不同合成方法制备硫/碳复合正极材料及表征

以活性炭和升华硫为原料,采用熔融法、气相法和真空浸渍法制备硫/碳复合正极材料,通过碳硫分析、粒度测试、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET及孔径分布来表征材料的结构,并用恒流充放电测试考察了所得材料的电化学性能。结果表明,气相负载法制备的复合材料具有更好的电化学性能,在15mA/g电流密度下首次放电比容量为768mAh/g,不同电流密度循环24次后容量仍有405mAh/g。     

不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响

采用球磨混合及热复合法制备硫/BP2000复合正极材料(含硫量42%(质量分数)),分别以PTFE、明胶和PEO作为粘结剂,考察了不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响。采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)和恒流充放电表征其物化性能和电化学性能。结果表明,明胶和PTFE对于提高硫正极的电化学性能和维持硫正极的循环稳定性具有积极意义。其中,在0.2 C充放电时,PTFE作粘结剂的电池循环50次后比容量保持741.2 mAh/g,明胶作粘结剂的电池循环50次后放电比容量保持788 mAh/g(按单质硫的质量计算)。     

负载ZnS的介孔炭复合硫正极材料的制备及性能研究

为了获得高性能的锂硫电池正极材料, 采用先超声分散再进行热处理的方法制备了负载ZnS的介孔炭复合材料(ZnS/MC), 进而用热复合法获得负载有ZnS的介孔炭复合硫正极材料(ZnS/MC/S)。XRD、SEM、EDS和N2吸附脱附等温线表明, 当ZnS含量低于17wt%时, 通过超声波分散, ZnS可以均匀负载到介孔炭中; 但热处理或提高ZnS含量时ZnS会发生聚集, 形成闪锌矿型ZnS晶相。循环伏安测试表明, ZnS对多硫离子的氧化起促进作用; 充放电测试表明, ZnS/MC/S电极的初始放电比容量为1354.6 mAh/g, 首次充放电库仑效率为98.7%; 50次循环后容量仍有650 mAh/g。     

蜂窝状三维碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用研究

采用高温热解将Hummers法制备的氧化石墨(GO)还原并与多孔碳(DK)复合制得石墨烯-多孔碳(RE-RGO-DK),再利用化学法制得石墨烯-多孔碳/硫(RE-RGO-DK/S)正极复合材料。结果表明,该复合材料为蜂窝状形貌和笼状结构的无定形碳,表面被石墨烯覆盖。电化学性能测试结果显示,RE-RGO-DK/S首次放电比容量为1132mAh/g,50次充放电循环后比容量仍能保持640mAh/g,表现出良好的循环性能。     

逐步炭化法制备锂-硫电池正极碳/硫复合材料的研究

提出一种逐步炭化法,以稀硫酸、蔗糖和单质硫为原料,制备碳/硫复合正极材料。扫描电镜、透射电镜结果显示:复合材料为粒度分布均匀的核壳结构球体,直径约为3μm;单质硫均匀填充在球体内部。此种结构有利于提高其电化学性能。在0.1C倍率下碳/硫复合正极材料首次放电比容量为1065mAh/g,60次循环之后,放电比容量趋于稳定,150次循环后的比容量仍可达到510mAh/g,库仑效率始终保持在90%以上。表明逐步炭化法可以制备适宜的锂硫电池正极材料。     

锂硫电池三维石墨烯/硫复合正极材料的制备及其性能

以天然石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,再通过水热还原、熔融升华法制备得到三维石墨烯/硫二元复合正极材料。对三维石墨烯/硫复合正极材料进行微观形貌和电化学性能的表征,结果显示:石墨烯具有三维多孔网状结构,能有效增加活性物质硫的利用率,并且硫均匀地负载在三维石墨烯的孔道和表面,没有发生团聚现象;电化学性能结果显示:三维石墨烯/硫复合正极材料在C/8电流密度下首次充放电容量为800mAh/g,40周次循环后容量还保持在600mAh/g左右,表明三维石墨烯/硫复合正极材料具有优异的循环与倍率性能。     

