沥青包覆天然石墨作锂离子电池负极材料的研究

将天然鳞片石墨与煤沥青以7：3的比例混合研磨，压力成型并粉碎至大约20pm后将其进行炭化得到炭化样品，并取部分炭化样品对其石墨化得到石墨化样品，将得到的炭化、石墨化样品及天然石墨分别进行XRD、SEM测试，并作为锂离子电池负极材料装配电池后进行电化学性能测试。结果表明，经处理后在石墨表面包履了一层沥青，电化学性能提高，炭化后的包覆样品首次效率比石墨提高了10％，但充放电容量偏低，而石墨化后的包覆样品放电容量及首次效率比天然石墨分别提高了16mAh／g和11%，不可逆容量降低了59mAh／g，稳定后放电容量为380mAh／g，效率为99．6％。     

改性天然鳞片石墨锂离子电池负极材料的研究

对粒径为12μm的天然鳞片石墨进行表面碳包覆改性,并对包覆前后样品的微观结构和电化学性能进行了研究。结果表明:包覆改性提高了天然石墨的振实密度、表面形貌和电化学性能,在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C、2 C、5 C和10 C倍率下,对应的可逆容量分别为368.6 mAh/g、362.6 mAh/g、353.8 mAh/g、340.6 mAh/g、298.6 mAh/g、228.2 mAh/g和150.2 mAh/g,相对于天然石墨,可逆容量分别提高了6.2 mAh/g、20.9 mAh/g、31.6 mAh/g、42.1 mAh/g、52.4 mAh/g、80.0 mAh/g和58.0 mAh/g,碳包覆小粒径天然石墨表现出的良好的倍率性能,有望应用于电动车用锂离子电池中。     

球磨时间对天然石墨微观结构和可逆储钠性能的影响

本文研究了球磨时间对天然球形石墨储钠性能的影响.结果表明,随球磨时间延长,材料由椭球状变为薄片状;晶化程度降低,无定形程度增强,平均晶面间距增大,晶体尺寸减小.编号为Pt0、Pt10、Pt20和Pt30的样品首次放电容量分别为17.2 mAh/g、62.1 mAh/g、128.4 mAh/g、120.1 mAh/g;20次循环以后可逆容量分别为13.9 mAh/g、64.6 mAh/g、114.3 mAh/g、101.6 mAh/g.当电流密度为80mA/g时,Pt20可逆容量达到96.3 mAh/g,材料电化学性能提高的原因主要是:球磨时间延长产生更多的表面和缺陷,为钠离子的嵌入(或吸附)构筑更多的活性点.     

电解锰阳极泥制备锰酸锂

将电解锰阳极泥高温焙烧,使MnO_2转变为Mn_2O_3。再利用醋酸铵将焙烧后阳极泥中的金属铅与其他重金属杂质浸出,得到纯净的Mn_2O_3。再将Mn_2O_3与碳酸锂制备成产品锰酸锂。对产品进行形貌与充放电性能表征。结果表明:产品首次充电比容量为104.898 mAh/g,首次放电比容量为102.753 mAh/g,首次可逆放电效率为97.96%。同时,产品经过100次循环后,其放电比容量由102.753 mAh/g下降为95.06 mAh/g,为首次放电容量的92.51%。     

硫包覆改性磷酸铁锂材料的性能研究

锂硫电池因其较高的理论比容量受到广泛关注,实验采用硫包覆改性磷酸铁锂,以期兼顾两者的优点。硫包覆改性处理的磷酸铁锂材料LFP-0.05S与初始磷酸铁锂材料LFP相比,形貌相近,均为100～300 nm一次颗粒。在碳酸酯类电解液和醚类电解液中,LFP的放电比容量均为160 mAh/g。在醚类电解液中,LFP-0.05S的放电比容量可以达到190 mAh/g,在3.4 V出现磷酸铁锂的放电平台,在2.4 V和2.1 V出现硫的放电平台。但是LFP-0.05S的循环稳定性较差,循环20圈后,容量保持率为74.9%。     

碳掺杂改善LiFePO4电化学性能

采用葡萄糖为碳源,通过固相合成法制备了掺碳的LiFePO4正极材料,并对样品的性能进行了研究分析.结果表明,少量的碳掺杂并未改变LiFePO4的晶体结构但显著改善了其电化学性能,LiFePO4/C样品的粒度较小粒径分布均匀,0.1 C首次放电比容量为141.9 mAh/g,循环50次后容量下降11.2 mAh/g,以1 C倍率首次放电比容量为126.5 mAh/g,循环50次后容量保持率为87.2%.     

