四氧化三钴/还原氧化石墨烯复合材料制备及其性能的研究

氧化钴(Co_3O_4)/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料中Co_3O_4的纳米结构对于锂离子电池性能起着至关重要的作用。本文通过水热法来制备Co_3O_4/rGO复合材料,采用透射电子显微镜、外吸收光谱、X射线衍射红和X射线光电子能谱和方法对样品进行了表征。测试表明,Co_3O_4/rGO纳米复合材料产生了至少两种不同纳米结构。在整个循环充放电过程中,其比容量一直衰减较快,最后比容量趋于稳定在350mAh/g。本实验工作将为制备Co_3O_4/rGO纳米复合材料和其锂离子电池负极材料的电学性能研究提供一条可参考的方法。     

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe_2O_3和Fe_3O_4,理论容量分别为1 007 mA·h·g~(-1)和924 mA·h·g~(-1).关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成

通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯（MnO/rGO）复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰（p-MnO）更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.      

静电自组装制备三维石墨烯包覆红磷用于锂离子电池负极材料

红磷具有低成本、比容量高等优点,但由于其本征电导率低,在脱嵌锂过程中体积变化大,导致其电化学性能稳定性差,严重制约了其商业应用。通过静电自组装的方法,将红磷包覆在高导电性的石墨烯中,采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试手段对其形貌、组分进行了分析,将其作为锂离子电池负极材料,并进行了相关的电化学测试。结果表明,相比于红磷粉末电极材料,石墨烯包覆红磷电极材料,具有更好的电化学稳定性,在循环100圈后,仍能保持933 mAh·g-1的比容量,远高于红磷粉末电极材料。这可以归结于高导电性的石墨烯可以提供有效的电子/离子传输,同时石墨烯包覆有助于抑制红磷颗粒的体积膨胀,保证了结构的稳定性。     

氮化钒/纳米硅/碳复合微球的制备及其储锂性能

硅(Si)因拥有高的比容量,资源丰富等优势有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料,但其导电性差和循环过程中体积膨胀严重等缺陷限制了其进一步应用。采用喷雾干燥法,以玉米淀粉、纳米硅和NH₄VO₃作为原料,经碳化与氮化后获得氮化钒/纳米硅/碳复合微球(Si@VN/C)。氮化钒的引入提供了电子/离子快速传输通道,提高了纳米硅的导电率,并使纳米硅保持了良好的结构稳定性。碳层将作为纳米硅颗粒的保护层,避免纳米硅与电解液直接接触,有效缓解纳米硅充放电后的体积膨胀。Si@VN/C展现出良好的循环性能,在0.2 A·g^-1电流密度下循环130圈后容量为818 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1高电流密度下循环300圈后可逆容量仍保持580.5 mAh·g^-1。     

具有微米纤维碳的硅/石墨/碳复合材料的制备及在锂离子电池中的应用

以沥青为软碳原料,商业石墨的载体材料,通过高温热解法成功合成了硅/石墨/碳复合材料,同时原位生成了微米尺度的碳纤维.该硅/石墨/碳复合材料具有诸多优点,石墨片层堆叠之间的空隙为硅的体积膨胀提供了有效的空间,沥青热解碳材料的包覆能一定程度抑制硅基材料的体积效应和提高其电子电导率,同时微米级的碳纤维能提高材料的长程导电性和结构稳定性,从而极大的改善负极材料循环性能.通过电化学测试表明,硅/石墨/碳复合材料中硅/石墨/碳复合负极材料在200 mA·g-1电流密度下具有650 mA·h·g-1的可逆容量,在200 mA·g-1电流密度下经过500圈循环后容量保持率为92.8%,每圈的容量衰减率仅为0.014%,展现了优异的循环性能.      

V2O5/石墨烯纳米复合材料的合成及储钠性能研究

五氧化二钒(V₂O₅)因其具有层状结构、高容量、低成本、资源丰富、高的Na⁺离子电导率、Na⁺嵌入/脱嵌时体积变化小、中等电位平台等优点而受到广泛关注。以V₂O₅和草酸为原料，采用水热法成功制备了V₂O₅/石墨烯纳米复合材料(V₂O₅/rGO)。结果表明：石墨烯与V₂O₅纳米线相互紧密交织，形成连续的V₂O₅-石墨烯网络结构；V₂O₅-石墨烯网络结构提供了快速的电子转移速度，扩展了电极材料与电解液的有效接触面积，提高了材料的导电性，缓冲了钠离子嵌入引起的体积变化，从而使V₂O₅/rGO纳米复合材料的储钠性能得到有效地改善(100 mA/g时，100次循环后，放电比容量为154 mAh/g)。     

