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。     

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Fe₃O₄被认为是一种储锂性能优异的锂离子电池负极材料,但目前仍存在导电性差和充放电过程体积膨胀问题。文中以L-精氨酸、对苯二甲醛和九水硝酸铁为原料,通过溶剂热反应得到铁离子掺杂L-精氨酸聚合物(W-Fe₃O₄@NC precursors),随后高温热解制备了杨梅状碳包覆四氧化三铁(W-Fe₃O₄@NC)复合负极材料。对W-Fe₃O₄@NC的形貌、表面化学结构、孔隙率和在锂离子电池负极中的电化学性能进行了表征。结果表明,得益于独特的杨梅状形貌、有益的氮掺杂、高度分散的Fe₃O₄纳米微粒和均匀的碳包覆,W-Fe₃O₄@NC在1 A/g电流密度下循环800圈后比容量高达815.1 m Ah/g,在5 A/g的大电流密度下,比容量仍保持在232 mAh/g,循环稳定性和倍率性能显著优于纯碳材料(NC)和市售Fe₃     

锂硫二次电池硫/碳正极复合材料的研究进展

锂硫电池因其具有高能量密度、较好的安全性、绿色环保和低成本等特点,成为未来动力电池最具吸引力的体系之一。但是,因其放电产物多硫化物易溶于有机电解液以致锂硫电池循环性能差,制约了锂硫电池的快速发展。碳材料利用其高的比表面积和多孔结构吸附电极反应的中间产物多硫化锂,起到固硫的作用,提高电池的循环性能。综述了锂硫电池硫/碳正极复合材料的研究现状;分析了影响锂硫电池循环性能的主要因素;简述了锂硫电池硫/碳正极复合材料今后研究的方向。     

基于高活性碳纳米管海绵体载硫的锂硫电池

用CVD法制备的碳纳米管(CNTs)之间的相互吸引,将其堆叠成具有网状结构、多孔及高活性等优点的CNT海绵体(CNTS).于是,硫蒸气可在CNTs管束上形核沉积并与其紧密接触,使正极电子的高速传输从而提高电池的倍率性能;用XRD、SEM、拉曼光谱等手段测试CNTS载硫前后的极片,考察了硫在CNTs表面的分布和载硫对其结...     

碳纳米管复合磷酸铁锂材料的制备及性能(英文)

结合磷酸铁锂纳米化,并利用碳纳米管良好的导电性和大长径比等优良特性,采用喷雾干燥方法制备出碳纳米管原位复合磷酸铁锂正极材料。碳纳米管在材料合成过程中均匀分散在活性物质中,形成连续贯通的三维导电网络,这种结构可显著提高磷酸铁锂正极材料的电子导电性和锂离子的扩散速率。所得材料具有良好的大电流放电特性,在50 C充放电时,比容量达到99mAh/g;同时该材料也具有优异的循环性能,在10 C大电流充放电的情况下,450次循环后容量保持率仍大于90%。     

微波法制备硫/膨胀石墨复合材料及其锂硫电池性能（英文）

采用简单的微波辅助的方法成功制备了硫/膨胀石墨复合材料。膨胀石墨可以用作锂硫电池中阴极的微型容器及集流体。通过控制硫与膨胀石墨的配比成功控制了复合材料中硫颗粒的大小。当硫与膨胀石墨的比例为10∶1时,可以得到相对较均匀的硫颗粒。同时研究了不同条件下所制样品的锂硫电池性能。结果表明,硫的含量与硫颗粒的大小对锂硫电池的容量非常重要。当硫与膨胀石墨的比例为10∶1时,在0.1C放电速率下,复合材料具有最高的放电容量1 020 m Ah·g~(-1)。     

