Synthesis and electrochemical property of LiFePO4 with core-shell structures

制备热解炭/磷酸亚铁锂和纳米炭纤维/磷酸亚铁锂核壳结构材料, 研究了电化学性能. 结果表明, 热解炭和纳米炭纤维包覆层能有效地降低磷酸亚铁锂材料的电阻率, 大大提高材料的充放电容量和循环稳定性. 与热解炭相比, 纳米炭纤维具有一维结构和优异的力学性能, 更适于作为磷酸亚铁锂电极材料的高效导电剂.     

热解炭过渡层-中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜对具有热解炭过渡层的中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构进行了研究。结果表明:材料的基体由热解炭和中间相沥青炭组成,在偏光显微镜下均呈现出光学各向异性。材料内部形成了多层次的界面结构,热解炭与纤维的界面连续,界面层内的石墨微晶择优取向度较高,晶格条纹排列规整;中间相沥青炭与热解炭界面不连续,为"裂纹型"界面,界面层内主要为非晶态碳。材料中炭纤维、热解炭、中间相沥青炭的石墨微晶大小逐渐增大,择优取向度逐渐增高,晶格条纹的排列逐渐规整。片层条带状结构的中间相沥青炭以及材料内的微裂纹平行于炭纤维轴向。     

C/C复合材料显微结构的微米、纳米尺度研究

利用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜以及拉曼光谱对化学气相渗透C/C复合材料的形貌特征、显微结构以及石墨化度进行了系统表征.结果表明,热解炭是由厚度在几十到几百纳米的片层结构组成,这些片层结构围绕炭纤维呈层状排列;热解炭为粗糙层结构,在离子束的轰击下很容易撕裂和扭折.炭纤维/热解炭界面上存在一个宽度大约为15nm的无序区,该区域的形成可能与热解炭的沉积工艺有关.炭纤维和热解炭的石墨化度均很低,热解炭的R(R=ID/IG D')值由内层到外层逐渐降低.     

磷酸盐系锂离子电池正极材料的研究进展

分别介绍了可以作为锂离子二次电池正极材料的几种磷酸根聚阴离子过渡金属锂盐的研究近况,着重分析了磷酸亚铁锂和磷酸钒锂的现状.LiFePO4为橄榄石结构,具有较高开路电压、高理论容量、电压平台稳定、环境友好等优点,但电子导电率和离子传导率低制约了它的应用,介绍了解决磷酸亚铁锂两低问题的方法;磷酸钒锂为NASCION结构,理论容量比磷酸亚铁锂高,具有一定的研究价值,介绍了磷酸钒锂的制备方法,认为磷酸钒锂最主要的问题是稳定性不高.指出当前锂离子二次电池正极材料应该加快磷酸亚铁锂的工业化进程,加速磷酸钒锂的研究步伐,同时不放松其他更新正极材料的开发.     

锂在人造石墨、中间相炭微球及无定形碳中的扩散系数

采用X-射线衍射及恒电位阶跃计时电流法测定了不同炭材料的结构及锂在这些炭材料中的扩散系数。发现炭电极的放电程度与结构对锂在炭电极中的扩散系数有重要影响。随着放电程度的增加,锂在MCMB电极中的扩散系数由4.43×10-9cm2/s减少到5.24×10-10cm2/s,在50%的放电程度下,锂在蔗糖热解炭、树脂热解炭、人造石墨及MCMB中的扩散系数分别为1.4×10-10cm2/s,5.75×10-10cm2/s,1.24×10-9cm2/s,2.1×10-9cm2/s。与无定形碳如蔗糖热解炭及树脂热解炭比较,锂在石墨化炭如人造石墨、MCMB中的扩散要容易得多。     

