备及电化学性能研究

中空多孔碳因其低密度、大孔容、高比表面积以及优良的电导率,被视为一种理想的电负极材料。以纳米碳酸钙晶须为模板剂,负载聚多巴胺薄膜与氧化石墨烯,作为碳源与氮源,制备出晶须形中空多孔碳材料（Cw-GO）,应用于锂离子电池负极。碳化过程中,碳酸钙晶须经高温分解释放出大量二氧化碳,刺破碳前体壳层,具有高效扩孔功能。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附-脱附仪对样品形貌和结构进行了表征,利用循环伏安（CV）、阻抗谱（EIS）、循环充放电（GCD）对样品进行电化学性能检测。结果表明,复合材料Cw-GO在500 mA·g^-1的电流密度下,其初始放电比容量可达到1185.9 mA·h·g^-1,在循环200次后,比容量为921.8 mA·h·g^-1,库仑效率基本保持在99.4%,表现出优异的电化学性能。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

PANI/煤基石墨烯宏观体复合材料的制备及其电化学性能

以太西无烟煤为原料,采用催化热处理、改良Hummers氧化等方法,制备煤基氧化石墨烯（CGO）,进而以CGO和聚苯胺（PANI）为前驱体,采用水热自组装法,制备得到PANI/石墨烯宏观体复合材料（3D-PCG）。采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技术,研究了材料的组成、结构和形貌,考察了3D-PCG的电化学性能。结果表明,PANI以纳米棒状形态均匀镶嵌在煤基石墨烯宏观体（3D-CG）的网状结构中;当PANI与CGO质量比为1：2时,3D-PCG的电化学性能优于PANI和3D-CG,其比电容可达663 F·g^-1。     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl₂·6H₂O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500 mA·g^-1电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 mA·h·g^-1,容量保持率达86.6%;在10 A·g^-1的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 mA·h·g^-1。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

MOF衍生的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料的制备与电化学性能研究

为提升超级电容器电极材料的电化学性能,在泡沫镍(NF)上以MOF为模板制备出NiCoP/C导电骨架,后将超薄NiMn-LDH纳米片沉积其上,制备得到核壳结构的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料。电化学测试结果表明,MOF模板的高比表面积、独特的核壳结构和NiCoP/C与NiMn-LDH之间的协同作用有利于电极材料性能的提升。制备得到的NiCoP/C@NiMn-LDH电极在1 A·g^-1下比电容可达2 278.0 F·g^-1;循环2 000圈后电容保留率为93.7%。     

不同镍钴锰比对xLi2MnO3-(1-x)LiMO2正极材料的 结构和电化学性能的影响

以NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 mA·h·g^-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 mA·h·g^-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 mA·h·g^-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

Li2ZrO3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的复合材料及其电化学性能

以Zr（NO₃）₄·5H₂O和CH₃COOLi·2H₂O为原料,采用湿化学法,将Li₂ZrO₃包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池正极材料的表面,研究Li₂ZrO₃不同包覆比例对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明,Li₂ZrO₃层均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面,其厚度约为8 nm。与纯相相比,1%（质量分数） Li₂ZrO₃包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g^-1、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g^-1,其容量保持率达到91.77%,表现出良好的循环稳定性。循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）测试结果表明,Li₂ZrO₃包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应,减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗,从而提高了材料的电化学性能。     

ZIF-67衍生的多孔钴氧化物碳纤维制备及其储锂性能

以六水合硝酸钴、2-甲基咪唑为溶质，甲醇为溶剂，采用室温共沉淀法制备ZIF-67,并采用静电纺丝技术将ZIF-67掺杂在碳纤维中。研究了此负极材料的结构、形貌与电化学性能。由电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、综合热分析、X射线衍射（XRD）以及LAND电化学测试结果表明：以ZIF-67衍生的多孔钴氧化物碳纤维作为负极材料，具有较高比容量、良好的循环稳定性(在电流密度为100 mA·g^-1时，100次循环后比容量仍具有597.7 mAh·g^-1)。     

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。     

多级结构MoS2/C复合材料的储锂性能

利用二硫化钼和葡萄糖为原料,采用一锅乙醇/水复合溶剂热-后热处理法制备了绣球花状结构MoS₂/C复合材料。考查了乙醇/水复合溶剂的合理组成和MoS₂/C复合材料中碳的合理含量,分别采用SEM和TEM表征了MoS₂/C材料的形貌结构,通过TGA测试和计算了材料中的碳含量。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了MoS₂/C复合电极的电化学性能。结果表明,MoS₂/C复合材料拥有多级花球状结构,缓解了MoS₂的团聚,使电极材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当V（乙醇）：V（水）为1：2,碳含量为50%时,MoS₂/C复合电极在200 mA·g^-1的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量达到762 mA·h·g^-1。