柔性、自支撑CNT/Si复合薄膜的制备及储能性能

开发了一种制备大面积CNT/Si柔性自支撑薄膜的方法,制备的CNT/Si复合薄膜尺寸可调且具有良好的柔性。作为锂离子电池负极,薄膜中硅的负载量对电极比容量及循环稳定性有显著影响。硅负载量为52%的CNT/Si复合电极表现出优良的电化学性能,1 A/g电流密度下电极充电比容量为1156 mA·h/g,循环200圈可逆充电比容量为975 mA·h/g,容量保持率达84%。     

复合溶胶–凝胶一锅法制备锂离子电池氧化亚硅/碳复合负极材料

采用复合溶胶–凝胶法结合后续热处理,制备了具有包埋结构的氧化亚硅/碳(SiO_x/C)复合负极材料。扫描电子显微镜分析结果表明:氧化亚硅纳米颗粒嵌入在无定形碳中。电化学性能测试表明:SiO_x/C复合材料具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。材料在0.1 A/g的电流密度下100次循环后的可逆比容量为710 m A·h/g,容量几乎无衰减;在1.6 A/g的电流密度下,可逆比容量为380 m A·h/g。优异的电化学性能是由于材料的包埋结构能有效地缓冲SiO_x充放电过程中的体积膨胀,保证材料的结构完整性和电化学循环稳定性。     

锂离子电池硅碳负极材料的制备及电化学性能研究

以稻壳为硅源,通过镁热还原法制备得到硅粉。以制备的硅粉为基础,通过分散、煅烧的方法制备了锂离子电池硅/石墨、硅/无定形碳、硅/石墨/无定形碳、硅/石墨/碳纳米管/无定形碳负极材料,并评价其电化学性能。实验制备的硅/石墨/碳纳米管/无定形碳负极材料具有较优异的电化学性能。该材料硅质量分数为20%时[m(石墨)∶m(无定形碳)=1∶1,碳纳米管质量分数为1%],R_(ct)值为109Ω,在200 m A/g电流密度下首次放电比容量为785.5 m Ah/g,充放电20次后比容量为645.4 m Ah/g,其容量保持率为83.65%。     

锂离子电池负极材料石墨烯复合氧化铋的电化学性能研究

通过水热法制备Bi_2O_3-rGO复合物作为高性能锂离子电池负极材料。Bi_2O_3颗粒均匀分布在石墨烯片层中,形成网络结构。Bi_2O_3-rGO复合物负极材料表现出了优异的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下,首次放电比容量为1 438.6 m A·h/g,循环100次后容量为312.1 m A·h/g,高于未包覆的Bi_2O_3粉末(首次放电比容量为1 709.6 m A·h/g,循环100次后容量为47 m A·h/g),且在800 m A/g的电流密度下,容量仍有239.1 m A·h/g。Bi_2O_3-rGO复合物优异的电化学性能主要归因于高的电子导电率、大的比表面积及低程度的结构坍塌。     

锂离子电池多孔硅负极材料制备及工艺优化

为了有效改善硅基负极材料的性能及降低制备成本,以微米级单质硅为原料,通过金属辅助化学刻蚀法制备多孔硅负极材料,该方法步骤简单可控、成本低廉,易于大规模生产。采用场发射扫描电镜和电池测试系统,对比分析不同工艺参数下制得的硅负极材料的形貌和性能差异,从而进行工艺优化,并得出较优的工艺参数：Ag NO₃浓度约为0.015 mol/L、伽伐尼反应时间选择1～4 min、刻蚀剂中■为70%～90%。在合适的工艺参数下制备的多孔硅负极材料电化学性能明显优于硅负极材料,在0.5C倍率下循环50次后容量仍有1 130.7 m A·h/g,在2C、5C的倍率下仍有929、669 m A·h/g的较高比容量。该方法得到的多孔硅负极材料能够有效缓解单质硅负极材料体积膨胀严重和导电性差的问题,从而有效提高其电化学性能。     