二硫化钼对锂硫电池正极材料性能的影响机理

炭黑具有良好的导电性、价格较低、来源稳定、可大量制备等优点,可有效提高硫正极材料的导电性,改善电极的动力学性能。二维层状结构的二硫化钼(MoS_2)因其含有的金属-硫键可以与多硫化物通过静电作用或化学键作用结合,从而可以有效地抑制锂硫电池存在的穿梭效应,提高锂硫电池的倍率性能。本文采用球磨法和水热法制备了硫/炭黑复合材料以及类石榴状硫/炭黑/层状MoS_2复合正极材料,并研究了该复合正极材料的性能。研究结果表明,硫/炭黑/层状MoS_2复合正极材料有效提高了电池的比容量,改善了电池的倍率性能和循环稳定性。在0.2 A/g倍率下,初始放电容量可达767.9 mAh/g。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能

固相反应法合成了新型锂离子电池正极材料LiFePO4,组装成电池后,室温下(23℃)初始比容量为110mAh/g.以蔗糖分解在LiFePO4电池材料的颗粒间覆碳的方法制备了改性的LiFePO4,对LiFePO4进行表面覆碳改性后其电化学性能包括比容量和充放电效率两方面都得到提高.覆碳后正极材料的初始比容量在室温下达到了140mAh/g,比覆碳前增加了30mAh/g,在循环20周后比容量仍维持在125mAh/g左右;覆碳后正极材料的平均充放电效率在23℃和50℃下分别为91%和93%.     

锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

二次锂电池碳硫聚合物正极材料的制备及性能研究

采用一步法、两步法制备了新型二次锂电池碳硫聚合物正极材料,利用红外光谱(IR),拉曼光谱(Raman),扫描电镜(SEM)等手段对样品的结构、形貌、性质进行了研究与比较。结合样品的电化学性能,结果表明采用两步法制得的样品具有良好的电性能,0.4mAh/g放电,首放容量为600mAh/g,充放电循环20次后,放电比容量保持在400mAh/g,从第2次循环开始容量保持率超过95%,效率始终维持在100%左右。     

复合正极材料LiFePO4/Al/C的制备及性能研究

采用二步固相法制备了LiFePO4/Al/C复合正极材料.利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜表征样品的晶体结构、形貌、粒径和包覆状态,并研究了铝粉加入量对复合材料电化学性能的影响.结果表明,金属Al与LiFePO4发生了界面反应,生成多种副产物,并在LiFePO4的表面形成钝化膜.在LiFePO4颗粒的表面包覆有不规则形状的金属铝和1～2 nm的碳层.当铝粉加入量为3wt%时,LiFePO4/Al/C复合材料的电化学性能最佳,室温10C倍率下放电克容量为117.8 mAh/g;样品在20℃下,0.1C放电克容量为105.6 mAh/g,相对于常温的放电容量比率为73.8%.     

基体碳材料对锂硫电池性能影响的研究

采用乙炔黑、土状石墨、Cabot Vulcan XC-72炭黑、Cabot Bp2000超级导电炭黑作为硫载体制备了一系列含硫复合材料。通过X射线粉末晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)等分析测试手段对材料的物理性能进行表征,利用电池测试系统对材料的电化学性能进行了测试。结果表明基体材料表面结构、孔径分布及比表面积等因素都对复合材料的电化学性能造成影响,综合性能最好的基体材料为BP2000超级导电炭黑,其初始放电比容量高达1385.1mAh/g,在室温下经过30次循环之后电池放电比容量仍保持在1080.2mAh/g,容量保持率高达78%。     

聚苯胺包覆蛋白石页岩/硫复合材料的制备及其电化学性能

以蛋白石页岩为载硫体, 通过化学沉积法制备蛋白石页岩/硫复合材料, 再利用化学氧化聚合法在其表面包覆一层聚苯胺, 制备出一种新型的蛋白石页岩/硫-聚苯胺复合材料, 作为锂硫电池的正极材料。SEM、TEM和BET等测试结果表明蛋白石页岩呈层状多孔结构, 小尺寸硫在材料内分布均匀,聚苯胺包覆的厚度约为400 nm。电化学性能测试表明, 蛋白石页岩/硫-聚苯胺正极活化后放电比容量最高达到1164.93 mAh/g, 在0.5C (1.0C=1675 mA/g)倍率下, 循环300次后放电比容量为539.30 mAh/g, 库伦效率始终保持在95%以上, 说明蛋白石页岩具有良好的吸附性, 同时导电聚苯胺包覆层具有双效固硫的作用, 有利于吸附多硫化物和抑制穿梭效应。     