用作锂电池负极材料的多孔生物质碳的合成及表征

以藕片为碳源制备生物质多孔碳用作锂电池负极材料,在不同电流密度下的倍率性能测试中,0.1 A/g电流密度下电池首次充放电容量最高可达500 mAh/g,经过60圈循环后电流密度再次恢复到0.1 A/g,生物质多孔碳放电比容量仍然高达500 mAh/g。在电流密度0.5 A/g下,比容量最高可达212 mAh/g左右,经过700次循环比容量仍可维持200 mAh/g,其放电容量保持率为99.4%,显示出材料良好的循环稳定性。说明该碳材料不仅具有较高的循环稳定性还具有较好的倍率性能。     

γ-MnOOH纳米棒的低温水热制备及其电化学性能

采用低温水热法,在弱碱性介质中氧化MnSO4制备了γ-MnOOH.应用X-射线衍射和扫描电镜技术对所得材料的结构和形貌进行表征.γ-MnOOH直径在100~150 nm之间,长度约为2 μm.电化学测试结果表明,γ-MnOOH纳米棒负极材料具有高的比容量、优异的循环性能和倍率性能.在100 mA/g的电流密度下,首次放电比容量高达1454 mAh/g.恒流充放电100次后,比容量仍达到720 mAh/g.     

水系镁离子电池正极材料MgMn2O4的制备

采用溶胶-凝胶法制备得到了主相为四方结构的MgMn2O4。研究了煅烧温度对产物的相演化和表面形貌的影响,比较了电化学循环稳定性。结果表明,550℃烧结得到了表面呈现多孔通道和孔洞的MgMn2O4 (MMO550),在40 mA/g电流密度下,最大放电比容量为54.0 mAh/g; 与碳纳米管于400℃复合2 h后,CNT形成的导电网格有效地将MgMn2O4颗粒连接起来,得到MMO/CNT样品的首次放电比容量可达118.0 mAh/g,是未复合MMO550最大放电比容量的2.2倍,循环30周后容量保持在88.1 mAh/g。     

聚乙烯吡咯烷酮包覆硫/碳复合材料的制备及其电化学性能

采用液相化学沉积法,并引入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）制备得到聚乙烯吡咯烷酮包覆硫/碳复合材料。采用热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、恒流充放电和循环伏安（CV）表征其物化性能和电化学性能,结果表明,聚乙烯吡咯烷酮可有效提高硫/碳复合材料的电化学性能。0.35 C充放电时,所得聚乙烯吡咯烷酮包覆硫/碳复合材料首次放电比容量达到1 415.3 mAh/g(按单质硫的质量计算),120次后比容量保留为903.3 mAh/g,容量保持率为63.8%;2 C充放电时,首次放电比容量可达到904 mAh/g,200次后比容量仍能保持在486.8 mAh/g。     

间硝基苯胺基取代的三聚磷腈复合硫正极材料性能研究

采用间硝基苯胺制备混合取代三聚磷腈复合硫正极材料MPS,并对其进行了热处理。MPS上没有发生锂离子在苯胺基上的嵌入和脱嵌反应,首次放电比容量为847.3 mAh/g,30次循环后比容量为199.1 mAh/g。MPS电化学性能与TPS相似,间硝基苯胺基对S-S键起一定保护催化作用,晶态硫含量增加,比容量相对TPS有提高,衰减速率稍变大。热处理后,断裂的磷腈基团和间硝基苯胺取代基在活性硫表面较厚的包覆,导致放电比容量有较大幅度降低,首次为320 mAh/g。但相比热处理前,比容量下降缓慢,第二次容量保持率为93.1%,平均容量衰减率为2.5%。     

