γ-Fe_2O_3/C复合纳米材料的制备及其储钠性能研究

环境问题和能源问题使当下社会对高效友好的储能器件的研究越来越紧迫。储量丰富且安全无毒的钠离子电池引起人们的注意。金属氧化物因其较高的理论容量、丰富的储存和低廉的成本而成为应用前景极广的钠离子电池负极材料。通过液相合成法制备出对苯二甲酸铁前驱体,结合后续的真空退火成功地制备出纳米级γ-Fe_2O_3/C。用制备的γ-Fe_2O_3/C作钠离子电池电极材料时,该电极表现出良好的电化学性能,在电流密度为50 mA/g时,经过100次充放电循环后可逆容量高达277.67 mAh/g,容量保持率为74.63%;在经过高倍率放电-充电循环,电流密度再次降到50 mA/g时,可逆容量可恢复到305.54 mAh/g,容量保持率为93.77%,库伦效率为99.6%。说明在γ-Fe_2O_3作为钠离子电池负极电极材料时,通过碳材料的包覆以及纳米化可以优化其循环性能,为后续研究电极材料的合成方法和储钠性能提供可行的途径。     

锂离子电池充放电过程中的热特性研究

为了在某一恒定温度下准确研究电池充放电过程中的吸放热特性,本文以18650LiCoO_2电池为实验对象,采用等温量热仪和充放电柜对锂离子电池在充放电过程中的产热行为进行研究。研究结果表明,随着充/放电倍率的增大,电池放热速率明显升高,在20℃条件下,1C倍率放电后期产热速率较0.3C增加了530.5%;在同一倍率条件下,LiCoO_2电池0℃与40℃相比,充电时间增加了10.2%,严重影响了LiCoO2电池的充电性能;在相同条件下,放电过程中电池产热量要远大于充电过程中电池产热量。本文为电动车用锂电池热安全研究提供了可靠的参考依据。     

钛酸锂电池低温特性研究

在低温环境(0、-5和-15℃)条件下,对钛酸锂纽扣电池进行充放电循环和倍率测试,探究低温环境对钛酸锂电池循环稳定性和容量衰减程度造成的影响.实验证明低温环境下的钛酸锂电池容量降低和电压平台变短是由电池内部的极化加深和锂离子扩散受限造成的,低温环境下改用小倍率充放电可有效发挥电池的可用容量.     

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2+LiMn_2O_4/软碳体系电池的研究

选用锰酸锂(Li Mn2O4)、复合镍钴锰酸锂(Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2)按不同比例混合作为正极,软碳作为负极材料,制备复合镍钴锰酸锂与锰酸锂混合型锂离子全电池(简称混合型锂离子全电池),选择质量分数为15%,35%的Li Mn2O4与Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2混合作为正极活性物质进行实验,研究Li Mn2O4对锂离子全电池充放电性能、安全性能、倍率放电性能、脉冲功率特性等的影响。结果表明:Li Mn2O4质量分数为35%时,既提升了锂离子全电池的电性能,又保证了其较高的安全性能;常温下电流为1I1(I1代表1 h率放电电流)充放电循环预计寿命可达到1 500周,55℃高温下电流为0.5I1充放电循环335周容量保持在92%以上;在放电深度(DOD)10%~80%内10 s脉冲充放电状态下,混合型锂离子全电池阻抗均在9 mΩ以下,50%DOD时的10 s放电比功率在700 W/kg以上。     

碳纳米管-介孔碳/硫复合材料的制备及其电化学性能

以碳纳米管作为基体、葡萄糖作为水热碳源,制备具有介孔结构的同轴碳纳米管-碳材料,再将硫负载到该碳基材料后得到碳纳米管-碳/硫复合材料,然后将其用作锂硫电池正极材料。利用SEM、TEM、XRD、TGA、BET等对该碳材料进行形貌结构表征。结果表明:该材料具有介孔结构,将其作为锂硫电池正极材料可有效地限制活性物质的损失。对所制备电池进行电化学测试,在0.2 C的倍率下碳纳米管-碳/硫电极首圈放电比容量为1295 mAh/g,经循环200圈后的放电比容量为653 mAh/g,每圈容量衰减率为0.24%;当充放电倍率增加到1.0 C时,首圈放电比容量为823 mAh/g,循环200圈后放电比容量高达569 mAh/g,表明该材料作为锂硫电池正极具有优异的高倍率性能。采用该方法制备的介孔碳材料有效地缩短了离子和电子的传输路径,为实现大倍率充电、降低活性物质损失提供了新的解决思路。     

