钛酸锂表面碳包覆改性研究进展

尖晶石结构的Li4Ti5O12由于电压平台平稳、循环寿命长、"零应变"和安全性高等优点,成为锂离子电池的热门负极材料。然而纯Li4Ti5O12本身为绝缘体,导电性很差,倍率性能不佳,这限制了它的实际应用。研究表明,对Li4Ti5O12表面进行碳包覆可以有效改善其电化学性能。结合最近国内外研究情况,综述了表面碳包覆对Li4Ti5O12负极材料改性的研究进展,分析了不同的碳包覆方法、碳层厚度、碳结构和碳含量对Li4Ti5O12/C复合材料电化学性能的影响,希望促进Li4Ti5O12/C复合电极材料在锂离子电池领域的应用。     

Nb5+掺杂LiFePO4/C的反应挤出合成

以LiOH.H2O、FeC2O4.2H2O和P2O5为原料,以草酸铌为添加剂,采用反应挤出法合成Li1 5xNbxFePO4/C材料;采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和充放电测试研究不同Nb5+掺杂量对Li1 5xNbxFePO4/C材料结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明,适量的Nb5+掺杂不会改变材料的结构和形貌;Nb5+掺杂可以有效减小电极的极化,其中Li0.97Nb0.006FePO4/C表现出最佳的电化学性能,在0.2C、0.5C、1C和2C倍率下的首次放电比容量分别为162.9、148.9、141.7和137.1 mA.h/g;材料循环性能良好,经10次循环后,材料的放电比容量都保持在99%以上。     

Ti/Co3O4/RuO2-IrO2纳米结构阳极电催化析氧研究

目的 研发含纳米结构Co3O4中间层的Ti/Co3O4/RuO2-IrO2阳极,并对其电化学析氧性能进行研究,以提升Ti/RuO2-IrO2金属氧化物阳极的电化学析氧性能。方法 在Ti基底上电沉积制备Co(OH)2,烧结形成Co3O4纳米片结构,随后采用热分解工艺在Ti/Co3O4表面制备RuO2-IrO2电催化层,从而构建了Ti/Co3O4/ RuO2-IrO2复合阳极。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和电化学工作站对涂层的微观表面形貌、物相组成、电化学性能等进行观察与分析。结果 SEM显示出Ti/Co3O4纳米片上RuO2-IrO2的负载量随涂刷次数增加逐渐增多,最终完全遮盖Co3O4纳米片中间层。且随着RuO2- IrO2前驱体溶液涂覆次数的增加,XRD观察到RuO2-IrO2衍射峰强度在逐渐增大。TEM测试显示Co3O4中间层是由纳米颗粒堆叠组成且具有多孔结构。电化学极化曲线测试表明,涂覆三次RuO2-IrO2层的含Co3O4中间层阳极析氧电位最低,当电流密度达到10 mA/cm²时,析氧电位仅为1.326 V(vs. SCE),低于无中间层的Ti/RuO2-IrO2阳极(1.413 V)。循环伏安测试表明,Ti/Co3O4/RuO2-IrO2阳极的伏安电量达到62.83 mC/cm²,相较于Ti/RuO2-IrO2阳极的23.65 mC/cm²提高了166%。稳定性能试验表明,在经过1 000次循环稳定性试验后,加入Co3O4纳米片中间层的复合阳极的伏安电量降低了35.94%,低于无中间层阳极48.88%的伏安电量损耗率。循环极化试验后的Ti/Co3O4/RuO2-IrO2复合阳极的电化学活性仍明显优于循环极化试验前的Ti/RuO2-IrO2阳极。结论 Co3O4纳米片中间层的加入使得Ti/Co3O4/RuO2-IrO2阳极的电催化析氧性能和稳定性都得到了提升。     

Fe3+掺杂Li4Ti5O12的结构及电化学性能

采用高温固相法合成Li4FexTi5-xO12(x=0.025,0.1,0.2)负极材料。通过X射线衍射、扫描电镜、充放电性能测试等对掺杂Fe3+的Li4Ti5O12材料的组成、结构、形貌进行表征,并对其电化学性能进行研究。结果表明,所合成的材料具有良好的尖晶石结构,无杂相。适当Fe3+掺杂能细化材料,提高材料的电子导电性,使材料的循环性能得到改善。Li4Fe0.025Ti4.975O12的充电容量最佳,0.1C倍率下首次充电比容量达到162.5 mA.h/g,循环性能较好。     