间硝基苯胺基取代的三聚磷腈复合硫正极材料性能研究

采用间硝基苯胺制备混合取代三聚磷腈复合硫正极材料MPS,并对其进行了热处理。MPS上没有发生锂离子在苯胺基上的嵌入和脱嵌反应,首次放电比容量为847.3 mAh/g,30次循环后比容量为199.1 mAh/g。MPS电化学性能与TPS相似,间硝基苯胺基对S-S键起一定保护催化作用,晶态硫含量增加,比容量相对TPS有提高,衰减速率稍变大。热处理后,断裂的磷腈基团和间硝基苯胺取代基在活性硫表面较厚的包覆,导致放电比容量有较大幅度降低,首次为320 mAh/g。但相比热处理前,比容量下降缓慢,第二次容量保持率为93.1%,平均容量衰减率为2.5%。     

多硫化碳炔作为锂二次电池正极材料的研究

通过碳炔类似物与单质硫共热的办法制备了多硫化碳炔,利用Raman、XRD等手段对其进行了表征。考察了多硫化碳炔分别在1 mol/L LiPF_6/EC DEC和1 mol/L LiClO_4/DOL DME电解液中的电化学性能,结果表明:多硫化碳炔在1 mol/L LiClO_4/DOL DME电解液中首次放电比容量为747 mAh/ g,60次循环比容量为236 mAh/g,容量保持率仅为31%,效率低于92%,容量衰减较快。在1 mol/L LiPF_6/EC DEC电解液中电池首放电比容量可达799 mAh/g,60次循环后比容量仍能到达520 mAh/ g,容量保持率可达65%,效率几乎100%,并讨论了多硫化碳炔在这两种电解液中的差异。     

吩嗪-芘共聚物电极新材料的制备及储能性能研究

以5,10-二氢吩嗪和1,6-二溴芘为原料,通过Buchwald-Hartwig芳胺化反应合成出新型聚合物聚(吩嗪-芘)(p-PyPZ),将其作为有机锂电池正极材料,研究其电化学和电池性能。通过FT-IR及XPS对新型聚合物材料的结构形貌进行表征,并通过电化学循环伏安(CV)法对其性能进行测试。结果表明,聚合物p-PyPZ具有多重氧化还原特征,在3.590/3.447 V处出现芘结构单元对应的氧化还原特征峰,表明新型共聚物中芘结构单元即作为链接单元,同时参与氧化还原过程,使制备的电极材料具有多电子储能特性。作为锂离子电池正极材料,聚合物p-PyPZ表现出优良的循环稳定性。在电流密度为20 mA/g的条件下,其稳定放电比容量达到112.1 mAh/g,经过50圈充放电循环后仍能保持在113 mAh/g。在20、50、100、200 mA/g和500 mA/g的电流密度下的放电比容量分别稳定在114.7、109.6、103、96.6 mAh/g和92.1 mAh/g。     

以偕胺肟基聚丙烯腈为粘结剂的锂离子电池负极的研究

粘结剂虽然在硅基锂离子电池中的占比虽然较少,但是在对电池的电化学性能起到重要的作用,本研究使用偕胺肟基聚丙烯腈为硅基锂离子电池的粘结剂,与聚丙烯腈(PAN)为粘结剂的锂离子电池硅基负极在电化学性能方面进行对比,利用扫描电镜(SEM)对偕胺肟基聚丙烯腈和聚丙烯腈的负极极片进行的表征。本研究以聚丙烯腈为原材料制备的偕胺肟基聚丙烯腈复合纳米硅以及导电炭为电池负极,以铜箔为集流体,隔膜为celgard2400,实验结果显示,采用偕胺肟基聚丙烯腈为粘结剂的硅基负极在电流密度为1000mA/g的情况下,首圈放电比容量达到了1496. 1mAh/g,经过了200圈的循环后,其放电比容量仍有434. 7mAh/g,而以聚丙烯腈为粘结剂的硅基负极在同样的条件下,首圈放电比容量有1411. 6mAh/g,经过了200圈的循环后,其放电比容量仅有57mAh/g。     

