3DOM SnO2-SiO2锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

针对SnO2锂离子电池负极材料长循环性能差的缺点,把非晶SiO2引入SnO2材料中,形成SnO2-SiO2纳米复合材料。采用聚苯乙烯(PS)胶晶作为模板,制备出三维有序大孔SnO2-SiO2纳米复合材料。研究结果表明,3DOM SnO2材料晶体结构和3DOM SnO2-SiO2材料相似,但是加入SiO2以后,3DOM SnO2-SiO2材料的长循环性能得到显著提高。在500 mAh/g的电流密度下循环100次,此时加0%Si的3DOM SnO2-SiO2材料的充电比容量急剧衰减为147 mAh/g,加5%Si的3DOM SnO2-SiO2材料的充电比容量达654 mAh/g,此外500次循环后加5%Si的3DOM SnO2-SiO2材料充电比容量增至728 mAh/g。这些结果表明SiO2能够改善3DOM SnO2材料长循环稳定性。     

三维多孔C球包覆纳米SnO2复合材料的电化学性能研究

以葡萄糖为碳源,锡酸钠为锡源,通过水热法制备了三维多孔C球包覆纳米SnO2复合材料。结果表明:样品的XRD谱线都出现SnO2的特征峰,多孔SnO2/C球尺寸为100nm左右,10～50nm的SnO2颗粒被均匀地包覆在约30nm的多孔碳层中。考察了水热时间对复合材料电化学性能的影响,在水热时间6h、烧结温度500℃、烧结保温时间2h的条件下,复合电极材料具有较高的可逆容量,首次可逆比容量为581.0mAh/g,首次放充电(嵌脱锂)效率为66.48%,经50次循环后,充电比容量保持在502.9mAh/g,循环效率为99.9%,具有较好的循环性能。     

高性能锂离子电池SiO/C/G复合负极材料研究

以一氧化硅、蔗糖及天然石墨为原料, 通过高能球磨和热解工艺制备了电化学性能优异的SiO/C/G复合负极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的物相和形貌进行了表征。所制备的复合材料中, 纳米SiO颗粒(＜50 nm＝被无定形碳粘结并均匀分散在石墨鳞片上。电化学性能测试表明, 该复合材料100次循环后, 可逆容量高达1108.9 mAh/g, 容量保持率为103.8%。优异的电化学性能主要归因于纳米SiO颗粒在无定形碳基体中的均匀分布、无定形碳基体的缓冲作用和石墨相对复合材料导电性能的改善。     

SnO2/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学行为研究

以氧化石墨和氯化亚锡为原料,采用原位合成法制得SnO2/石墨烯纳米复合材料。该方法不需外加还原剂,也避免了SnO2纳米粒子和石墨烯在机械混合过程中的团聚问题。XRD和TEM等的分析结果表明,纳米SnO2颗粒都均匀地分散在石墨烯表面,其中纳米SnO2的粒径和石墨烯的厚度分别为3~6 nm和1.5~2.0 nm。电化学测试结果表明:在200 mA/g电流密度下循环100次后,SnO2/石墨烯负极材料的嵌锂容量可稳定在552 mAh/g,容量保持率比单纯纳米SnO2提高了4.4倍;在40、400、800 mA/g的电流密度下,SnO2/石墨烯负极材料的放电容量可分别保持在724.5、426.0、241.3 mAh/g,表现出较好的倍率性能,该结果归因于石墨烯良好的导电性及其二维纳米结构。     

碳热还原法制备Sn-C复合材料及其性能

用碳热还原法制备了Sn-C复合材料,通过XRD及SEM对其进行表征,并通过恒流充放电循环和慢速扫描循环伏安等方法对其电化学嵌脱锂性能做了研究.结果表明:SnO2碳热还原成金属Sn,晶粒尺寸约为42.8nm.该材料的首次嵌脱锂比容量分别可以达到1024.9和632.8mAh/g,循环15周以后的脱锂比容量为395.9mAh/g.     

