聚苯胺包覆对提高单质硫正极材料的性能研究

采用原位聚合法合成了聚苯胺包覆硫复合材料,并分析了产品的晶体结构和表面形貌。苯胺的聚合倾向于在单质硫颗粒表面进行,形成聚苯胺包覆的硫复合材料。以0.2 mA/cm2电流密度充放电,含聚苯胺为15%的聚苯胺/硫复合材料的首次放电容量为1 134.01 mA.h/g,比未改性硫电极增加了82.42%;充放电循环30次后放电电容量为526.89 mA.h/g。当充放电电流密度提高到0.30、.4 mA/cm2时,聚苯胺/硫复合材料的放电容量分别为704.81、194.77 mA.h/g。改性后的聚苯胺/硫复合材料的电化学性能得到了较大的改善。     

硅碳负极材料的合成研究

以光伏产业废硅粉为原料,采用球磨工艺, CMC为碳源,得到了最优的碳包覆比例,得到了一种碳包覆硅碳负极材料。借助扫描电镜(SEM)和模拟电池测试等方法,对硅碳复合材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,采用2.5%CMC添加量的碳包覆材料性能较优,其首次放电比容量为850.3 mAh/g,20次放电容量还保持690.8 mAh/g,为首次放电容量的81.24%mAh/g。     

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。     

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%。     

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%.     

正极材料纳米Li2FeSiO4/C的溶胶–凝胶法合成及电化学性能

采用溶胶–凝胶法,以抗坏血酸作为碳源并添加表面活性剂聚乙二醇(PEG)合成纳米复合材料Li2FeSiO4/C。研究了PEG对Li2FeSiO4/C结构及电化学性能的影响。结果表明:添加PEG后合成的纳米Li2FeSiO4/C颗粒细小(约50nm),表面均匀包覆一层碳。因此,纳米复合粉体Li2FeSiO4/C在充放电过程中具有更小的扩散阻力和更高的电导率,而均匀的碳层能够减少活性物质与电解液之间副反应的发生。室温下以C/16倍率充放电,首次放电比容量为138.2mAh/g,并且在不同倍率下循环40次后仍保持在130.4mAh/g。     

SiO/C复合材料的制备及储锂性能研究

通过球磨、水热和焙烧的方法,制备了SiO/C复合材料。扫面电镜(SEM)测试结果表明,通过水热反应形成的碳微球,能够均匀包覆在氧化硅表面。恒流充放电测试表明,合成的SiO/C复合材料首次充放电容量分别为918.2和549mAh/g,经过70次循环后可逆容量为463.6mAh/g。循环性能得到改善归因于碳的均匀包覆有效缓冲了材料在循环过程中的体积变化,保持了良好的导电网络。     

KOH含量对棉秆碳结构特征及锂硫电池正极性能的影响

以棉秆为生物质源、KOH为活化剂、单质硫为储能物质,采用炭化-活化-高压3步法制备高性能碳硫复合材料,并探究KOH用量对活性碳结构以及复合材料电化学性能的影响。结果表明,KOH的活化促进了活性碳中10 nm以下孔的发育,碳碱质量比(棉秆碳化后的碳：KOH质量比)为1∶4时活性碳的比表面积和孔体积达到最大,分别为3 068.15 m²/g和1.68 cm³/g。过量的KOH活化导致3～9 nm部分孔的坍塌,使得微孔/小介孔向大介孔或大孔转化,比表面积和孔体积缩小。复合材料的电化学性能和活性碳的孔体积呈正相关,碳碱质量比为1∶4时制备的活性碳与硫进行复合的碳硫复合材料展现出最佳的电化学性能。在0.1 C的电流密度下经过100次循环之后,仍可保留787 mAh/g的放电容量;在2 C的电流密度下也可展现出582 mAh/g的高比容量。     

碳源及加入量对LiFePO_4/C性能的影响

以不同的有机物(蔗糖、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙二醇2000、酒石酸)为碳源合成LiFePO4/C复合材料,研究了不同碳源对复合材料晶型结构与电化学性能的影响。结果表明,不同的碳源对LiFePO4材料的晶型结构没有影响,但对电化学性能影响较明显,其中采用蔗糖为碳源制得的复合正极材料电化学性能最好。进一步研究了蔗糖加入量对复合材料的形貌、粒径分布、电导率及电化学性能的影响,发现当蔗糖加入量为铁与碳的物质的量比为1∶1时,样品颗粒细小、分布均匀,电导率明显提高,电化学性能最好,0.1C首次放电比容量为154.53 mA.h/g,0.5C首次放电比容量也高达141.14 mA.h/g,循环10次后,仍保持在137.62 mA.h/g。     