石墨烯/铁氧化物负极材料的原位制备及表征

传统的石墨负极已经不能满足锂离子电池对高能量密度的需求。采用电化学插层-剥离法得到的石墨烯对铁氧化物负极进行包覆改性,石墨烯表面被部分氧化,拥有类似于氧化石墨烯的功能性,可以和Fe~(3+)通过静电吸附完成表面自组装;而且其表面缺陷少、导电性良好,是制备这类复合材料极佳的备选材料;同时,探讨了不同制备条件对石墨烯堆叠效应的影响。结果表明,冷冻干燥可以一定程度上抑制石墨烯堆叠现象的发生,从而增强复合材料的电化学性能。该负极材料在1 A/g的大电流密度下经过350次长循环后仍能保持603 mAh/g的比容量,远高于现在的石墨负极(372 mAh/g),具有优异的循环稳定性。     

重质化学二氧化锰制备尖晶石锰酸锂

采用重质二氧化锰制备尖晶石LiMn2O4。采用X射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电等技术对合成产物进行物相、形貌和电化学分析。结果表明：采用重质化学二氧化锰与电解二氧化锰制备的LiMn2O4粉末具有相似的X射线衍射结果。采用重质化学二氧化锰制备的LiMn2O4在0.2C、0.5C、1C、2C及3C放电倍率下放电比容量分别为108.5 mAh/g、104.7mAh/g、97.3mAh/g、86.5 mAh/g和70.7 mAh/g,以电解二氧化锰为原料制备的LiMn2O4放电比容量则分别为106.1 mAh/g、103.4mAh/g、99.1mAh/g、89.2mAh/g和75.5mAh/g。两种原料制备的LiMn2O4在不同倍率下的比容量和充放电循环性能差别不大,采用重质化学二氧化锰制备的锰酸锂电化学性质可以达到或超过采用电解二氧化锰制备的锰酸锂。     

铁氰化锰水系锌离子电池正极材料性能研究

水系锌离子电池因其具有较高的理论容量(820m Ah/g)和较低的氧化还原电位(-0.76Vvs.SHE),是一种较具潜力的储能系统。本论文通过共沉淀法制备了铁氰化锰(MnHCF),并将其作为水系锌离子电池正极材料,获得了优异的电化学性能。该材料在电流密度为60 mA/g时,表现出103.5 mAh/g的容量,在300圈循环后容量保持率为98%,即使在1200 mA/g高电流密度下,电极放电比容量仍然保持在98 mAh/g。     

铌钨氧化物掺杂改性氧化亚硅提升首次充放电效率的研究

采用铌钨氧化物（NWO）对SiO进行掺杂改性,并与用五氧化二铌（NO）、钛酸锂（LTO）、钛铌氧化物（TNO）改性的材料进行对比研究,分别记为SiO@NWO、SiO@NO、SiO@LTO、SiO@TNO。利用X射线衍射仪对改性后的材料进行测试。结果表明,SiO的首次放电比容量为1 980.6 mA·h/g,充电比容量为891.2 mA·h/g,充放电效率为45.0%;SiO@NWO的首次放电比容量为464.0 mA·h/g,充电比容量为327.1 mA·h/g,充放电效率为70.5%,首次充放电效率显著提升。交流阻抗测试结果表明,SiO@NWO的电荷转移阻抗R_ct为113.5Ω,显著小于SiO的213.7Ω,表明材料的导电性能得到提高。     

Li4Ti5O12@C复合材料的制备及其性质研究

本文以葡萄糖为碳源,采用原位复合法制备锂离子电池复合负极材料Li4Ti5O12@C,同时探讨了不同碳包覆量对Li4Ti5O12的影响。通过X-射线衍射和扫描电子显微镜对合成出的材料结构及表面形貌进行表征,采用恒电流充放电和电化学阻抗等技术对其进行电化学性能测试。结果表明：碳包覆量为3 %的Li4Ti5O12颗粒均匀且电化学性能最好。在0.5 C下,首次放电比容量为185.9 mAh/g,循环50次后,其放电比容量仍为161.5 mAh/g。在2.0 C下,首次放电比容量为99.9 mAh/g,材料表现出优良的电化学性能。