高导电性Ti3SiC2改性LiFePO4/C及其电化学性能

LiFePO4具有优良的综合电化学性能,然而它的高倍率性能较差。为了提高其导电性能,进而改善高倍率电化学性能,利用高导电性Ti3SiC2来改性LiFePO4。采用球磨法将Ti3SiC2与LiFePO4进行均匀混合,研究Ti3SiC2添加量对LiFePO4电化学性能的影响。当Ti3SiC2质量分数为4%时,电化学综合性能最好。1、2、5 C的放电容量分别为131.7、119.6、97.4 mAh·g?1,而不加Ti3SiC2试样在相应倍率的放电容量仅为120.8、101.9、64.0 mAh·g?1;恒电位阶跃测试表明添加4% Ti3SiC2使锂离子的扩散速率从8.5×10?11 cm2·s?1提高到8.2×10?10 cm2·s?1;交流阻抗和循环伏安测试还发现Ti3SiC2的加入降低了电荷转移电阻,提高了电极材料的可逆性,从而改善了充放电过程中的动力学限制,提高了高倍率下的放电容量     

含Mg铝合金牺牲阳极的电流效率及其影响因素

在铝合金牺牲阳极中添加Mg、Ti、Nb等合金元素,研究它们的含量与存在形式对牺牲阳极性能的影响,分析第二相、晶粒细化等的作用和影响。结果表明：在所讨论的含Mg铝合金牺牲阳极中,会形成一定类型的第二相,进而影响牺牲阳极的电化学性能;理想的Mg含量为2%;加入微量Ti、Nb可以有效细化晶粒,对提高牺牲阳极的电流效率有很好的促进作用,而且单独加入Ti要比同时加Ti、Nb的效果好。     

Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极的研究

采用Pechini方法制备不同Sn含量的Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极,并运用SEM、EDX、XRD等分析手段和析氧电位、循环伏安、强化电解等方法对阳极的表面形貌、微观结构和电化学性能进行研究。结果表明,制备的氧化物涂层由(IrSn)O2固溶体和非晶态的Ta2O5构成,组成与名义成分基本一致。随着Sn含量的增加,氧化物涂层表面裂纹增多。Sn的加入使Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2氧化物阳极的析氧电位升高,稳定性降低。     

Al掺杂对Li_4Ti_5O_(12)结构及性能的影响

以金红石型TiO2、Li2CO3和Al2O3为原料,采用高温固相法制备锂离子电池负极材料Li4Ti5O12和Li4AlxTi5-xO12(x=0,0.025,0.05,0.1,0.2,0.4)。利用X射线衍射仪、扫描电镜、半电池充放电测试和交流阻抗测试研究材料的物相、结构、形貌以及电化学性能。结果表明:Al掺杂不会改变Li4AlxTi5-xO12的尖晶石结构,但会导致材料颗粒尺寸增大;适当Al掺杂后,材料的循环稳定性和极化性能得到改善,充放电比容量和可逆比容量不同程度降低;Li4Al0.025Ti4.975O12具有最优的电化学性能,0.1C倍率下首次充电比容量达到156.7 mA.h/g。     

锂离子电池正极材料LiCo0.3Ni0.7-xSrxO2的合成及其电化学性能

在空气气氛中合成了LiCo0.3Ni0.7-xSrxO2二元掺杂锂离子电池正极材料,研究了不同掺Sr2 量对材料的结构与电化学性能的影响,用XRD、SEM及电性能测试考察了材料的结构、形貌及其电化学性能.结果表明:Sr2 的掺入量对材料的结构与电化学性能影响较大,随着掺Sr2 量的增加,X射线衍射图中材料的特征峰向低角度飘移,晶胞参数a和c增大,晶胞体积增大; 电性能测试结果表明:适量的掺Sr2 有利于提高材料中Li 的扩散能力,抑制John-Teller效应,降低阳离子混排现象,提高材料的电化学稳定性,当x=0.003,LiCo0.3Ni0.697-Sr0.003O2显示出较优的电化学性能,首次放电容量为162mA·h·g-1,首次放电效率为90.6%; 40次循环后其放电容量仍为153mA·h·g-1,容量损失为7%,显示出较好的循环稳定性.     