锂离子电池负极材料SnO_2掺杂石墨烯与多孔碳的改性研究

为改善SnO_2作为锂离子电池负极材料的电化学表现性能,利用溶剂热法制备SnO_2纳米颗粒,通过球磨法将SnO_2与多孔导电碳和石墨烯掺杂制得SnO_2/石墨烯/多孔碳复合材料,并研究了掺杂不同比例多孔碳的复合材料的电化学性能。结果表明:含15.79%多孔碳的SnO_2/石墨烯/多孔碳复合材料性能最好,初始可逆容量达1 221 m Ah·g~(-1);拥有良好的循环稳定性,在200 m A·g~(-1)电流密度下循环50次后,放电容量维持在834 m Ah·g~(-1);在100,200,400,800,1 600 m A·g~(-1)电流密度下,放电容量分别为1 221,1 093,993,796,526 m Ah·g~(-1),表现出良好的倍率性能。适量的多孔碳结合层状石墨烯形成特殊的物理结构,强化了SnO_2在充放电过程中的结构稳定性,进而提高了其电化学循环稳定性;石墨烯/多孔碳复合材料的掺杂提高了锂离子电池负极材料SnO_2的导电性,同时提高了其电化学性能。     

废旧汽车刹车片制备锂电池硬炭负极材料

以废旧汽车刹车片为原料,在N2气氛下600～1 000?C热解制得硬炭材料。以酚醛树脂为对比实验,通过热重分析(Thermal gravimetric analysis)、扫描电子显微镜(Scanning electron mcroscope)、X射线衍射仪(X-ray diffraction)、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy)分析、拉曼光谱(Raman spectroscopy)分析等测试手段对硬炭进行表征,并分别对将2种材料作为锂离子电池负极材料制备的扣式电池进行充放电性能测试。测试结果表明:热解温度对硬炭结构和充放电性能有一定的影响,在600～1 600?C温度范围内,热解碳在1 300?C条件下表现最优充放电性能,可逆容量和库伦效率分别为112.05 m A·h/g和52.31%,倍率和循环容量保持率分别达到87.23%和64.39%;对比酚醛树脂在最佳热解条件1 200?C的充放电数据,即可逆容量和首次库伦效率分别为189.26 m A·h/g和58.45%,倍率和循环的容量保持率分别为51.52%和55.12%。因此,废旧汽车刹车片热解碳在实际应用中具有较好回收价值。     

MoS_2纳米片@碳纳米管中管复合材料的制备及其锂离子电池性能

为了改善二硫化钼(MoS_2)材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能,对其进行复合改性,通过二氧化硅和碳前驱体在碳纳米管上的连续沉积,结合碳化、刻蚀和水热法合成二硫化铜@碳纳米管中管(MoS_2@CTTs)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射式电子显微镜(TEM)分析MoS_2@CTTs复合材料的物相组成及微观形貌;通过恒流充放电测试、倍率性能测试和循环伏安测试研究该材料的电化学性能。结果表明:在150 mA/g的电流密度时,该材料首次放电比容量达到1057 mAh/g;经过175次循环后,其放电容量为856 mAh/g,容量保持率为81%。这说明制备所得复合材料具有较高的比容量和优异的循环性能。     

多孔碳包覆硅微球于锂离子电池负极中的应用

为了缓解纯硅负极材料在充放电过程中带来的巨大体积效应并降低电解质与电极之间的副反应程度,提出了一种简单高效的硅碳复合材料合成方法.以P123为分散剂、葡萄糖为碳源,利用水热法制备P-Si/C复合材料.结果表明,制备得到的复合材料可以极大地缓解充放电过程中产生的体积效应.当复合材料作为锂电池负极时,其首次放电比容量为1 800 mA·h/g,在500 mA/g电流密度下经100次循环后,其放电比容量能够稳定维持为521 mA·h/g,呈现出良好的循环性能.     

多孔碳包覆硅微球于锂离子电池负极中的应用

为了缓解纯硅负极材料在充放电过程中带来的巨大体积效应并降低电解质与电极之间的副反应程度,提出了一种简单高效的硅碳复合材料合成方法 .以P123为分散剂、葡萄糖为碳源,利用水热法制备P-Si/C复合材料.结果表明,制备得到的复合材料可以极大地缓解充放电过程中产生的体积效应.当复合材料作为锂电池负极时,其首次放电比容量为1 800 mA·h/g,在500 mA/g电流密度下经100次循环后,其放电比容量能够稳定维持为521 mA·h/g,呈现出良好的循环性能.     

