三维多孔C球包覆纳米SnO2复合材料的电化学性能研究

以葡萄糖为碳源,锡酸钠为锡源,通过水热法制备了三维多孔C球包覆纳米SnO2复合材料。结果表明:样品的XRD谱线都出现SnO2的特征峰,多孔SnO2/C球尺寸为100nm左右,10～50nm的SnO2颗粒被均匀地包覆在约30nm的多孔碳层中。考察了水热时间对复合材料电化学性能的影响,在水热时间6h、烧结温度500℃、烧结保温时间2h的条件下,复合电极材料具有较高的可逆容量,首次可逆比容量为581.0mAh/g,首次放充电(嵌脱锂)效率为66.48%,经50次循环后,充电比容量保持在502.9mAh/g,循环效率为99.9%,具有较好的循环性能。     

具有石墨碳骨架结构的硅碳负极材料的制备与电化学性能研究

硅碳材料作为锂离子电池负极材料具有广阔地发展前景。利用水热法和高温碳化法制备了蔗糖碳/硅复合材料(SC/Si),并在此基础上与石墨复合制备出具有石墨导电骨架结构的蔗糖碳/硅-石墨复合材料(SC/Si-Gr),并探究其作为锂离子电池负极材料电化学和电池性能。结果表明，蔗糖碳均匀包覆在纳米硅表面，形成的蔗糖碳/硅复合材料的电化学性能和电池性能随着蔗糖碳含量增加而提高。随着石墨的引入，构建的SC/Si-Gr三元复合材料的电化学性能得到进一步提升。当蔗糖：硅：石墨投料质量比为1∶1∶0.5时，形成的SC/Si-Gr(1∶1∶0.5)复合材料，在电流密度为0.1 A/g条件下，第三圈稳定之后的放电比容量为1 005.1 mAh/g;循环100圈之后放电比容量为819 mAh/g,充放电库伦效率保持在98%左右。在1 A/g大电流密度下，平均放电比容量为437.91 mAh/g。这归功于石墨的加入形成有效的导电骨架结构，提高了首次循环库伦效率，加速锂离子的传输速率，使蔗糖碳/硅-石墨复合材料呈现出良好的循环稳定性和充放电倍率性能。     

锂离子电池硅炭负极材料的制备与电化学性能研究（英文）

利用微胶囊技术将酚醛树脂包覆于纳米硅表面，然后在氩气保护下高温炭化，制得硅炭复合负极材料。首先采用4种不同质量比的酚醛树脂与纳米硅制备了硅碳复合材料，得到了不同炭质厚度的硅碳复合材料。通过对其循环性能和倍率性能的比较，发现酚醛树脂与纳米硅的质量比为1∶4，即碳层厚度为4.5 nm时，电化学性能最佳。随后对该种硅碳复合材料的综合电化学性能进行了测试，该材料作为负极制备的锂离子电池具有良好的电化学性能，在电流密度为100 mA g^-1的条件下，其首次放电比容量为2 382 mAh g^-1，首次充电比容量为1 667 mAh g^-1，首次库伦效率为70%。经200次充放电循环后放电比容量为835.6 mAh g^-1，库伦效率为99.2%。此外，其倍率性能非常优异，在100、200、500、1 000、2 000及100 mA g^-1电流密度下，其平均放电比容量分别为1 716.4、1 231.6、911.7、676.1、339.8及1 326.4 mAh g^-1...     

Sn量子点/石墨烯复合材料的合成及储锂性能

Sn基材料是目前高容量锂离子电池电极材料研究的热点,但循环性能较差阻碍了其大规模应用。以氧化石墨烯为载体,通过化学还原法在载体表面成功均匀负载<10 nm的Sn量子点,合成Sn量子点/石墨烯(SnQds/rGO)复合电极材料。结果表明,Sn质量分数为90wt%的SnQds/rGO复合材料具有良好的综合电化学性能,首次放电容量和库伦效率分别为939 mAh/g和66.6%,经过200次循环后容量可达621 mAh/g,容量保持率为66.1%。小尺寸的Sn量子点与石墨烯复合能够增强电极材料的结构稳定性和降低阻抗,改善电极材料的循环性能和倍率性能,但会导致首次库伦效率有所降低。      

