脉冲放电和高能球磨组合制备纳米硅颗粒的储锂性能研究

按照一种高质高效、自上而下的纳米硅制备方法,以P型重掺杂晶体硅和N型重掺杂晶体硅为原料,探究不同重掺杂类型对电化学性能的影响。采用脉冲放电和高能球磨组合法制备纳米硅颗粒,获得平均粒径(D50)约为100 nm且尺寸分布均匀的硅颗粒。结果表明:P型重掺杂纳米硅的首次充电比容量为1646.5 m Ah/g、库伦效率为65.92%,经过50圈循环,其可逆比容量保持为1353.7 m Ah/g;N型重掺杂纳米硅的首次充电比容量为1730.7 m Ah/g、库伦效率为66.04%,经50圈循环,其可逆比容量保持为1400.1 m Ah/g。     

硅/碳/碳纳米管复合负极材料的电化学性能

采用高温裂解沥青、纳米硅和超声酸化处理的碳纳米管混合物,制备了锂离子电池负极复合材料硅/碳/碳纳米管。测试表明复合材料首次放电比容量高达1077 mAh/g,经过20个循环后可逆容量仍高达703 mAh/g。碳纳米管在碳基体中形成的网状结构使复合材料在循环过程中保持较好的稳定形貌。     

多孔VN纳米带锂离子电池负极材料研究

通过水热法及后续的氮化处理制备了尺寸均一的多孔氮化钒纳米带锂离子电池负极材料。利用SEM和XRD对所制备的样品进行了形貌和成分的表征,并研究了其电化学性能。结果表明,VN纳米带在40 m A/g电流密度下,首次放电比容量可高达374 m Ah/g,经过4次循环稳定之后,库伦效率能达到97%以上,并且100次循环后容量还能保持250 m Ah/g。     

整片三维纳米多孔铜为集流体的氧化亚铜膜电极的制备及储锂性能研究

对Mn-35Cu合金采用化学腐蚀法可制备出一种结构均匀且平均孔径为100 nm的整片三维纳米多孔铜。随后,经300℃、0.5 h热处理,在三维纳米多孔铜孔壁表面进一步形成一层氧化亚铜薄膜,从而制备出三维纳米多孔铜为集流体的氧化亚铜膜电极。分别对该电极进行SEM、XRD及恒流充放电测试。结果表明,这种多孔氧化亚铜膜电极在0.1 m A/cm~2的电流密度下,首次放电比容量达1.29 m Ah/cm~2,最高可逆比容量达0.89 m Ah/cm~2。60周循环后,该电极可逆比容量仍有0.56 m Ah/cm~2,容量保持率为62.9%,表明在下一代高性能锂离子电池中具有潜在的应用前景。高比表面积的氧化亚铜薄膜和独特的纳米多孔结构是该电极具有优异储锂性能的主要原因。     

三维海胆状多孔复合结构铜/氧化铜/二氧化锡/碳复合电极的制备及储锂性能的研究

以三维纳米多孔铜为基底,采用水浴法,使锡基金属有机物框架原位嵌入生长在其表面的孔隙中,然后进行热处理,最终制得铜/氧化铜/二氧化锡/碳复合电极。采用SEM、XRD、EDX等测试方法表征了电极结构并进行了电化学性能测试。结果表明,氧化铜膜是由三维纳米多孔铜表面部分氧化形成的连续膜,碳包裹的二氧化锡嵌入在多孔基底的孔隙中。这种复合电极在电流密度为1 m A/cm2电流密度条件下首次充电比容量达到4.8 m Ah/g;在循环120周后,可逆比容量保持在2.2 m Ah/g,容量保持率达到了45.9%。     

水热-碳热还原原位合成锂离子电池Sn-Co-C复合负极材料

以纳米二氧化锡、硝酸钴、脲、葡萄糖和十二烷基硫酸钠为原料,通过水热-碳热还原原位制备锂离子电池Sn-Co-C复合负极材料。通过XRD、SEM、EDS和TEM分析表明,原位生成的Sn-Co合金颗粒分布于纳米或微米尺度的碳球和碳纳米棒内部以及微孔碳基体之中。电化学测试表明,在50 m A·g-1电流密度下,Sn-Co-C复合负极材料首次充放电比容量分别为602.9 m Ah·g-1和867.1 m Ah·g-1,循环100次后其充放电比容量仍分别保持在350.4 m Ah·g-1和356.6 m Ah·g-1,平均每次放电容量衰减率仅为5.1%。优异的电化学性能主要归因于Sn-Co合金颗粒处于纳米或微米尺度的碳球和碳纳米棒内部以及微孔碳基体之中可以改善其导电性,并可以缓解锂电池充放电过程中产生的体积变化所导致的活性物质脱落,提高循环性能和寿命。     