LiFePO4纳米材料的制备及电化学性能研究

锂离子电池正极材料的研究主要有过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物等材料.其中正极材料LiFePO4虽然有了一定的研究和应用,具有一定的电化学性能,但其在放电电压、电导率及放电速率方面还有一定的发展空间,因此,还有必要从制备方法等方面进行一些研究和探索.采用水热法、溶剂热法和喷雾法,分别制备了LiFePO4纳米材料,并通过X射线衍射和扫描电镜对样品结构形貌进行了表征,然后以其为正极材料,金属锂片为负极,组装纽扣电池,进行充放电、循环性能、倍率性能以及交流阻抗等电化学性能分析.结果表明,采用溶剂热法制备的样品颗粒分散,大小均一,能够有效提升材料的循环性能.而采用喷雾法制备的样品则具有更高的充放电比容量和充放电效率.     

电动汽车用锂离子电池热特性试验研究

为研究锂离子电池的热特性,以3 200 m A·h、3.67 V圆柱形三元材料锂电池为研究对象,进行了不同温度、不同充/放电倍率的热特性试验和低温加热试验.试验结果表明:随着充/放电电流的增大以及环境温度的降低,电池温度快速升高,低温下加热可以提高锂离子电池的充/放电性能.     

纳米絮状Li_4Ti_5O_(12)的水热法合成及性能的研究

为解决高温烧结制备的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12易团聚、形貌差的问题,采用水热低温烧结法,以钛酸丁酯、氢氧化锂分别为钛源和锂源,异丙醇为溶剂,制备纯相Li4Ti5O12。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面测试仪对样品进行表征,采用恒流充放电法对钛酸锂进行电化学性能评价。结果表明,在400℃低温煅烧后可得到单一纯相尖晶石型Li4Ti5O12,所制备样品为具有大比表面积的纳米絮状粉体,表现出良好的电化学性能,在常温条件下,以0.1C倍率进行充放电,首次放电容量达到155.7mA·h/g,经50次循环后容量仍保持约143mA·h/g,容量保持率达到91.8%。     

镍碳修饰的硅亚微米线用于高效能锂离子电池负极

电动汽车、便携式电子设备和储能设备等行业的快速发展,对高能量密度锂离子电池的需求 日益迫切．硅材料由于具有最高的理论储锂容量,目前成为锂离子电池负极材料的研究热点．通过 温和的溶液刻蚀工艺并结合热解还原法制备了镍、碳修饰的亚微米一维结构硅负极材料,并对其进 行结构分析和电化学研究．结果表明：制备所得的硅亚微米线表面实现了镍纳米粒子的均匀修饰和 碳材料的包覆,在１Ｃ的电流密度下表现出９００ｍＡｈ／ｇ的可逆储锂容量．一维结构设计与镍、碳修 饰可以提升硅材料的循环与倍率性能,为高性能锂离子电池负极材料的制备提供可能．     

锂离子电池硅/石墨复合负极材料的制备及性能研究

锂离子电池发展的重要目标之一是高容量的负极材料,而硅材料以其高达4 200 mAh/g的理论比容量成为研究热点;但是硅负极材料有较大的体积效应,从而造成其电化学循环性能的快速下降,限制了其在生产中的应用.本研究以纳米硅与石墨不同比例的掺杂,通过高能球磨与退火处理,表明当硅与石墨比例为2：1时,首次放电比容量可达2 136.4 mAh/g,同时首次的充放电效率为85.5%; 经过35次循环之后,其可逆容量的保持率85.3%,具有良好的电化学性能.硅/石墨复合材料良好的电化学性能,使其在锂离子电池负极材料的生产及应用中具有重要研究价值.     

电动汽车用锂离子电池低温性能和加热方法

为提高锂离子动力电池的低温充放电性能,以锰酸锂80 Ah电池单体为研究对象,进行低温下电池充放电特性实验研究,提出宽线金属膜加热方法,并对-40 ℃下的电池单体进行加热和放电实验,采用不同的预热时间,对加热后电池放电性能进行比较实验.结果表明:低温下,电池的充放电性能显著衰减,采用宽线金属膜加热方式能显著提升电池的低温放电性能;同时,通过对比实验发现,仅增加预热时间对提高低温电池放电性能的效果有限.     