稻壳制备硅/碳复合材料及储锂性能

作为一种储量丰富的农业废弃物,稻壳的高附加值利用具有重要意义。以稻壳为原料,通过空气氧化、镁热还原和酸浸得到硅/碳复合材料,探讨了复合材料的组成结构以及作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:硅/碳复合材料中的硅为晶体纳米颗粒,分布在无定形炭基质中;稻壳的氧化增加了硅/碳复合材料中硅的含量和复合材料的比表面积,从而增加了复合材料的容量,但首次库伦效率较低;硅/碳复合材料中的碳可以抑制硅的体积变化,改善循环性能。含碳8%的硅/碳复合材料,首次充电容量758.5mAh/g,30次循环后充电容量保持率为78.7%。     

新型锂电池正极材料——蒽醌/介孔炭寄生型复合物

将9,10-蒽醌（AQ）通过升华法填充在介孔炭（MC）的孔中,制备出蒽醌/介孔炭寄生型复合物。用TG/DSC、SEM、氮吸附等方法对介孔炭及复合材料进行了表征,应用恒流充放电、循环伏安法、交流阻抗等测试手段对复合材料的电化学性能进行了测试。结果表明炭/醌复合电极的比容量和循环性能较蒽醌电极有了很大程度的提高。其中蒽醌填充量为75%的复合材料首次放电比容量达到216mAh/g,50次循环之后,比容量仍有76mAh/g,是蒽醌电极比容量的2倍。     

锂离子电池用Si/针状焦复合负极材料的改性及其电化学性能

以石墨化针状焦为原料,采用机械球磨和化学气相沉积法(CVD)制得碳/Si/针状焦复合负极材料。结合XRD、SEM分析手段和电化学特征,研究发现:当石墨化针状焦复合20%的纳米Si后,其首次放电容量高达1110mAh/g,但25次循环后放电容量衰减为200mAh/g;采用CVD方法,在Si/针状焦复合材料的表面沉积厚度为6~8nm的碳后,其首次库伦效率为81%,25次循环后放电容量仍能稳定在860mAh/g,且循环效率接近99%。     

硅/石墨烯/碳复合材料的制备及其储锂性能研究

通过氧化、PDDA-PSS-PDDA改性、包覆石墨烯、复合对苯二胺、800℃碳化,从而制得硅/石墨烯/碳复合材料,并对其形貌及性能进行了研究。结果表明,石墨烯含量为200mL时,制备的复合材料作为锂离子电池负极材料表现出良好的电化学性能,首次可逆充电比容量为957.2mAh/g,循环100次后,比容量可稳定在761.0mAh/g。     

ZnO纳米材料在锂硫电池正极中的应用

通过简单的水热法以及随后的碳化制备出ZnO纳米材料,然后采用熔融吸附法将S渗入到ZnO纳米材料中制备出S/ZnO复合正极材料。用扫描电镜和X射线衍射仪来表征材料的结构和形貌,结果表明,ZnO基体由30~60nm的小颗粒聚集在一起组成微米级的薄片构成。电化学性能测试表明,在电流密度为335mA/g时,复合材料的首次放电比容量为1190mAh/g;在电流密度为500mA/g时,复合材料经过100次循环后放电比容量为516mAh/g,库伦效率为96%。     

锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

纳米Si掺杂SiOx-Si@C@碳纳米管复合负极材料的制备及性能

在对氧化亚硅(SiO)材料进行表面碳包覆和添加导电材料的基础上,掺杂少量纳米Si进一步提高其首次充放电容量和首次库仑效率。采用XRD、SEM、TEM、Raman、FTIR分析材料的物相结构和微观形貌,通过恒流充放电测试仪分析复合材料的电化学性能。结果显示,纳米Si质量为SiO_x质量10%的复合材料(SiO_x-Si@C@碳纳米管(CNTs)-10)的首次充放电容量分别为1 348.1 mA?h/g和1 874.4 mA?h/g,首次库仑效率为71.9%,循环100周后材料的可逆容量为1 116.2 mA?h/g,容量保持率为82.8%;以不同电流密度充放电,其放电容量远远高于没有纳米Si掺杂的材料。SiO_x-Si@C@CNTs复合材料具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能和倍率性能。      