Ti对Nb基合金高温抗氧化性能的影响

采用热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)及能谱分析(EDS)等方法,研究Nb-Si-Ti(15%~26%,摩尔分数)-Hf-Al-Cr多元合金、Nb-Ti(0~50%)二元合金在1250℃大气中的高温氧化行为。通过Ti含量变化对合金氧化产物种类及氧化物PBR值的影响,探讨Ti含量对Nb基合金高温抗氧化性能的作用。结果表明:随着Ti含量的增加,合金的高温氧化产物从Nb2O5、Ti2Nb10O29、TiNb2O7和TiO2依次过渡。通过计算发现:Nb基合金的氧化产物Nb2O5、Ti2Nb10O29、TiNb2O7及TiO2的PBR值随着Ti含量的升高依次减小。氧化产物PBR值的下降,可以有效地降低Nb基合金氧化膜的生长应力、提高氧化膜的完整性、增大氧化膜的失效周期,提高Nb基合金的高温抗氧化性能。     

高容量正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的合成及电化学性能

以LiOH.H2O、Ni(OH)2和Mn3O4为原料,采用固相法合成锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的倍率性能和高低温性能。结果表明:900℃下烧结10 h后可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,并具有良好的电化学性能,放电容量最高可达235.9 mA.h/g;在50℃下测试时该材料的放电容量高达284.4 mA.h/g,并表现出良好的循环性能,其倍率性能和低温性能还有待进一步改善。     

微纳米结构MnO/C材料的制备与储锂性能研究

以醋酸锰、乙二醇、草酸二水化合物为原料,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、葡萄糖、间苯二酚为碳源,通过沉淀法辅以热处理,制备出了碳包覆的微纳米结构MnO/C复合材料。利用XRD、SEM、TEM和电化学测试研究MnO/C复合材料的结构、形貌和电化学性能。研究结果表明,以PVP为碳源通过沉淀法制备的MnO/C材料具有微纳米复合结构且材料表面均匀包覆3 nm左右的碳层。该材料作为锂电负极材料在100 m A/g的恒流充放电下循环50次可逆容量达到586 mAh/g,并且经过大电流充放电后仍然表现了优异的结构稳定性。     

Synthesis and electrochemical properties of novel silicon-based composite anode for lithium-ion batteries

A novel nano-Si dispersed composite containing lithium-rich component (lithium orthosilicate, etc.) has been prepared and investigated as a potential anode material for lithium-ion batteries. The composite was synthesized by mechanochemical reduction of SiO using lithium metal as reducing agent and graphite as grinding aid, further vacuum heat-treatment was performed to improve interfacial stability between different components. Compared with pure SiO and intrinsic silicon electrodes, the as-obtained composite electrode exhibited greatly improved cycling performance with a remarkable value of the first coulombic efficiency. The superior electrochemical properties were attributed to small absolute volume changes of nano-silicon particles, highly distribution of silicon phase and better buffering action of lithium-containing components.     

碳酸亚乙烯酯添加剂对LiFeP04／石墨电池高温循环性能的影响

研究成膜添加剂对材料结构稳定性及LiFePO4/石墨电池高温循环性能的影响。分别测试添加和未添加碳酸亚乙烯酯（VC）的18650电池的高温循环性能,并通过充放电测试、交流阻抗、扫描电镜、X射线能量色散光谱以及拉曼光谱等方法研究 VC 对电池正、负材料结构的影响。结果表明：VC 添加剂在提高石墨结构稳定性的同时显著抑制LiFePO4材料中的溶铁行为;此外,VC添加剂阻止电解液在负极表面还原分解及负极表面SEI膜的增厚,也阻止电解液在LiFePO4电极表面的分解;含有VC添加剂的电解液可以有效改善LiFePO4/石墨电池在高温下的循环稳定性。     

锂离子电池极材料钽掺杂钛酸锂的制备及电化学性能

通过固相合成制备了钽掺杂材料Li4Ti4.95Ta0.05O12。通过XRD和SEM来表征Li4Ti4.95Ta0.05O12的结构和形貌。钽掺杂并没有改变本体材料的结构和形貌,而且显著提高了材料的循环性能和倍率性能。Li4Ti4.95Ta0.05O12在10C和30C倍率时的放电容量分别是116.1mA.h/g和91.0mA.h/g。Ta掺杂取代了Li4Ti5O12中的Ti的位置,产生了Ti4＋/Ti3＋混合价态,从而提高了钛酸锂的电导率。故具有优异的高倍率性能,是一种优异的锂离子电池负极材料。.     