多壁碳纳米管纸作正极集流体的锂硫电池性能

为了改善锂硫电池的循环性能,以纸纤维为基体,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,采用真空抽滤法制得MWCNTs导电纸,并将MWCNTs导电纸作为正极集流体代替铝箔应用于锂硫电池。对MWCNTs导电纸进行了形貌结构表征和电化学性能测试,并对循环后的MWCNTs导电纸电极进行EDS检测。结果显示,MWCNTs均匀地附着在纸纤维基体上,多空隙的MWCNTs导电纸三维结构明显。采用MWCNTs导电纸作集流体的锂硫电池在0.05C和1C倍率充放电下循环30次,比容量分别保持615mAh/g、496mAh/g,库伦效率达97.5%以上,且电荷转移电阻在循环后降低。EDS元素分析结果证实MWCNTs导电纸对多硫化锂有吸附作用,从而一定程度抑制了锂硫电池的穿梭效应。因此,以MWCNTs导电纸作为集流体能有效增加活性物质硫的负载量和接触面积,使锂硫电池具有良好的循环稳定性和库伦效率性能。     

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%。     

锂硫电池性能改善研究进展

介绍了影响锂硫电池实用化的瓶颈问题,如硫利用率低、不可逆Li2S形成、硫正极结构不稳定等;综述了性能改善方案,如硫正极改性、S/C复合、合适的粘结剂、胶体电解质及锂负极保护等;最后提出了今后重点研究的方向.     

高性能锂硫电池碳基硫宿主的研究进展

“双碳”战略要求新型储能器件具备更高的能量密度和更低的成本。锂硫电池因其低成本、环保和高比能(2600 Wh kg^-1)等优势,而成为储能领域中最具潜能的电池体系,已受到了广泛的关注及研究。近年来,锂硫电池已取得了系列进展,但仍面临一些问题与挑战,包括硫固有的电荷传输效率差、可溶性多硫化物的“穿梭效应”、充放电过程中的剧烈体积膨胀及锂枝晶的生长等,这些问题会导致锂硫电池性能下降甚至失效。碳基硫宿主具有多孔、高电导、轻质、大比表面积等优点,能够有效解决以上难题,已成为锂硫电池研究领域中的重要方向。而碳材料种类繁多,有碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米片、碳纳米花等,不同形貌或具备不同纳米尺度维度的碳纳米结构对锂硫电池的性能具有不同的影响规律。基于此,本文围绕高性能锂硫电池碳基硫宿主进行综述,分类综述了一维、二维、及多维复合碳材料在锂硫电池领域的应用及其性能,阐述不同维度碳基硫宿主对其电化学性能的影响规律,并对未来的研究方向进行了一定的展望。     

壳聚糖衍生碳包覆纳米硅复合材料锂离子电池性能研究

硅负极材料因具有较高的理论容量(Li₂₂Si₅合金相对应4 200 mAh/g)、较低的工作电压(0.2～0.3 V vs Li/Li⁺)和地球上丰富的原材料储备,成为代替石墨负极的理想材料之一。但是,低电导率及在循环过程中发生剧烈体积膨胀导致电极失效问题限制了硅负极材料的进一步发展。因此,本工作通过物理法利用壳聚糖和石墨对纳米硅实现碳包覆和复合,制备壳聚糖/石墨@纳米硅复合材料(C/G@Si复合材料),对C/G@Si复合材料的结构、形貌和电化学性能进行研究。结果表明：随着石墨添加量的提高,C/G@Si复合材料的可逆比容量略微下降,循环性能和导电性能显著提高。当添加50%(质量分数)石墨时,在100 mA/g的电流密度下,C/G@Si复合材料的首次放电比容量为1 136.1 mAh/g,循环充放电100次后剩余容量保持在658.5 mAh/g,展示出优异的电化学性能,对进一步推广硅碳负极材料具有一定的参考价值。     

锂硫电池用杂原子掺杂碳纳米管/硫复合柔性自支撑正极的制备及电化学性能研究

碳纳米管膜具有丰富的孔道结构、大比表面积、高导电性及优异的柔性,可通过负载硫形成柔性碳纳米管/硫复合膜,用于锂硫电池正极材料。为了提高锂硫电池的循环稳定性,抑制“穿梭效应”,通过浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)分别制备了氮掺杂和硼掺杂的碳纳米管膜(N-CNT膜和B-CNT膜),然后通过浸渍工艺负载硫后得到掺杂型碳纳米管/硫复合柔性自支撑正极膜。微观表征显示：复合膜中硫和碳纳米管在纳米尺度复合均匀。复合膜均具有良好导电性：CNT正极电导率为4.62S/m, N-CNT正极电导率为0.86S/m, B-CNT正极电导率为1.29S/m。作为锂硫电池正极,B-CNT正极表现出最佳性能：在0.2C倍率下首次放电容量达到1197.3mAh/g, 200次循环后容量保持在950.2mAh/g, 1C倍率下放电比容量仍旧保持在615.5mAh/g。分析认为：碳纳米管良好的导电性和丰富的孔结构同时提供了高效的电子和离子传输通道;硼原子掺杂向碳纳米管引入极性,增强了碳纳米管网络对聚硫离子的吸附作用,抑制了“穿梭效应”。可为高比容、高循环稳定性锂硫电池正极材料研发提供解决思路。     