豆渣活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响

以固体废弃物豆渣为原料,采用化学活化法制备了不同孔结构的活性炭,并以活化后的碳材料负载硫作为锂硫电池的正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、热重和比表面分析仪对复合材料进行结构、形貌和孔径分析,通过充放电性能测试对锂硫电池进行电化学性能分析。电化学测试结果表明,DZC/S-5复合材料在0.1C电流密度下首次放电比容量可达1 238.9mA/h,经过100次循环后,比容量保持了871.3mAh/g,平均每循环仅衰减了0.29%,库伦效率约95%,表现了最佳的电化学性能。     

红磷/碳复合材料的制备及电化学性能研究

对比研究了不同制备方法、电解液组成和碳结构对红磷/碳复合材料电化学性能的影响。利用球磨法制备了红磷/活性炭(AC)复合材料, 其较差的首次库伦效率和循环容量表明活性物质红磷没有得到有效利用。对多种电解液进行了优选, 得到最优电解液为1 mol/L LiPF₆的EC/EMC/DMC (1: 1: 1 V/V)酯类电解液。通过气相沉积法制备了红磷/导电碳黑(BP2000)和红磷/活性炭两种复合材料。利用热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET比表面分析和循环伏安法(CV)对上述复合材料的形貌、结构和电化学性能进行了研究。结果表明: 含磷量为45%的红磷/活性炭复合材料充放电平台分别为1.0 V和0.75 V, 具有良好的可逆性。首次放电比容量和充电比容量分别为1500和1200 mAh/g, 库伦效率为82.5%。随后循环中库伦效率超过了97.5%。其1200 mAh/g的循环容量对应于2.8个电子的可逆反应。以第二次的稳定放电容量计算, 50次循环后容量保持率为75.0%。该复合材料较高的循环容量和良好的循环稳定性受益于无定形的活性物质红磷在活性炭导电基底孔结构中, 特别是微孔中的均匀分布。     

喷雾干燥法制备富锂正极材料及其电化学性能

用喷雾干燥法制备Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂正极材料并表征其结构、形貌以及电化学性能,研究了烧结温度对材料电化学性能的影响。结果表明：这种正极材料具有良好的层状结构,一次颗粒粒径为100 nm左右且分布均匀,样品的首次放电比容量为220.2 mAh/g,库伦效率为72.5%,18个循环后容量保持率为96.8%。电化学阻抗和循环伏安特性的测试结果表明,这种正极材料具有良好的电化学性能。     

三维Fe_2O_3/BC-CNFs复合负极材料的电化学性能研究

通过水热法制备出纳米Fe_2O_3颗粒吸附于三维网状结构的碳纳米纤维(BC-CNFs)中,得到Fe_2O_3/BCCNFs。Fe_2O_3/BC-CNFs的电化学性能相对于聚集的Fe_2O_3纳米颗粒有很大的提高,表明在整个电极循环过程BCCNFs对与Fe_2O_3的机械稳定性和导电性以及防止纳米颗粒聚集起到关键性的作用,并且Fe_2O_3/BC-CNFs网状结构中存在大量的相互连接的多孔结构,有助于锂离子的快速分散和传递。以200mA/g的电流循环100次具有500mAh/g稳定的比容量,其较高的可逆容量和良好的倍率性能主要归因于三维网状多孔结构以及Fe_2O_3纳米颗粒在其内部纤维表面良好的分散性。     