锂离子电池用Sn-MCMB复合材料碳热还原合成的研究

用碳热还原法制备了Sn-MCMB复合材料，通过XRD、SEM、恒流充放电循环和慢速扫描循环伏安（CV）等方法对其电化学嵌脱锂性能做了研究。结果表明：SnO2被MCMB还原成金属Sn圆球颗粒，吸附在McMB上的球径平均尺寸为500nm，而未吸附的为15μm，均匀分散在MCMB微球之间。该材料的首次嵌脱锂比容量分别可以达到892和657mAh／g，库仑效率为73％，循环14周以后的脱锂比容量为366mAh／g。     

锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

锂离子电池负极材料Fe_2O_3/石墨复合材料的水热合成和电化学性能研究

在230℃,利用水热法将纳米氧化铁担载于石墨上制备了Fe2O3/石墨复合材料,运用X射线衍射和扫描电镜对其形貌和结构进行了表征,并研究了目标物作为锂离子电池负极材料的电化学储锂性能。研究结果证明,经50次循环后,复合材料的嵌锂容量维持在425mAh/g,远高于相同条件下石墨的252mAh/g和Fe2O3的108mAh/g。     

基于铁粉还原的LiFePO4/C合成路径及其电化学性能研究

使用还原铁粉作为铁源, 通过超细球磨与喷雾干燥、高温煅烧技术制备了球形微纳米LiFePO₄/C复合材料。使用DSC/TG以及XRD对LiFePO₄/C复合材料的形成过程进行了分析; 使用SEM、穆斯堡谱仪等手段对复合材料进行分析; 使用电化学工作站、容量测试仪对其充放电行为进行分析。研究发现, 使用该合成技术路线, 在500~700℃下能够合成LiFePO₄/C复合材料。获得的LiFePO₄/C复合材料具有规则的球形外貌, 平均尺寸4~5 μm。该微米颗粒由200 nm左右细小颗粒组成, 颗粒间具有纳米尺寸微孔。穆斯堡谱仪测试结果表明, 复合材料中Fe处于+2价的价态。复合材料在1C倍率下表现出稳定的充放电行为, 平均比容量在156 mAh/g, 300次循环后, 容量保持率为92.8%。该技术制备的LiFePO₄/C复合材料具有潜在的应用价值。     

低温固相法制备Li离子电池正极材料FeSO_4F_yOH_(1-y)

采用低温固相法制备羟化氟硫酸铁正极材料。通过对煅烧温度和煅烧时间等因素进行摸索,得到最优化的实验条件,并用XRD、SEM和电化学测试系统对样品进行表征测试。研究发现,经300℃煅烧并保温10h,得到的样品颗粒尺寸均匀,尺寸保持在500nm左右,颗粒晶型完成,显示出最优的电化学性能。在0.1C倍率下首次放电比容量为60mAh/g,50次充放电循环后比容量的保持率为95.8%。     

纳米CuO/Cu负极材料的热氧化制备及其结构和电化学性能

采用纳米铜粉为原材料,通过直接在空气气氛中氧化的方法制备了含有微量Cu的纳米CuO/Cu复合材料作为锂离子电池负极材料。采用XRD、SEM、TEM等材料结构分析方法和恒电流充放电测试技术对在250～500℃不同氧化温度下获得产物的结构和电化学性能进行研究。研究结果表明,在250～500℃下氧化4小时,纳米Cu粉基本氧化为CuO,其含量在94wt.%以上,并保持初始Cu粉的纳米尺寸。经250～450℃氧化的产物中有微量的Cu(3～4wt.%)保留下来,而500℃氧化的样品中未发现有Cu。用该方法制备的纳米CuO/Cu作为锂离子电池负极材料表现出良好的循环稳定性,其中,经450℃氧化的材料表现出最高的循环稳定性。经8个循环活化后,容量达到423mAh/g,经80次循环后,容量保持有377mAh/g,容量保持率接近90%。     

温度对燃烧包覆LiMn2O4/ZnO及其电性能的影响

通过葡萄糖辅助低温燃烧制备ZnO包覆型LiMn2O4,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、循环伏安、交流阻抗以及恒流充放电测试等手段,研究了温度对产物晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。XRD结果表明所有产物均为单相尖晶石型LiMn2O4结构。SEM结果表明产物的颗粒尺寸随温度的升高而增大。电化学性能测试表明400℃和500℃制备的LiMn2O4/ZnO具有相对优异的电化学性能,室温1C条件下首次放电比容量分别为119.3mAh/g、116.3mAh/g,循环100次后容量保持率分别85.6%、87.8%。尖晶石LiMn2O4电极的阻抗谱特征与温度有关,电池的电化学性能主要受电荷转移电阻(Rct)影响。     

SnO(2) nanorod-planted graphite: an effective nanostructure configuration for reversible lithium ion storage

We report a novel architecture of SnO(2) nanorod-planted graphite particles for an efficient Li ion storage material that can be prepared by a simple catalyst-assisted hydrothermal process. Rectangular-shaped SnO(2) nanorods are highly crystalline with a tetragonal rutile phase and distributed uniformly over the surface of micrometer-sized graphite particles. In addition, the size dimensions of grown SnO(2) nanorods can be controlled by varying the synthesis conditions. The diameter can be engineered to a sub-100 nm range, and the length can be controlled to up to several hundred nanometers. Significantly, the SnO(2) nanorod-planted graphite demonstrates an initial Li ion storage capacity of about 1010 mAh g(-1) during the first cycle. Also, these SnO(2)-graphite composites show high Coulombic efficiency and cycle stability in comparison with SnO(2) nanomaterials that are not combined with graphite. The enhanced electrochemical properties of SnO(2) nanorod-planted graphite, as compared with bare SnO(2) materials, inspire better design of composite materials with effective nanostructural configurations for advanced electrodes in lithium ion batteries.     