多孔兰尼镍作单质硫载体的锂硫电池性能

提出以导电多孔兰尼镍（RNi）为锂硫电池中单质S的新载体材料,探究了S/RNi复合材料在溶剂法、研磨高温法及球磨高温法下的电化学性能差异。结果表明,溶剂法制备的S/RNi复合材料的电化学性能最好。预处理后的RNi为海绵状的导电多孔结构,孔径分布在12.5~50 nm之间。SEM和XRD表明,溶剂法制备的S/RNi复合材料具备良好的孔结构,单质S颗粒较小,均匀分布在深层孔结构中,S与RNi充分接触。其首次放电比容量达到1 479 mAh/g,经过200次充放电循环后放电比容量保持在765 mAh/g,库伦效率约为99%。其循环性能也优于传统S/C复合材料。溶剂法制备的S/RNi复合材料的循环稳定性和高倍率性能得益于RNi的导电性及对单质S的物理和化学吸附。     

无定形SnO2-C复合纤维及其电化学性能研究

以2-乙基己酸亚锡为原料, 通过静电纺丝以及随后在惰性气氛中煅烧成功制备出电化学性能优良的SnO₂-C复合纤维。X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的分析结果表明: SnO₂-C复合纤维具有无定形结构, 直径为100~300 nm, 含碳量约38%。电化学测试结果表明: 在50 mA/g的电流密度下, 无定形SnO₂-C复合纤维的首次放电比容量、充电比容量和库仑效率分别为1370.1 mAh/g、757.5 mAh/g和55.28%; 在50 mA/g的电流密度下循环80次后, SnO₂-C复合纤维的比容量为611.6 mAh/g, 没有出现明显的容量衰减。SnO₂-C复合纤维高的比容量和良好的循环性能归因于其SnO₂均匀分布的SnO₂-C复合一维结构。     

Hollow carbon nanofiber-encapsulated sulfur cathodes for high specific capacity rechargeable lithium batteries

Sulfur has a high specific capacity of 1673 mAh/g as lithium battery cathodes, but its rapid capacity fading due to polysulfides dissolution presents a significant challenge for practical applications. Here we report a hollow carbon nanofiber-encapsulated sulfur cathode for effective trapping of polysulfides and demonstrate experimentally high specific capacity and excellent electrochemical cycling of the cells. The hollow carbon nanofiber arrays were fabricated using anodic aluminum oxide (AAO) templates, through thermal carbonization of polystyrene. The AAO template also facilitates sulfur infusion into the hollow fibers and prevents sulfur from coating onto the exterior carbon wall. The high aspect ratio of the carbon nanofibers provides an ideal structure for trapping polysulfides, and the thin carbon wall allows rapid transport of lithium ions. The small dimension of these nanofibers provides a large surface area per unit mass for Li(2)S deposition during cycling and reduces pulverization of electrode materials due to volumetric expansion. A high specific capacity of about 730 mAh/g was observed at C/5 rate after 150 cycles of charge/discharge. The introduction of LiNO(3) additive to the electrolyte was shown to improve the Coulombic efficiency to over 99% at C/5. The results show that the hollow carbon nanofiber-encapsulated sulfur structure could be a promising cathode design for rechargeable Li/S batteries with high specific energy.     

三聚磷腈复合硫正极材料性能的改进研究

采用加热法,将三聚磷腈复合硫(TPS)正极材料与介孔炭复合,以期望改善电极性能.扫描电子显微镜显示TPS具有与硫不同的表面形貌,接触角测定表明水滴与TPS表面的接触角为35°,而硫表面的接触角为115.,XRD和IR测定证明TPS结构特征为表面经过磷腈基团修饰的硫.复合介孔炭后,TPS电极性能改善,在10mA/g的充放电电流下,其首次放电容量为767mAh/g,第二周容量保持率为84.8％,30次循环后容量为303.8mAh/g.