石墨烯/硅负极材料的制备及其电化学性能的研究

通过将亚微米硅与石墨烯进行原位还原复合(SG1)和机械混合(SG2)这2种方式制备了不同的石墨烯/硅复合锂离子电池负极材料。SEM结果显示,2种复合物中硅颗粒都被石墨烯片层所包夹,且分散均匀;充放电测试表明,这2种复合方式均使复合电极的首次容量损失大大减小,循环稳定性得到很大提高,其首次放电比容量分别为2 070.5mAh/g和1 534.2mAh/g,循环12次后均保持在1 000mAh/g以上;通过EIS阻抗谱对硅复合电极的导电性以及电极结构的初步研究,发现复合电极本身导电性以及材料的电接触性远优于纯硅,电极结构也相对稳定。     

锂离子电池Si@C复合负极材料的制备及其电化学性能研究

分别以葡萄糖和多巴胺为碳源,纳米硅颗粒为核心,通过热处理技术制备得到Si@C核壳结构的材料。利用X-射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明:以多巴胺为碳源制备的材料具有更加完好的包覆效果,且具有更高的电化学性能。Si@C复合电极材料在0.1A/g电流密度下循环20次,放电比容量仍然有956.3mAh/g,容量保持率为61.34%。     

人造SEI膜硅/炭负极材料的制备及性能研究

用砂磨机匀浆并旋蒸干燥、预炭化、炭化制备了硅酸锂人造SEI膜硅/炭负极材料。通过XRD、SEM等研究了所制备材料的结构与形貌,通过电化学循环、CV、EIS等研究了样品的电化学性能。结果表明,添加3%碳酸锂时制备的人造SEI膜硅/炭负极材料具有最优的电化学性能:首次充放电效率高达88.1%,在200 mA/g电流密度条件下循环50次后,充电容量仍能保持在1 103.5 mA·h/g。     

热处理对锂离子电池硅/石墨/炭负极电化学性能的影响

将天然石墨、酚醛树脂和微米级硅粉进行球磨处理制备复合材料前驱物,再于N2气氛下700℃炭化得到硅/石墨/炭(Si/G/C)复合电极材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜及电化学循环充放电对其形貌、结构及其电化学性能进行表征.结果表明,Si/G/C作为锂离子电池负极材料具有高于900 mA·h/g的可逆比容量,40次循环后保持在550 mA·h/g.对电极进行热处理后,其循环性能显著提高,40次循环后比容量保持在700 mA· h/g.扫描电镜分析结果显示,热处理后集流体上电极材料分布更均匀,因涂抹不均形成的空隙不复存在.热处理后电极结构更致密、内部黏结强度增大使其结构稳定性明显提升,是电极循环性能提高的主要原因.     

高性能硅基复合锂离子电池负极制备及电化学性能EI北大核心CSCD

因硅具有高达4200 mA·h/g的理论嵌锂容量,成为目前最具有发展前景的锂离子电池负极材料。但是,因硅材料在嵌脱锂过程中存在巨大的体积膨胀(≥300%),制约了其作为锂离子电池负极的商业化应用。通过采用静电纺丝技术和碳源前驱体包覆相结合的方法,经过碳化处理制备的C@Si/C硅基复合负极。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对材料的物相结构和微观形貌进行了表征,采用热重分析实验研究了聚乙烯吡咯烷酮包覆后所得材料质量随温度的变化情况,通过Raman测试考察了碳化后所得硅基负极材料的石墨化程度。对所制备的硅基负极材料进行了恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗谱分析。结果表明:经碳包覆后的静电纺丝Si/C纤维相较于未包覆前,电化学性能有了明显提升。在0.1 A/g的电流密度下,首次放电容量可达到1401.4 mA·h/g,首次Coulombic效率高达70.22%,经100圈循环后容量仍保持在582.6 mA·h/g,倍率测试结果表明,经过1.0 A/g的大电流密度测试后,在0.1 A/g的电流密度下,仍具有622.2 mA·h/g的可逆容量。     