钠离子电池负极材料 SbSn/石墨烯复合物的合成及电化学性能测试

通过化学共沉淀法制备SnSb纳米合金,并以此为主体材料表面包覆石墨烯的核壳结构复合材料SbSn/rGO用作钠离子电池负极材料。通过XRD、SEM、EDS测试分析材料的物相结构与形貌,通过循环伏安、恒流充放电测试分析材料的电化学性能。研究表明,SbSn/rGO复合材料缓解了SnSb纳米合金团聚和体积膨胀效应,增强了材料的循环稳定性和倍率性能。SbSn/rGO复合材料150 mA·g~(-1)电流密度及0～3 V充放电电压测试,首次充放电容量为650、700 mA·h·g~(-1),第50次循环的放电比容量保持在350 mA·h·g~(-1),大幅度提高钠电负极材料比容量和循环稳定性。     

高比表面积炭材料中间层构筑高性能锂硫电池

电动汽车的发展和应用对电化学储能领域的能量密度提出了更高的要求。锂硫电池的理论能量密度为2 600 Wh·kg^-1,是非常有前景的电化学储能体系,其面临的主要障碍包括：单质硫低的导电率影响其放电比容量;充放电中间产物的穿梭效应降低了电池的循环稳定性。针对这些问题,本实验选用具有高比表面积的多孔炭材料PC修饰聚丙烯隔膜作为中间层。PC优异的导电性可以促进活性物质的利用。通过中间层的物理阻挡和PC对多硫化物的吸附作用抑制锂硫电池的穿梭效应。添加PC中间层的锂硫电池在0.1 C的放电比容量为1 150.2 mAh·g^-1,循环100次容量保持在806.6 mAh·g^-1,在2 C下的比容量为444.7 mAh·g^-1。PC中间层显著提升了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。     

高性能锂离子电池负极材料瓜状介孔Fe_3O_4/氮掺杂碳的制备及性能研究

通过简单的低温水热反应法制备了瓜状介孔Fe_2O_3微晶,经多巴胺聚合包覆和热处理后得到瓜状介孔Fe_3O_4/氮掺杂碳(N-C)复合物。将其作为锂离子电池负极材料的活性物质,组装成锂离子电池进行性能测试。瓜状介孔Fe_3O_4/N-C复合物展示出了较高的倍率性能(1 A·g~(-1)电流密度下放电比容量大于770 mAh·g~(-1))和优异的循环稳定性能(在2 A·g~(-1)电流密度下能够循环稳定1500圈而没有明显的容量损失),这主要得益于介孔结构和氮掺杂碳包覆双重作用。介孔结构提供了较大的活性物质与电解液接触面积,提高了锂离子扩散能力。同时为电极材料放电过程中体积膨胀提供充足的空间,提高了循环稳定性。氮掺杂碳包覆提高了电子导电能力,有利于电子快速转移,从而提高倍率性能。碳包覆也能够阻止微粒之间的相互聚集和结构塌陷,提高循环稳定性。     

超声辅助喷射电沉积Ni-Gns复合镀层制备工艺

针对传统的石墨负极存在着比容量低、充电时体积膨胀大导致电极结构不稳定、倍率性能差等缺点,提出采用镍-石墨烯纳米薄片(Ni-Gns)复合镀层作为锂离子电池负极材料的解决方案.为验证该材料的性能,创新研制超声辅助喷射电沉积实验装置,在不同的工艺条件下制得Ni-Gns复合镀层,并制成电池负极.采用正交实验法,以电极充放电循环50次后的放电容量为评价指标,测定最优的电沉积工艺参数组合.结果表明,电沉积参数显著性顺序为:Gns的掺量m镀层厚度h电流密度D镀液温度T,最优数值组合为:m=0.75 g·L~(-1),h=30μm,D=33 A·dm~(-2),T=35℃.观察在此条件下制得的镀层的表面形貌和微观结构,发现Ni-Gns复合镀层结构致密,界面结合良好,Gns在其中弥散分布;给出碳族纳米纤维(晶须)作为增强相的过渡族金属-碳族复合材料电沉积过程机理模型.研究认为:超声波起到提升电沉积效率、改善镀层组织结构的作用;在功率超声和电沉积的协同作用下,Ni(基体相)和Gns(增强相)之间形成由"镍桥"搭接构成的密集且分布均匀的"逾渗导电网络",结合Gns的多层细密蜂窝状薄片结构和自身优异的力学、电化学性能,因此该材料的导电性能优异、结构稳定,适合用作锂离子电池负极材料.