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%。     

超临界水热制备LiFePO4及煅烧碳包覆改性研究

本文以FeSO_4、H_3PO_4和LiOH为原料,采用超临界水热过程制备了亚微米级LiFePO_4颗粒.在此基础上,为了提升制备的LiFePO_4正极材料的物理和电化学性能,对其进行了后续煅烧碳包覆改性研究.同时,通过XRD、SEM、充放电测试、CV和EIS测试手段,对LiFePO_4正极材料改性前后的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:后续固相煅烧碳包覆改性能够显著改善LiFePO_4的结晶性能,减小颗粒粒径,降低电荷传递阻抗,以及大幅度地提升放电容量和循环性能;以PVP为模板剂、蔗糖为碳源,700℃煅烧1 h得到的LiFePO_4/C颗粒粒径小、分布均一,室温0.2 C倍率的首圈放电比容量为153.1 mAh/g,1 C倍率充放电时,放电比容量可保持在144.2 mAh/g,1 C循环50次,容量保持率达到97.1%.     

SnO2 nanoparticles distributed on multi-walled carbon nanotubes and ball-milled graphite as anode materials of lithium ion batteries

SnO2 nanoparticles were supported on ball-milled graphite (BMG) or carbon nanotubes (CNTs) using a chemical reduction method with ethylene glycol, and the electrochemical properties of the nanocomposites were evaluated as anode active materials of lithium-ion batteries. The BMG and CNTs contributed to an increase in both the capacity enhancement and cyclic stability compared to that of commercial graphite. In particular, the mixture electrode of SnO2/BMG:SnO2/CNT = 3:1 (in weight ratio) showed higher performance in the reversible capacity and cyclic stability than did the SnO2/BMG and SnO2/CNT electrodes. This might be resulted from the network formation for excellent electronic path by CNT distributed on SnO2/BMG composites.     

碳纳米管纸/纳米硅复合电极的锂离子电池性能

采用纳米硅和多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料作为活性材料,以纸纤维为基体,MWCNTs为导电剂制得的MWCNTs导电纸代替铜箔集流体应用于硅基锂离子电池。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、恒流放电测试、电化学阻抗对复合材料的形貌和电化学性能进行分析。结果表明,采用MWCNTs导电纸-纳米硅复合的锂离子电池在80mA/g的电流密度下,循环50次后比容量达到约1000mAh/g,在2000mA/g大电流密度下仍保持好的循环稳定性。     

烧结方式对LiFePO4/C复合正极材料电化学性能的影响

对LiFePO4/C复合前驱体,分别采用静态氮气气氛,动态氮气气氛及静态真空三种烧结方式进行碳热还原合成LiFePO4/C复合正极材料.采用XRD、SEM、CV和充放电循环测试等方法分析和表征材料的结构、形貌和电化学性能.结果表明,烧结方式对所得材料的结晶度、晶粒大小、碳含量、合成温度以及电化学性能均有显著影响.真空烧结所得材料结晶度高,而动态气氛烧结对材料颗粒细化及均匀化都有积极影响,同时也能有效促进锂离子扩散动力学.动态气氛烧结可将材料的烧结温度降低到500℃,且所得材料表现出优异的电化学性能.0.5C倍率下循环首次放电比容量达到163.4 mAh/g,50次循环后容量保持率为99.02%.     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

Mesoporous SnO2@carbon core-shell nanostructures with superior electrochemical performance for lithium ion batteries

SnO2@carbon nanostructure composites are prepared by a simple hydrothermal method. The composite exhibits unique structure, which consists of a mesoporous SnO2 core assembled of very small nanoparticles and a carbon shell with 10 nm thickness. The mesoporous SnO2@carbon core-shell nanostructures manifest superior electrochemical performance as an anode material for lithium ion batteries. The reversible specific capacity of the composite is about 908 mAh g(-1) for the first cycle and it can retain about 680 mAh g(-1) after 40 charge/discharge cycles at a current density of 0.3 C. Moreover, it shows excellent rate capability even at the high rate of 4.5 C. The enhanced performance was attributed to the mesoporous structure and a suitable carbon coating.