CuO/C复合纳米纤维制备及储钠性能研究

以酚醛树脂作为炭前驱体,硝酸铜为铜源,通过静电纺丝技术结合固化、炭化工艺制备了CuO/C复合纳米纤维,探究了炭化温度对复合纳米纤维的微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,所得复合纳米纤维的直径在400 nm左右,纤维表面析出颗粒明显,且颗粒尺寸随炭化温度升高不断变大。随着炭化温度的升高,复合纤维比表面积先减小后增大。电化学测试显示,炭化温度为600℃时所得复合纳米纤维的容量最高,电流密度为0.05 A/g时比容量达到363.8 mAh·g~(-1);炭化温度为800℃时所得复合纤维的倍率及循环性能最佳,电流密度为0.05 A/g时比容量达到311.1 mAh·g~(-1),在2 A/g下容量保持率为35.7%,在0.1 A/g下100次循环后容量保持率为51.7%。     

低成本硅纳米管/碳复合材料的制备及储锂性能

以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料,即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能,又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料,沥青为碳源,采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在,碳层均匀地包覆在硅纳米管上,使得硅碳复合材料的直径增大,碳层厚度约为7 nm,碳以无定形结构存在,碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明,与硅纳米管相比,当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好,首次充放电容量分别为1 387.8 mA·h/g和1 615.7 mA·h/g,首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率,循环性能得到大幅度提升,与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比,包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA·h/g。容量保持率为76.8%。     

锂离子电池Si/C/CNT负极材料制备及电化学性能研究

由于碳包覆能有效抑制硅材料在循环过程中的体积变化,减缓颗粒粉碎和无法形成稳定SEI膜的问题,提升原材料的电化学性能,因此我们制备了一种形貌均匀的Si/C/CNT负极材料。多巴胺热解形成的碳层能有效抑制硅的体积膨胀,而在外部的碳纳米管不仅协助抑制硅体积膨胀,而且提供了电子传导的通道,从而使材料表现出优异的电化学性能。测试产物的电化学性能结果显示:在0.42 A g-1倍率下,首次放电比容量分别为1500 m Ah g-1,经过100次循环后放电比容量为978 m Ah g-1,其容量保持率为65.2%。     

锂离子电池用硅-石墨/炭复合负极材料的电化学性能研究（英文）

以纳米硅、石墨和马铃薯淀粉为原料制备硅-石墨/炭复合负极材料,探讨复合材料的制备工艺对其电化学性能的影响,并采用扫描电镜和X-射线衍射法对材料的颗粒形貌和微晶结构进行表征。研究表明:当复合材料中m(Si)/m(graphite)为1∶4,球磨时间为10 h时,复合材料经20次循环后其可逆容量仍为466 mA·h/g,显示出良好的电化学性能,进一步分析表明纳米硅和石墨均对复合材料的可逆容量做出贡献,而且复合材料中含量较高的石墨的颗粒形貌和微晶结构对其电化学性能起关键性作用。     

磷酸铵活化制备N、P共掺杂多孔碳材料及其在储能方面的应用

以悬铃木果絮作为模板,利用磷酸铵高温下分解反应,成功制备了N、P共掺杂的多孔碳材料,研究了其在不同体系下的电化学性能。作为钠离子电池负极时,在0.05A/g电流密度下,所制备材料的容量为239m Ah/g,循环200次之后可保持初始容量的91.6%;同时作为水系超级电容电极时,在电流密度为0.5A/g时,比容量分别可达到205F/g,循环1000圈后,容量保持率分别为94.5%。相比与传统活化得到的样品,所合成的掺杂多孔碳材料表现出更优异的电化学性能,表明磷酸铵活化在制备新型掺杂多孔碳材料方面具有较好的应用前景。     