氧化锡包裹碳管复合材料的制备及其锂电性能

以分散于十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液中的碳纳米管(CNTs)为基体,四氯化锡(SnCl_4)为锡源,硼氢化钠(Na BH4)为还原剂,采用逐层吸附原位沉积工艺制备SnO_2/CNTs复合材料。微观结构显示粒径为2~3 nm的金红石型SnO_2纳米晶均匀包裹在CNTs表面,说明通过在CNTs表面分别吸附BH4-和Sn4+离子,能够有效抑制SnO_2的均相成核-长生,有利于形成同轴结构的SnO_2/CNTs复合材料。该复合材料首次放电容量高达1425.7 m Ah/g,在电流密度为50 m Ah/g时,可逆容量保持在500 m Ah/g,其容量和循环稳定性均优于纯SnO_2。     

溶胶凝胶法制备LiCo_(0.12)Mn_(1.88)O_4粉体及其电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法并结合热处理工艺制备Li Co0.12Mn1.88O4粉体,考察了煅烧温度对Li Co0.12Mn1.88O4粉体形貌、结构及电化学性能的影响。结果表明:随煅烧温度的升高,粉体颗粒尺寸逐渐增大,晶型趋于完整。700℃煅烧10 h得到的Li Co0.12Mn1.88O4颗粒大小均匀,晶型完整。0.5C倍率下首次放电比容量达到117.9 m Ah/g,经100次循环后仍能达到108.8 m Ah/g,容量保持率高达92.3%,表现出良好的循环性能。     

锂离子电池Sn薄膜电极厚度对其电化学性能的影响

用电沉积方法在铜集流体上分别制备出不同厚度(2,0.5,0.25,0.12μm)的锡薄膜电极。用扫描电镜观察其表面形貌、以充放电实验比较其性能。结果表明,减小Sn薄膜厚度可改善电极的循环性能,但首次容量损失也增大。0.5μm厚的Sn薄膜具有最高的放电容量和较好的循环稳定性;其首次放电比容量为749mAh/g,40次循环时放电比容量仍保持578mAh/g。     

化学还原-球磨法制备Sn-Co-C锂离子电池负极材料的性能

采用化学还原法得到纳米级Sn-Co粉末,再经过与硬碳粉混合球磨得到Sn-Co-C复合粉体.能谱测试表明,样品Sn、Co、C原子分数分别为3.89%、1.47%、94.64%.SEM观察显示,50～100 nm锡钴微粒附着在片状的硬碳颗粒上.复合粉体与锂片组成模拟电池,首次放电比容量为558.4 mAh/g,首次充电比容量为338.5 mAh/g.30次循环后,放电比容量保持在348.2 mAh/g,保持率为62.4%;充电比容量保持在335.4 mAh/g,保持率为99.1%.充放电比容量较硬碳提高3倍左右.由分析放电曲线可知,第一次放电后在电极表面形成了固体电解质界面膜(SEI)膜,循环一次后该膜消失.     

粉末非晶硅制备及其气体氢化和电化学储氢性能研究

以Li13Si4为原料采用化学去锂化法制备了具有层状结构的非晶硅(α-Si)粉体并对α-Si进行球磨改性,研究了改性前后α-Si在H2中的氢化行为以及氢化处理对α-Si电极在质子传导离子液体中的电化学储氢性能影响。研究结果表明,球磨能明显减小α-Si粉体的颗粒尺寸,但易引入Fe和Cr金属杂质并形成Fe2Si与CrSi2。氢化时α-Si逐渐发生晶化,当氢化时间不少于8 h时,α-Si基本完全晶化,氢化后的SiHx结构由SiH、SiH2和SiH3三种成键模式组成。球磨改性有助于增加α-Si的初始吸氢量,随氢化时间延长,α-Si的吸氢量逐渐增大,其中经球磨和氢化2、5、8和58 h后的α-Si吸氢量分别达到(质量分数)0.38%、0.76%、0.91%和3.8%,其吸氢速率比较缓慢。α-Si电极在质子型离子液体中具有电化学吸放氢反应活性,但其放电容量偏低(42~163 mAh/g),其中球磨和氢化8 h的α-Si经20次充放电后具有最大放电容量163 mAh/g。球磨改性和适当的氢化处理(8 h)有利于提高α-Si电极的放电容量。     

电沉积制备的两种形貌Sn薄膜锂离子嵌入电极性能的比较

用电沉积方法在Cu集流体上分别制备出用于锂离子电池负极材料的密集细粒状(＜0.5 μm)和分散粗粒状(≈3 μm)两种Sn薄膜电极.用X射线衍射、扫描电镜、循环伏安及充、放电实验研究比较了两电极的组织与性能.结果表明,在氟硼酸盐溶液中使用以醛类为主的复合添加剂,在静止条件下可制得细粒Sn薄膜电极,在搅拌条件下可制得粗粒Sn薄膜电极;细粒Sn薄膜电极比粗粒Sn薄膜电极具有较优的初始嵌锂容量和循环稳定性:细粒Sn薄膜电极首次放电比容量达到787 mA·h/g,40次循环时放电比容量仍保持在630 mA·h/g;而粗粒Sn薄膜电极首次放电比容量只有576 mA·h/g,至20次循环放电比容量降至150 mA·h/g.     