液相法制备碳纳米管/硫正极材料及电化学性能研究

Na2S作为硫源,H2O2为氧化剂,高温水热环境下与HNO3处理的碳纳米管(CNTs)复合,合成碳纳米管/硫(H-CNTs/S)正极材料,材料载硫量为49 wt%,0.2 C倍率下首次循环比容量为680 mAh·g-1,50次循环后保持率高达75%,复合材料具有优良的倍率性能。     

石墨烯/硅负极材料的制备及其电化学性能的研究

通过将亚微米硅与石墨烯进行原位还原复合(SG1)和机械混合(SG2)这2种方式制备了不同的石墨烯/硅复合锂离子电池负极材料。SEM结果显示,2种复合物中硅颗粒都被石墨烯片层所包夹,且分散均匀;充放电测试表明,这2种复合方式均使复合电极的首次容量损失大大减小,循环稳定性得到很大提高,其首次放电比容量分别为2 070.5mAh/g和1 534.2mAh/g,循环12次后均保持在1 000mAh/g以上;通过EIS阻抗谱对硅复合电极的导电性以及电极结构的初步研究,发现复合电极本身导电性以及材料的电接触性远优于纯硅,电极结构也相对稳定。     

Electrochemical characteristics and intercalation mechanism of ZnS/C composite as anode active material for lithium-ion batteries

ZnS/C composites were synthesized by a combined precipitation with carbon coating method. Morphology and structure of the as-prepared ZnS/C composite materials with carbon content of 4.6 wt%, 9.3 wt% and 11.4 wt% were characterized using TEM and XRD technique. TEM observation demonstrated that the ZnS/C (9.3 wt% C) composite showed excellent microstructure with 20–30 nm ZnS nanoparticles uniformly dispersed in conductive carbon network. Electrochemical tests showed that the ZnS/C (9.3 wt% C) composite presented superior performance with initial charge and discharge capacity of 1021.1 and 481.6 mAh/g at a high specific current of 400 mA/g, after 300 cycles, the discharge capacity of ZnS/C electrode still maintained at 304.4 mAh/g, with 63.2% of its initial capacity. The rate capability and low temperature performance of the ZnS/C (9.3 wt% C) composite were compared with commercial MCMB anode. The results showed that the ZnS/C (9.3 wt%) composite exhibited much better cycle capability and low temperature performance than MCMB anode. ZnS/C composite seems to be a promising anode active material for lithium ion batteries. Intercalation mechanism of the ZnS/C composites for lithium ion insertion–extraction is proposed based on the ex situ X-ray diffraction analysis incorporating with its electrochemical characteristics.     

LiFePO_(3.92)F_(0.08)C的合成、表征和电化学性能

采用两步固相法反应制备LiFePO4/C和LiFePO3.92F0.08/C。采用XRD对样品的结构进行分析。结果表明LiFePO3.92F0.08/C仍然具有橄榄石结构,但是相比于未掺杂的磷酸铁锂其具有更好的倍率性能和循环性能。LiFePO3.92F0.08/C在不同倍率下的放电比容量分别为141.7mAh/g(0.2 C)、113.2 mAh/g(1 C)、70.4 mAh/g(10 C)。尤其是在1 C倍率下循环30圈后,放电比容量仍达115.6 mAh/g。研究显示,F掺杂能够提高电子电导率进而显著改善其电化学性能。     

Wormhole-like mesoporous magnesium oxide fabricated by surfactant templating method to enhance cycling performance of lithium-sulfur batteries

Lithium-sulfur (Li–S) batteries are considered to have the best development prospect for electric vehicles. But enhancing the cycling performance of Li–S batteries is necessary and urgent. Mesoporous MgO particles (MMgO) are prepared by surfactant templating method and used to prepare cathode materials for the first time. The prepared MMgO has a hexagonal flake-like structure with a thickness of 50–80 nm, a transverse length of 150–350 nm, a processing area of 181.56 m²/g, an average pore diameter of 3.11 nm and a pore volume of 0.26 cc/g. MMgO shows low intensity and slightly broader diffraction peaks in the XRD pattern, indicating the presence of lattice distortion, defects, dislocations or unsaturated valence bonds. MMgO particles are uniformly distributed on the sulfur surface to provide high surface area, many active sites and interconnected channel structure, which makes more sulfur contact with MMgO to be adsorbed, activated and participated in charge and discharge reaction. The Li–S battery containing sulfur/MMgO composite at weight ratio 90:10 shows the best cyclic stability with capacity retention rate 84.7% after 100 cycles at 0.2 C. The initial specific capacity of a Li–S battery with sulfur/MMgO composite at weight ratio 70:30 can reach 1062 mAh/g at 0.2 C, which is much higher than sulfur/commercial MgO at the same weight ratio.     

锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Co_(0.12)Mn_(0.52)O_2的溶胶-凝胶制备与电化学性能研究

以柠檬酸作为螯合剂,通过简单的溶胶-凝胶法制备了富锂层状氧化物Li1.2Ni0.16Co0.12Mn0.52O2纳米颗粒。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果显示:尺寸在100~300 nm的产物具有良好的六方层状结构。作为锂离子电池正极活性物质,在0.1C电流密度和2.0~4.7 V电压区间,Li1.2Ni0.16Co0.12Mn0.52O2电极的初始放电比容量为245.9 mAh·g-1;在0.5C的电流密度下,经过60次循环容量保持率达到97.3%;同时在5C这样高的电流密度下,放电容量也能稳定在115.8 mAh·g-1。     

Large-scale synthesis of ordered mesoporous carbon fiber and its application as cathode material for lithium–sulfur batteries

A novel type of one-dimensional ordered mesoporous carbon fiber has been prepared via the electrospinning technique by using resol as the carbon source and triblock copolymer Pluronic F127 as the template. Sulfur is then encapsulated in this ordered mesoporous carbon fibers by a simple thermal treatment. The interwoven fibrous nanostructure has favorably mechanical stability and can provide an effective conductive network for sulfur and polysulfides during cycling. The ordered mesopores can also restrain the diffusion of long-chain polysulfides. The resulting ordered mesoporous carbon fiber sulfur (OMCF-S) composite with 63% S exhibits high reversible capacity, good capacity retention and enhanced rate capacity when used as cathode in rechargeable lithium–sulfur batteries. The resulting OMCF-S electrode maintains a stable discharge capacity of 690 mAh/g at 0.3 C, even after 300 cycles.     

电池正极材料Li3V2-2x/3Mnx（PO4）3/C的制备及性能研究

以V2O5、NH4H2PO4、Li2CO3、(CH3COO)2Mn.4H2O原料,以葡萄糖和抗坏血酸为复合还原剂及碳源,通过常温还原-低温烧结法制备锂离子电池正极材料Li3V(2-2x/3)Mnx(PO4)3/C(x=0,0.03,0.06,0.09,0.12)。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电测试对该正极材料的物相、结构、微观形貌以及电化学性能进行了表征。结果表明,Mn2+的掺杂对磷酸钒锂电化学性能的发挥影响很大,其中当锰掺杂量x=0.09时材料表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率条件下首次放电比容量131 mAh/g,循环50次后容量衰减仅为4.02%。     

溶剂热法合成锂离子电池正极材料-纳米LiFe1/3Mn1/3Co1/3PO4/C

首次报道了溶剂热法合成一种新型锂离子电池正极材料LiFe1/3Mn1/3Co1/3PO4,并对其结构和电化学性能进行了研究。合成的LiFe1/3Mn1/3Co1/3PO4属正交晶系结构,扫描电镜照片显示合成的材料是长度300～400nm,宽度200．250nm,厚度约100nm的板状结构。以碳包覆后的LiFe1/3Mn1/3Co1/3PO4作为正极材料组装电池进行充放电测试,在3．5V,4．1V,4．6V出现了三个平台,分别对应Fe^3＋／Fe^2＋,Mn^3＋／Mn^2＋,Co^3＋／Co^2＋氧化还原电对,0．2C时首次放电容量达到142．2mAh／g,经过50次循环后可逆容量仍保持在92．6mAh／g。     

锂离子电池Sn负极材料的制备及性能

采用射频磁控溅射法在射频溅射功率200W、镀膜时间10min的工艺条件下制备了锂离子电池用Sn薄膜负极材料。通过XRD、SEM、ICP、恒电流充放电对薄膜材料的结构、形貌及循环性能进行了表征。结果表明,该工艺下获得的Sn薄膜只出现了一个衍射峰Sn（220）,表面分布均匀细小颗粒,平均颗粒大小约500nm。薄膜电极首次嵌锂容量为751mAh／g,30次循环后,嵌锂容量保持在500mAh／g以上。