离子液体合成锂离子电池纳米二氧化钛负极材料

在尿素-氯化胆碱离子液体体系中制备锂离子电池纳米二氧化钛负极材料。采用X射线衍射XRD、扫描电镜SEM、比表面BET分析、恒流充放电技术和交流阻抗EIS测试技术对样品结构、形貌和电化学性能进行表征,结果表明所制备的材料具有良好的电化学性能:80℃时合成的样品颗粒最小,具有最大的表面积(52.1 m~2/g),是孔径为11.6 nm的锐钛矿型二氧化钛,该材料在0.5C倍率下首次放电比容量为213.8 m A·h/g,50次循环后容量保持率为89%。     

氧化锰薄膜的制备及其电化学性能

采用简单的水热法制备了锰氧化物薄膜前驱体,并结合后期热还原处理制备了基于镍基底的氧化锰薄膜材料,将其作为锂离子电池负极材料,研究其电化学性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征了样品的成分、形貌和结构。通过充放电测试和循环伏安等方法对材料的电化学性能做了测试。由于纳米结构的活性物质直接生长在导电性基底上,该氧化锰薄膜材料具有较高的放电比容量(0.2C放电比容量为684 m A·h/g),优越的倍率性能(5C和20C下放电比容量分别为450 m A·h/g和174 m A·h/g)和良好的循环性能,在0.5C下经过60次循环,其放电比容量仍保持在470 m A·h/g。实验结果表明,该方法合成的氧化锰纳米结构薄膜是一种很有前景的锂离子电池负极材料。     

金属有机骨架衍生的碳化铁/碳制备及其电化学性能

采用水热法成功地合成了前驱体,并在氮气条件下煅烧得到氮掺杂的碳化铁/碳立方体。通过XRD、BET、 SEM、TEM对目标产物进行了表征,研究了氮掺杂的碳化铁/碳立方体的微观结构、表面形貌。氮掺杂的碳化铁/碳立方体作为锂离子负极材料的电化学测试表明,在200 m A/g的电流密度下首次可逆容量达到889 m A·h/g,循环200次后,容量保持率为88.1%。同时,电流密度从0.1 A/g增加到5 A/g,容量具有一定的衰减,但恢复到0.1 A/g时,容量几乎维持到原来的水平,表明其具有良好的倍率性能。所以,制备的氮掺杂的碳化铁/碳多孔立方体具有较高的比容量、良好的循环性能和广泛的应用前景。     

硅负极表面构建人造SEI膜及软包电池应用研究

硅基材料在脱嵌锂过程产生较大的体积变化,造成SEI膜的破损和不断重构,限制了其大规模应用。本文将聚丙烯酸和聚环氧乙烷通过层层组装技术,包覆在硅负极表面,形成人造SEI膜,通过红外、SEM等分析了构建人造SEI膜后硅负极材料结构及表面变化情况。并将该硅负极材料组装成软包全电池,评估了25℃和45℃循环测试、EIS等性能。结果表明通过构建人造SEI膜可以明显提升硅负极电池循环容量保持率和减低电芯厚度,25℃循环600T,容量保持率由87.9%提高到92.6%,电芯的膨胀率为10.7%下降到9.4%。45℃循环500T,容量保持率由83.5%提高到85.9%,电芯的膨胀率为12.6%下降到10.9%。循环后通过截面SEM表征显示,构建PAA/PEO人造SEI膜后的硅颗粒循环后总SEI膜厚度由0.35μm降低到0.2μm,具有很好的应用前景。     

硅掺杂锰酸锂的自蔓延燃烧制备及其性能研究

为了解决充放电过程中锰酸锂循环性能较差的问题，采用自蔓延燃烧法制备了硅掺杂锰酸锂超细颗粒(LiMn_1.95Si_0.05O₄，简称LMSO)。通过X射线衍射光谱、扫描电子显微镜、循环伏安法等方法研究了硅掺杂对锰酸锂晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明，硅掺杂不会改变锰酸锂尖晶石的结构；锰酸锂的粒径大于0.1μm，而大部分硅掺杂锰酸锂颗粒小于0.1μm。颗粒尺寸减小，缩短了锂离子的扩散路径，提高了材料的电化学性能。LMSO在0.2C倍率下放电比容量高达123.7 mA·h/g，在1C倍率下循环100次后的容量保持率为95%。