具有中间相沥青过渡层的炭/炭复合材料的微观结构与力学性能

采用液相浸渍-炭化和CVI复合工艺, 制备出在炭纤维和热解炭之间具有中间相沥青过渡层的炭/炭复合材料, 借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学性能测试研究了所制备的炭/炭复合材料的微观结构与力学性能. 结果表明: 在偏光显微镜下中间相沥青炭的光学活性高于热解炭的光学活性, 中间相沥青炭在SEM和TEM下均呈片层条带状结构, 热解炭在SEM下呈“皱褶状”片层结构, 在TEM下为粒状结构; 在HRTEM下, 中间相沥青炭、热解炭和炭纤维的晶化程度依次降低. 在加载过程中, 材料内部多层次的界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度, 在断口形貌上体现出锯齿状的断裂形式, 纤维拔出长度适中, 材料表现出韧性破坏的断裂特征. 材料具有较高的力学性能, 抗弯强度达到244MPa, 断裂韧性达到9.7MPa·m^1/2.     

C/C复合材料结构显微激光喇曼光谱研究

采用显微激光喇曼光谱,以增强体为薄毡叠层、基体分别为粗糙层及光滑层结构热解炭的两种C/C复合材料为研究对象,分析、表征了两种材料炭结构的微观分布特征及其在石墨化过程中的变化状况。结果表明,不仅复合材料中不同组元,而且同一组元不同部位石墨微晶的完整度不同。在石墨化过程中,各自的石墨化进程及可石墨化能力存在差异:炭纤维体积含量较高的炭布层中的热解炭,与网胎层中的热解炭相比,石墨微晶的完整度较好,石墨化进程较快;在炭纤维体积含量较低的网胎层中,炭纤维及热解炭在其界面部位的石墨化进程较快;粗糙层结构热解炭比光滑层结构热解炭容易石墨化。借助激光喇曼光谱微区分析手段,有可能实现对复合材料中石墨化程度微观分布状态的调整和控制。     

《高性能炭/炭复合材料的制备、结构与应用》出版发行

中南大学教授黄启忠等著的《高性能炭/炭复合材料的制备、结构与应用》一书最近由中南大学出版社出版,全书96.8万字。该书系有色金属理论与技术前沿丛书。该书的出版得到了国家973计划课题、国家863计划重大专项课题、国家出版基金项目的资助,属国家十一五重点出版图书。该书是作者及其研究团队近年在高性能炭/炭复合材料的制备、结构与应用方面部分研究工作的总结。包括:炭纤维的编织、化学气相沉积、浸渍/炭化、石墨化等高性能炭/炭复合材料的制备技术;耐烧蚀炭/炭复合材料、燃料电池炭纸、炭/炭摩擦材料等应用方面的最新成果;点状热解炭、微纳米碳球、各向同性热解炭等新型炭结构的制备。     

炭材料贮锂机理研究的现状

对炭材料的各种贮锂机理进行了阐述,着重讲座了有机物或高聚物550℃－1000℃热解得到的无定形炭（软炭、硬炭）的高贮锂机理。认为石墨材料是石墨层间和纳米孔贮锂;无定形炭是孔隙贮锂,其贮锂能力与孔隙的大小、数量和分布有关。由此提出改善和制做高性能炭材料的措施。     

纳米炭纤维改性对C/C复合材料摩擦磨损的影响

采用催化化学气相法在炭纤维表面原位生长纳米炭纤维后,再通过化学气相渗透法制备出纳米炭纤维改性C/C复合材料。采用微动摩擦磨损试验考察纳米炭纤维改性C/C复合材料的摩擦磨损性能,探讨原位生长纳米炭纤维对C/C复合材料摩擦磨损机理。结果表明,采用纳米炭纤维改性后C/C复合材料的摩擦过程更平稳,磨损量减小。纳米炭纤维与热解炭形成复合基体,这种复合基体在摩擦过程中形成高强度高模量的摩擦膜,从而影响复合材料的摩擦性能。     

Synthesis of silicon monoxide-pyrolytic carbon-carbon nanofiber composites and their hybridization with natural graphite as a means of improving the anodic performance of lithium-ion batteries