碳/碳-碳化硅复合材料制备及性能研究

为了提高航母舰载机燃气导流板的性能, 对碳/碳-碳化硅 (C/C-SiC) 复合材料开展制备和性能研究。采用轴棒法编制预制体, 采用化学气相渗透工艺制备试件。将试件在舰载机的尾流中做模拟起飞工况的飞行试验。采用电子天平和千分尺测量试件的烧蚀率, 采用能谱分析测量燃烧产物的成份, 采用扫描电镜观察试件烧蚀后的微观形貌的变化, 并对试件的烧蚀机理进行分析。结果表明:试件的质量烧蚀率为0.0405 g/s, 线烧蚀率为0.0488 mm/s;试件中SiC在高温下反应生成的SiO₂在碳纤维的周围沉积, 形成了包鞘结构, 有效地阻滞了氧化反应向内部继续传递, 从而降低了试件的烧蚀率, 材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。     

聚苯胺原位包覆碳纳米管材料的制备及性能

在苯胺的盐酸溶液中，用过硫酸胺((NH4)2S2O8)作氧化剂，在碳纳米管上原位生成并包覆了聚苯胺，用SEM及TEM观察了包覆前后碳纳米管的结构形态，并对这种材料表面性质及微波电磁参数进行了研究。结果表明：碳纳米管／苯胺重量比为4：1时，生成的聚苯胺可完全包覆在碳纳米管上，包覆层厚度为10nm-20nm；碳纳米管经聚苯胺包覆后表面能增大，包覆后的碳纳米管在水中及固体状态时分散性明显得到改善，微波电磁吸收系数的实部(ε’，μ’)、虚部(ε”，μ”)及电磁损耗因子(tgδe=ε”/ε’，tgδm=μ”/μ’)均得到了提高，表明聚苯胺包覆后碳纳米管有望成为一种电磁波屏蔽材料。     

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

膨润土/硫复合材料在锂硫电池中的应用

以膨润土作为单质硫的载体,热处理得到含硫50%(质量分数)的膨润土/硫复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜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和交流阻抗对锂硫电池进行电化学性能分析。电化学测试结果表明,在1.0~3.0V电压范围内,以0.2、0.5C大小的电流密度对电池进行充放电性能测试,首次放电比容量分别为795.6和586.0mAh/g,100次循环后对应的放电比容量分别为488.5和421.5mAh/g,容量保持率分别为61.3%和71.8%。     

锂硫二次电池硫正极复合材料的改性研究进展

在能源问题日益严重的今天,硫正极材料探索与研究越来越受到人们的关注。主要从硫/纳米金属氧化物、硫/导电高聚物、硫/碳、硫/碳/导电高聚物4个方面综述了各种硫正极复合材料的优缺点、制备及改性的方法,重点介绍了不同的复合材料对电化学性能的影响,为新型硫正极材料的制备和改性指明了方向。     

碳纳米管/PLA复合材料制备及性能

采用溶液共混法制备纯化和酸化碳纳米管(CNTs)/PLA(聚乳酸)复合膜, 并对CNTs的分散性以及材料的结晶形态、 电性能和降解性能进行了研究。结果表明, 通过SEM观察到经过酸化处理的CNTs能较好地分散在PLA基体中; 在偏光显微镜下能观察到CNTs起到成核剂的作用, 明显细化了晶粒; 加入少量的酸化CNTs能够提高CNTs/PLA复合材料导电性, 体积电阻率下降了7个数量级; 同时, 酸化CNTs能够提高CNTs/PLA复合材料的降解性。     

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。     

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。