NiO对Sm2Zr2O7光子导热率影响的研究

采用共沉淀法制备Sm2Zr2O7粉体,通过无压烧结的方法制备Sm2Zr2O7及Sm2Zr2O7-NiO复合材料块体,利用磁控溅射法在纯Sm2Zr2O7块体表面制备不同厚度的NiO薄膜。对复合材料以及NiO薄膜的相结构及微观形貌进行分析,并对试样的热导率进行测试。结果表明,虽然NiO本身较高的热导率提高了整个材料体系的热导率,高温下热导率回升现象在一定程度上有所减弱。表面有NiO薄膜的Sm2Zr2O7试样的热导率普遍低于Sm2Zr2O7-NiO复合材料试样,并且热导率随着NiO薄膜厚度的增大先降低后上升,热导率回升有所缓解。     

Porous Hard Carbon Derived from Walnut Shell as an Anode Material for Sodium-Ion Batteries

Porous hard carbon with large interlayer distance was fabricated from walnut shells through a facile high-temperature pyrolysis process and investigated as an anode material for sodium-ion batteries (SIBs). The results show that the electrochemical performance is mainly dependent on the pyrolysis temperature. The porous hard carbon, which was carbonized at 1300°C, displays the highest reversible capacity of 230 mAh g^?1 at 20 mA g^?1 and an excellent cycling stability (96% capacity retained over 200 cycles). The promising electrochemical performances are attributed to the porous structure reducing distances for sodium ion diffusion and expanded interlayer spacing, which is beneficial for sodium reversible insertion/extraction. The excellent electrochemical performance as well as the low-cost and environmental friendliness demonstrates that walnut shell-derived porous hard carbon is a promising anode material candidate for SIBs.     

双氧水水热处理泡沫镍制备 Ni(OH) 2 自集流超级电容器电极材料

目的寻找一种简便、价廉、对环境友好的方法制备具有高比容、长寿命的Ni(OH)2自集流超级电容器电极材料。方法采用水热法(15%(质量分数)的H2O2溶液,180℃,24 h)直接在泡沫镍集流体上原位生长Ni(OH)2,并对其形貌、组成以及电化学性能进行研究。结果通过双氧水水热处理,可以在泡沫镍集流体上原位生长出边长400~600nm、厚度约200nm的Ni(OH)2六边形片,此为六方晶的β-Ni(OH)2。该电极材料在2mol/LKOH溶液中的最高比容为2534F/g(扫速1mV/s),且循环1000圈后,比容值仍保持在91%以上(扫速为50mV/s)。结论该制备方法简单价廉,对环境友好,制得的电极材料具有自支撑、自集流的特点,且具有优异的电化学性能和良好的循环稳定性。     

锂离子电池硅/石墨/无定形碳复合阳极材料的制备及电化学性能表征

提出并制备了一种优化结构的硅/石墨/无定形碳复合材料,材料主要通过对硅、石墨和蔗糖的混合物进行超细粉碎和热解制备,硅基材料的电化学性能得到有效改善。研究了硅/石墨/无定形碳材料的形貌、电化学性能、循环稳定性,并对硅含量进行了优化。结果表明,将纳米硅材料负载在石墨碳基体上,结合高温热解技术,可以有效提高阳极材料的电化学性能。以石墨为缓冲基体、具备导电网络和非晶碳涂层的硅/石墨/无定形碳材料表现出良好的电化学性能。硅/石墨/无定形碳材料的非晶碳涂层可以明显降低硅与电解液之间接触损耗的可能性,并通过释放硅体积变化产生的应力来帮助保持材料的稳定性。