Ni对非晶态Co-B合金电化学储氢性能的影响

通过化学还原共沉积法引入元素Ni制备了三元非晶态Co-Ni-B合金,并研究了元素Ni对非晶Co-B合金电化学储氢性能的影响。结果表明,含镍23.8at%非晶态Ni-Co-B合金的可逆放电容量约为250mAh/g,较非晶Co-B合金下降约20mAh/g,但循环稳定性二者相同,即在650mA/g的高电流密度下循环60次容量几乎保持不变。但进一步增加Ni含量,含镍35.8at%的非晶态Ni-Co-B合金的放电容量和循环稳定性都较不掺杂时发生大幅下降。但是,元素Ni的引入能有效抑制高电流密度充电过程中Co-B合金表面大量氢气的析出,减小电极放电电压平台和容量在循环过程中的波动。这可能得益于以下2个原因:(1)非晶Ni-Co-B合金对水分解的电催化活性降低;(2)吸附态氢原子在非晶Ni-Co-B合金基体中的扩散速度高于在Co-B合金中的扩散速度。     

5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的草酸共沉淀法合成及性能

通过草酸共沉淀法成功合成了5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,采用XRD、SEM、充放电试验和循环伏安法对合成产物进行表征。XRD和SEM分析结果表明,所合成的正极材料LiNi0.5Mn1.5O4具有立方尖晶石结构（空间群为Fdˉ3 m）,结晶度高,粒度适中且比较均匀。电化学测试结果表明,合成产物具有优良的电化学性能,它仅在4.7 V附近有一个放电平台,0.1 C的放电容量高达133 mAh/g,50次循环后放电容量仍保持在128 mAh/g以上,1和3 C的放电容量在30次循环后也分别保持在122和101 mAh/g以上     

Nano Si-coated graphite composite anode synthesized by semi-mass production ball milling for lithium secondary batteries

Nano-sized silicon particles were uniformly coated onto a natural graphite surface by a 1 ton/month-based semi-mass production ball milling method in order to prepare Si-based anodes for Li ion batteries. The structure, surface morphology and Si coating properties of the as-synthesized powders were analyzed by XRD, Raman, SEM, TEM and EDS mapping tools. The initial gravimetric discharge capacity of the Si-coated graphite measured using a half cell was 761 mAh/g at a rate of 0.2 C. Additionally, the discharge capacity retention of a full cell system was 71.4% at a 1 C rate even after 300 cycles as well as 96.6% of initial coulombic efficiency. The cycled composite powders were further analyzed by SEM and EDS mapping techniques. This method is proposed for commercial extension to the manufacture of lithium secondary batteries.     

Synthesis and electrochemical properties of Th-doped LiMn2O4 powders for lithium-ion batteries

To improve the cycle performance of eco-friendly and cost-effective spinel LiMN2O4 as the Li secondary batteries, the Th-doped LiThxMn1-xO4 spinel powers were synthesized by solid-state method. The starting materials, Li2CO3,MnO2 and Th(NO3)4·4H2O, were mixed uniformly using a traditional ball milling, which resulted in a uniform particle size distribution in the mixed powers. Tests of X-ray diffraction, SEM, impedance spectra and charge-discharge were carried out for LiThxMn1-xO4 cathode materials. Results show that the synthesized LiTh0.01Mn1.99O4 material exhibits standard spinel structure, regular particle morphology and excellent property of charge-discharge for big current. The capacity retention of the material modified by doping Th is more than 85.1% of the first discharge specific capacity of 111.5 mAh·g -1 after 20 cycles at the current rate 1C, while the pristine LiMN2O4 is only 57% of the first discharge specific capacity of 110.2 mAh·g-1 after the same cycles at the same current rate.     

高性能纳米晶储氢合金的制备

用双辊快淬法得到晶粒尺寸小于50nm、由均匀CaCu5相组成的富铈稀土储氢合金，在200mA／g充放电条件下，合金放电比容量达到295mAh／g，经200循环后，容量衰减率为4．5％。将合金粉组装成AAA550型电池，在1C充放电条件下，经2次活化，比容量达到最大值547．4mAh／g，经95次循环后，容量衰减率为2．48％。     

Electrochemical characteristics of CoSnx alloy composite anode forlithium-ion rechargeable batteries

Nano/micro-scaled CoSnx alloy powders synthesized via carbothermal reduction at 800 ℃ with different compositions were characterized for anode materials in Li-ion battery. The synthesized spherical CoSnx particles show a loose nano/micro sized particle structural characteristic, which is apparently favorable for the improvement of cycling stability. The prepared CoSn3 alloy composite electrode exhibits a low initial irreversible capacity of ca.130 mAh·g-1 and a high specific capacity of ca.440 mAh·g-1 at constant current density of 100 mA·g-1 . The relatively large particle size is considered to be the main reason for the lower irreversible capacity of CoSn3 electrode.