Novel composites of silicon monoxide, pyrolytic carbon and carbon nanofiber (SiO/PyC/CNF) were hybridized with natural graphite (NG) as a means of improving the anodic performance of Li-ion batteries. Samples were made with hybridization levels of 10-30?wt% of NG exhibited excellent cyclability with a discharge capacity of 389-522?mAh?g(-1) in a Li-ion battery system. SiO/PyC/CNF composite hybrids showed better cyclability than other carbon composites containing SiO/PyC and SiO/CNF. These hybridization effects were attributed to the lower contact resistance of SiO/PyC/CNF in the electrode. The internal spaces created throughout the SiO/PyC/CNF composite and their effect on material dispersion in the hybridized electrodes may have prevented electrode damage by relieving tensions induced by the expansion of SiO particles in the electrode over the course of repeated charge and discharge processes.     

碳前驱体对LiFePO_4/C复合材料的形貌及电化学性能的影响

采用葡萄糖、环氧树脂、酚醛树脂为碳源制备了LiFePO4/C复合材料。利用X射线衍射、扫描电镜等方法对复合材料进行研究。结果表明,葡萄糖获得了碳包覆复合材料,而环氧树脂、酚醛树脂则得到了碳芯结构复合材料。碳芯结构复合材料的电化学性能优于碳包覆复合材料,电流密度为15mA/g时,试样C、D的放电容量分别为165、167mAh/g;电流密度为600mA/g时,试样C、D的放电容量分别为139.4、145.5mAh/g,经过50循环后容量保持率分别高达99.2%、99.5%。     

纳米LiFePO4/C复合正极材料的溶剂热合成

采用乙二醇溶剂热法,以蔗糖为碳源,制备了橄榄石型纳米级LiFePO₄/C复合正极材料,对其物相、形貌、结构、成分和性能进行了表征。结果表明,所制备的纳米LiFePO₄/C的形貌为棒状,直径约为100 nm,结晶度高、分散性好。LiFePO₄的粒径细化和掺碳有利于提高LiFePO₄正极材料的电化学性能,其首次充放电比容量（0.1 C）分别为166 mAh·g^-1和164 mAh·g^-1,充放电电压平台分别为3.45 V和3.40 V;在5 C大倍率放电下,经过20次循环,其比容量保持率为95.4%。     

Mechanical and electromagnetic wave absorption properties of C_f-Si_3N_4 ceramics with PyC/SiC interphases

Aiming to obtain microwave absorbing materials with excellent mechanical and microwave absorption properties, carbon fiber reinforced Si_3N_4 ceramics(Cf-Si_3N_4) with pyrolytic carbon(PyC)/SiC interphases were fabricated by gel casting. The influences of carbon fibers content on mechanical and microwave absorption properties of as-prepared Si_3N_4 based ceramics were investigated. Results show that chemical compatibility between carbon fibers and Si_3N_4 matrix in high temperature environment can be significantly improved after introduction of Py C/SiC interphases. As carbon fibers content increases from 0 to 4 wt%, flexural strength of Si_3N_4 based ceramics decreases slightly while fracture toughness obviously increases. Moreover, both the real and imaginary parts of complex permittivity increase with the rising of carbon fibers content within the frequency range of 8.2–12.4 GHz. Investigation of microwave absorption shows that the microwave attenuation ability of Cf-Si_3N_4 ceramics with Py C/SiC interphases is remarkably enhanced compared with pure Si_3N_4 ceramics. Effective absorption bandwidth(-10 d B) of10.17–12.4 GHz and the minimum reflection less of-19.6 d B are obtained for Si_3N_4 ceramics with 4 wt%carbon fibers in 2.0 mm thickness. Cf-Si_3N_4 ceramics with Py C/SiC interphases are promising candidates for microwave absorbing materials with favorable mechanical property.     