自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性电极的制备及其电化学性能的研究

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的理论比容量(4200mAh/g),是目前商业化石墨负极材料的数十倍。但是由于在充放电过程中极易发生粉化破碎,导致其循环比容量会迅速衰减。首次通过水热还原的方法制备了自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性负极材料。SEM表征显示纳米硅颗粒均匀地分散在石墨烯片层中,制得的复合纸电极较纯硅纳米颗粒的电化学性能有大幅度提高,在100mA/g的电流密度下,首周放电比容量4003mAh/g,十分接近硅的理论比容量,且首周库伦效率高达91%。复合纸循环20周后比容量在3300mAh/g左右,50周后仍能维持1000mAh/g左右的比容量。这主要可归功于石墨烯纸电极优异的柔韧性和导电性,有效抑制了纳米硅颗粒的体积膨胀和结构破坏。同时水热还原法较低的还原温度保证了石墨烯纸还原前后厚度变化不大,有利于石墨烯片层与Si纳米颗粒的紧密接触。     

沥青包覆天然石墨性能的研究

采用液相及动态熔融法使沥青炭均匀包覆于天然石墨的表面,观察天然石墨的表面结构,测量其物理参数,考核复合材料的充放电性能.结果表明:天然石墨表面存在沥青热解碳,粒径、振实密度增大,复合炭材料的充放电容量、循环性能都得到提高.添加5%沥青经400℃炭化3h、850℃热处理2h的样品,电化学性能最好,可逆容量为362mAh/g,不可逆容量为31.7mAh/g,首次充放电效率为92.0%,30个循环周期后,容量保持率为96.6%     

原位合成壳聚糖复合炭材料及其在铅碳电池中的应用

以壳聚糖、氧化铅为原料,利用原位合成方法,制备复合炭材料。通过X射线粉末衍射仪、扫描电镜和电子能谱仪、比表面仪、拉曼光谱仪等方法对复合炭材料进行表征,结果表明:壳聚糖为碳源的复合炭材料具有非晶态结构,孔径分布集中在5~10nm,比表面积高达487.4m2/g,适合作为Pb-C电池负极材料使用;将原位合成壳聚糖复合炭材料或者炭黑材料与析氢抑制剂、黏结剂、膨胀剂等电池添加剂混合成涂膏,分别组装成Pb-C模拟电池,利用电化学测量技术和电池性能测试系统评价Pb-C电池电化学性能,结果表明:以原位合成壳聚糖复合炭材料作为负极材料制成的Pb-C电池负极板,比以炭黑为碳源制备的负极材料具有更好的电化学性能,电阻较小,其循环伏安测试的比电容为162.9F/g,首次放电平台更长,最终容量达到108.72mAh/g,壳聚糖为碳源时比容量为理论比容量的98%,且10000次循环几乎没有衰减。     

氧化铁和石墨烯复合负极材料的制备及性能研究

通过简易的常温搅拌复合,冷冻干燥和热处理过程合成了负极氧化铁和石墨烯复合材料,采用X射线衍射(XRD)、热重(TG)、扫描电镜(SEM)、荧光分析(EDX)、循环伏安(CV)、充放电及倍率测试探讨了材料颗粒形貌,结构和电化学性能。XRD和SEM测试表明成功合成了Fe_2O_3颗粒尺寸较小且均匀分布的复合材料。电化学性能测试结果显示,复合材料的电化学性能比纯的氧化铁及还原氧化石墨烯材料的性能有明显提升,循环50周可逆比容量保持在680mAh/g。     

LiFePO_4/CuO/Ag/RGO四元复合材料的制备与电化学性能研究

采用水热法、化学沉积法、有机溶剂还原法,逐步合成了择优生长、石墨烯基复合材料包覆改性的锂离子电池四元复合正极材料LiFePO_4/CuO/Ag/RGO。分别采用XRD、TEM和循环充放电等手段对材料进行性能表征。结果表明,包覆后的LiFePO_4呈橄榄石型结构,包覆材料未对LiFePO_4结构和晶型产生影响。所制备的材料呈现择优生长的棒状结构,石墨烯基复合材料将LiFePO_4包覆,构成稳定的导电网络。电化学性能测试表明,改性后的复合材料在0.2C倍率下首次充放电比容量最高达到166mA·h/g。即使在50C高倍率下首次放电比容量依然达到87.9mA·h/g,表现出优良的的倍率和循环稳定性。