部分炭化策略制备Si@C材料及其储锂性能研究

硅因其具有较高的理论比容量（约为3 579 mAh/g,Li₁₅Si₄）而成为最具吸引力的负极材料。为了解决硅材料高达300%的体积膨胀和导电性差等问题,以聚丙烯酸（PAA）、蚕茧提取物丝素蛋白和纳米硅（Si NPs）为原料,通过简单的部分炭化,一步法制备了Si@C_AS电极材料,并系统研究了聚丙烯酸（A）/丝素蛋白（S）的比例和炭化温度对Si@C_AS复合材料电化学性能的影响。结果表明:当聚丙烯酸与丝素蛋白的质量比为1∶1,炭化温度为450 ℃时,所制备的Si@C_AS负极的电化学性能较优,远超Si@C_A和Si@C_S负极材料的电化学性能。Si@C_AS负极材料可在0.5 A/g电流密度下循环200圈后比容量可达1 404.2 mAh/g。同时,该材料展现出了优异的倍率性能,在4 A/g电流密度下比容量仍可达1 452.8 mAh/g。      

高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

将Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原,制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析,对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征,并测试其电化学性能。结果表明,通过高温氢还原,氧化石墨烯全部还原为石墨烯,无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面,形成层状复合结构;与纯纳米硅粉相比,Si/G复合材料的电化学性能明显提高,在300 m A/g电流密度下,首次放电比容量为2 915.0(m A·h)/g,首次充电比容量为1 080.5(m A·h)/g,20次循环后比容量稳定在969.6(m A·h)/g,库伦效率为99.8%;而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4(m A·h)/g,20次循环后比容量仅为6.4(m A·h)/g。     

锂离子电池负极材料PSi@GO的制备及其电化学性能

具有高能量密度的硅材料是锂离子电池负极的优选材料之一。但是,低电导率和在充放电过程中伴随的巨大体积变化而导致循环过程中容量迅速衰减,阻碍了硅材料商业化。本文以商业化的铝硅合金为硅源,通过冷冻干燥方法将氧化石墨烯（GO）包覆在其表面,制备了微米级的多孔硅（PSi）与GO的复合材料PSi@GO。该复合材料核层多孔硅内部丰富的孔隙提供充足的空间以适应硅的体积变化,外层的氧化石墨烯可以加速离子和电子传输,并再次缓冲硅的体积变化,从而可以有效地改善硅负极的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明,电流密度为500mA/g时,PSi@GO-2（PSi与GO质量比为10∶5）复合电极材料循环100次后,比容量仍可达到1 275 mAh/g;在电流密度为4 A/g时,该复合材料也可达到980 mAh/g的高比容量。该PSi@GO-2复合材料显示了优异的倍率性能,具有良好的应用前景。      

聚苯胺/碳复合材料的导电性

采用原位聚合法制得聚苯胺/碳复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、四探针测试仪和电化学工作站对试样进行表征测试。结果表明,掺杂不同碳材料对聚苯胺(PANI)复合材料的导电性影响较大、微观形貌变化明显,其中掺杂石墨烯制得的复合材料电导率是纯PANI电导率的2.5倍,掺杂r-GO/Fe_3O_4制得的复合材料的电导率最高且阻抗最小,电导率达6.49 s/cm。掺杂后制得的PANI复合材料中,PANI的衍射峰及特征吸收峰依然存在,碳材料的掺杂改性未破坏PANI的性质,且可增强复合材料的导电性。     

水热法制备负极材料NiFe2O4的电化学性能研究

以Ni(NO_3)_2·6H_2O和Fe(NO_3)_3·9H_2O为原料,通过水热法制备了尖晶石型NiFe_2O_4前驱体,探讨了热处理温度对NiFe_2O_4材料性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流充放电测试技术对材料晶体结构、形貌特点和电化学性能进行了表征测试。试验结果表明,合成的材料为球形纳米颗粒,400℃下热处理的NiFe_2O_4材料具有最好的循环性能,在100 mA/g的电流密度下,经过20次循环后,比容量保持在588 mAh/g。     

锂离子电池负极材料用纳米铁酸锌的制备及研究进展

铁酸锌(ZnFe2O4)因其优良的性能被用作锂离子电池新型负极材料,但ZnFe2O4导电性差,充放电过程中的体积效应严重,导致其循环稳定性低、容量衰减快、倍率性能差,限制了其的应用.本文介绍了几种制备纳米铁酸锌及铁酸锌复合材料的方法,通过扫描电子显微镜对纳米级铁酸锌的形貌结构进行了研究,总结了水热法、溶剂热法、静电纺丝...     

钴-铁双金属有机骨架衍生的硅/碳复合材料的制备及其电化学性能

硅拥有理论比容量高、锂化电压低和资源丰富的突出优势,是最具潜力的负极材料之一。然而,其巨大的体积变化导致的性能快速衰减和高成本的复杂合成工艺,仍是阻碍其工业化应用的关键。因此,我们通过将纳米硅嵌入到钴-铁双金属有机骨架(MOFs)中,制备得到多孔硅基复合材料(Si@CoFe/NC)。该结构兼具MOFs衍生材料的高导电性和独特的多孔特性,能有效的减缓充放电过程中电极的体积效应,因而展现出优异的电化学性能。所制备材料具有高达832 mAhg~(-1)(1Ag~(-1))的初始可逆比容量,且经过100次循环后,比容量依然维持在598mAhg-1。这项研究工作提出了一种简单的方法来制备具有优异电化学性能的硅基复合材料,在锂离子电池负极中具有较大的应用潜力。     