用不同碳源对LiFePO_4的碳包覆改性

采用共沉淀方法结合原位碳包覆合成了LiFePO4/C复合正极材料.对碳化过程和包覆LiFePO4进行了研究.结果表明:在不同碳源的热解过程中,由于分子量和结构的不同,分解温度和碳化产物的结构也不相同;不同碳源的碳包覆对LiFePO4的晶体结构有一定的影响,而且由于碳包覆层结构的差异所包覆改性的LiFeO4表现出不同的电化学性能.文中还讨论了不同碳源对碳包覆后LiFePO4/C的电化学性能的影响.     

炭包覆和铜掺杂对LiFePO_4的改性

为了研究非金属元素包覆和金属元素掺杂对LiFePO_4的电化学性能和振实密度的影响,用固相反应法制备了炭包覆的LiFePO_4/C和铜掺杂的LiFe_(0.95)Cu_(0.05)PO_4正极材料,并对所制材料进行了XRD、SEM、充放电循环、倍率性能和振实密度的测试.结果显示:LiFePO_4/C和LiFe_(0.95)Cu_(0.05)PO_4的循环平均容量分别达到147mAh/g和131mAh/g;在高倍率放电时,LiFe_(0.95)Cu_(0.05)PO_4的容量衰减远大于LiFePO_4/C.LiFePO_4/C材料的各项电化学性能都优于LiFe_(0.95)Cu_(0.05)PO_4材料,而LiFe_(0.95)Cu_(0.05)PO_4材料的振实密度远大于LiFePO_4/C材料的振实密度,前者是后者的1.5倍.     

Flexural properties and micromorphologies of wood flour/carbon nanofiber/maleated polypropylene/polypropylene composites

The effects of carbon nanofibers (CNF) on the performance of three- or more phase composites are complicated. CNFs formulated into wood flour (WF)/maleated polypropylene (MAPP)/polypropylene (PP) composites by high shear blending alone improved flexural properties. Addition of an extrusion step after high shear blending enhanced CNF dispersion and improved the composites’ flexural moduli, but in these systems CNF did not contribute to flexural property enhancement. The addition of 1.0 wt% CNF to WF/MAPP/PP by high shear blending followed by extrusion did not affect either the WF dispersion or WF/PP adhesion. The adhesion between WF and PP/MAPP matrix was good (SEM), but CNF adhesion to the PP/MAPP matrix was poor.     

SiC/PyC复合涂层碳纤维微观结构及氧化行为研究

采用两步法在碳纤维表面制备了碳化硅/热解碳(SiC/PyC)复合涂层,PyC内涂层的制备采用等温化学气相渗透法,SiC外涂层的制备采用碳热还原法.借助X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜分析了SiC/PyC复合涂层碳纤维的物相组成以及微观结构,利用热重分析研究了SiC/PyC复合涂层、PyC涂层以及无涂层碳纤维的氧化行为.结果表明,在碳纤维表面制备的SiC/PyC复合涂层连续致密、厚度均匀,PyC内涂层厚度约为200nm,SiC外涂层厚度约为160nm,SiC层中存在大量孪晶面高度有序的SiC孪晶.SiC/PyC复合涂层能够有效地改善碳纤维的抗氧化性能,较无涂层碳纤维起始氧化温度提高了近250℃.     

溶液蒸干法合成LiFeP0_4及性能研究

探讨了一种液相法合成LiFePO_4正极材料的新工艺,称为溶液蒸干法.通过XRD、SEM等测试方法对前驱体的组成、结构和形貌进行了表征,通过LiFePO_4合成过程的分析,推断了过程的反应机理;此外,通过添加PEG合成了LiFeP0_4/C复合正极材料,并对其进行了结构和电化学性能表征.结果表明:合成的样品虽然存在极微量的杂质,但是主晶相为LiFePO_4,0.1C倍率下首次放电比容量为156.5mAh/g,循环40次,平均每次的放电比容量损失率仅为0.16%.