多层石墨烯和Fe_2O_3纳米颗粒对TC11合金磨损行为的影响

通过在TC11合金摩擦界面添加机械混合的多层石墨烯和Fe_2O_3纳米颗粒,研究其对TC11合金磨损行为的影响,并与未添加及只添加多层石墨烯或Fe_2O_3纳米颗粒时进行对比。利用XRD、SEM和EDS等微观分析手段对磨损表面的物相、形貌和成分进行检测分析,并探讨摩擦层的形成过程及纳米材料的作用。结果表明:添加多层石墨烯或Fe_2O_3纳米颗粒时形成的摩擦层不能稳定存在,无法改善TC11合金较差的耐磨性。而添加机械混合的多层石墨烯和Fe_2O_3纳米颗粒时,在磨面形成同时具有良好润滑性和优异承载能力的双层摩擦层,能有效地阻止金属间相互接触,对基体起到保护作用,使得TC11合金的磨损量显著下降。     

还原-热扩散合金化法制备锂离子电池SnSbFe合金负极材料

文中通过化学还原-热扩散合金化方法,制备了类方形纳米结构SnSbFe合金复合材料。SnSbFe合金颗粒分布均匀,颗粒大小为250 nm左右。与同样方法制备的纳米级Sn2Fe合金复合材料相比,SnSbFe合金复合材料的电化学性能有显著提高。该方法制备的合金复合材料通过减缓材料充放电过程中的体积变化,抑制去合金化过程中纳米锡的团聚现象,从而显著提高材料的循环性能。Sn2Fe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为694、78.6 mAh/g。而SnSbFe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为1 138、406 mAh/g。     

氮化碳自组装包裹对SnO_2-TiO_2复合锂离子电池负极材料电化学性能的影响

通过简单的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)纳米片自组装沉积法,制备了g-C_3N_4包裹的SnO_2-TiO_2纳米复合材料.扫描电子显微镜观察显示,g-C_3N_4均匀地包裹在SnO_2-TiO_2纳米颗粒上.SnO_2-TiO_2-C_3N_4纳米复合材料被用作锂离子电池的负极材料,在0.2C的倍率下循环20次后,比容量达到380.2mA·h·g~(-1),明显高于未经g-C_3N_4包裹的纯的SnO_2(51.6mA·h·g~(-1))和SnO_2-TiO_2纳米复合材料.在0.1~0.5C的倍率充放电测试中,SnO_2-TiO_2-C_3N_4纳米复合材料的比容量仅从490mA·h·g~(-1)衰减到330mA·h·g~(-1),高倍率下抗衰减性能优于同类材料.材料优异的电化学性能归功于g-C_3N_4的包裹处理,这不仅增强了固体电解质界面(SEI)的稳定性,也抑制了锂离子嵌入-脱出时SnO_2和TiO_2纳米颗粒的体积变化.     

钠离子电池正极材料Na0.7MnO2的制备及性能研究

文章主要通过水热法和热处理来获得Na_(0. 7)MnO_2材料。该材料是纳米薄片结构,直径在200～300 nm之间,厚度约为20～30 nm左右。在电化学测试中,500℃的Na_(0. 7)MnO_2在0. 1倍率时首次放电比容量为168. 3 mAh/g,接近Na_(0. 7)MnO_2材料的理论比容量170 mAh/g。循环70圈以后,其放电比容量为161. 1 mAh/g,仅有4. 3%的容量损失,表现了优异的循环性能,且倍率性能较好。可以作为钠离子电池正极材料。     

锂离子电池用CuFe2O4立方颗粒负极材料的合成及其电化学性能

金属氧化物材料具有多倍于商业石墨负极的理论容量,但此类材料在储锂过程中会出现体积膨胀,导致活性物质粉化脱落,影响锂离子电池的循环寿命。以金属有机框架（MOFs）普鲁士蓝立方体为自牺牲模板合成了空心CuFe₂O₄立方颗粒,并将其作为锂离子电池的负极材料。CuFe₂O₄立方块的粒径范围在300~500 nm之间,壳层厚度为40 nm。电化学测试表明CuFe₂O₄立方颗粒在200 mA/g电流密度下循环200次后放电容量仍能达到742.4 mAh/g,出色的性能得益于颗粒的中空结构能够有效缓解因储锂而产生的体积膨胀,从而延长锂离子电池的循环寿命。      

V_2O_5/RGO纳米复合材料的制备及表征

通过简单的一步水热反应制备出V_2O_5/RGO纳米复合材料。采用XRD、SEM及电化学工作站对其结构、形貌和电化学性能进行了分析表征。结果表明,V_2O_5/RGO纳米复合材料中V_2O_5晶型为斜方晶相,复合材料中V为V＋4、V＋5两种价态,且V_2O_5/RGO的形貌为片状结构,该纳米复合材料在0.5mol/L K2SO4电解液中以5m V/s进行CV测试时,比电容可达208.04 F/g,而且其电化学窗口可以达到1.6V（-0.6~1.0V）,表明V_2O_5/RGO纳米复合材料有望成为一种潜在的超级电容器电极材料。