锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4的制备及电化学性能

为开发高能量密度的锂离子电池,补锂技术受到广泛的关注。以LiNO₃-LiOH混合锂盐为反应介质和锂源、纳米Fe₂O₃为铁源,通过熔盐法成功制备出正极补锂材料Li₅FeO₄,采用正交实验法优化Li₅FeO₄的合成工艺条件,讨论合成条件对材料电化学性能的影响。将Li₅FeO₄添加到LiFePO₄正极极片表面,并与石墨负极组装成全电池,研究其对全电池电化学性能的影响,以及降低锂离子电池初始容量损失的机制。结果表明,使用熔盐法可制备出纯度高、粒径小且电化学性能好的Li₅FeO₄正极补锂材料,在0.05 C倍率下具有672.8 mAh·g^-1的脱锂比容量;当添加2.8%(质量分数)的Li₅FeO₄(基于活性物质质量的占比),LiFePO₄/石墨全电池...     

聚吡咯/磷酸铁锂复合正极材料的制备与表征

采用化学氧化法, 以吡咯为单体、 三氯化铁为氧化剂、 苯磺酸钠为掺杂剂在磷酸铁锂颗粒表面进行原位聚合, 制备了聚吡咯/磷酸铁锂(PPy/LiFePO₄)复合材料。用FTIR、 XRD和SEM对PPy/LiFePO₄复合材料进行了结构与形貌表征。用电化学工作站和充放电测试系统对复合材料的电化学性能进行了表征。结果表明: PPy/LiFePO₄复合材料作锂二次电池正极具有良好的充放电循环性能。当PPy质量分数为17%, 充放电电流为0.1 mA时, PPy/LiFePO₄复合材料最高放电比容量达163 mAh·g^-1, 50次循环之后放电比容量仍为初始时的94.9%; 与LiFePO₄相比, 当PPy的含量适当时, PPy/LiFePO₄复合正极材料的放电比容量会有明显提高。PPy的加入提高了LiFePO₄的电子电导率, 从而提高了活性物质有效利用率, 因此PPy/LiFePO₄复合材料的比容量和循环性能均得到了提升。     

腐蚀Al箔集流体对球状LiFePO4/C复合材料电性能的影响

以Fe （NO₃）₃9H₂O、H₃PO₄、HNO₃为原料,采用液相结晶法制备类球状FePO₄前驱体,后续运用高温固相还原法制备球状LiFePO₄/C复合材料。对腐蚀后的Al箔进行SEM、金相显微镜和测厚规表征分析。以腐蚀后的Al箔作为Li离子电池正极材料LiFePO₄/C复合材料的集流体时进行电性能测试,结果表明：腐蚀Al箔表面形成密集有序的三维微方孔,内部也形成了密集的隧道孔且Al箔厚度减少了14.29%。以腐蚀后Al箔作为集流体时,LiFePO₄/C复合材料的电性能得到改善,在0.1 C下首次放电容量为153 mAh·g^-1,电极反应电阻为51.12 Ω,且具有良好的倍率性能和循环稳定性能。     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料，但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题，本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料，HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度，丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积，从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^-2、沉积电量为1.0 mAh·cm^-2条件下可以循环超过250周次，其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO₄)正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO₄全电池，在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^-1,较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO₄全电池(60.8 mAh·g^-1)提升了32.8 mAh·g^-1。     

碳化与氯盐腐蚀作用下钢筋锈蚀物的微结构特征

通过XPS与XRD方法研究了碳化与氯盐腐蚀作用下砂浆内钢筋锈蚀物的组成和微结构特征,阐明了砂浆内钢筋的腐蚀机制。研究结果表明：从氯盐、碳化到氯盐与碳化复合作用,钢筋锈蚀物中Fe的峰值逐渐增强,Fe的氧化物含量增多,钢筋锈蚀越来越严重;在钢筋腐蚀过程中,钢筋表面的FeO和Fe₃O₄等较致密的钝化膜结构会转化为Fe³⁺,且Fe³⁺与水泥的水化产物Ca₂SiO₄形成Fe³⁺-Ca₂SiO₄复盐,随着钢筋腐蚀程度的加剧,Fe³⁺-Ca₂SiO₄复盐含量逐渐减少,而Fe³⁺转化为以Fe₂O₃为主的其他锈蚀物。     

聚丙烯酰胺改性LiFePO4/C正极材料的研究

以聚丙烯酰胺(PAM)作为分散剂, 采用液相控制结晶-碳热还原法制备LiFePO₄/C正极材料, 考察了PAM对LiFePO₄/C正极材料性能的影响, 采用热化学分析、X射线衍射、扫描电镜、碳含量分析和充放电测试等分析测试手段对材料进行表征。结果表明, 将PAM溶于酸液中且添加量为1.5wt%时制备的LiFePO₄平均粒径约为100 nm, 颗粒分散较为均匀; 该材料在0.1C、1C、2C、5C和10C倍率下首次放电比容量分别为153.8、142.5、138.4、128.7和124.3 mAh/g, 1C倍率下循环100次后容量保持率仍在99%以上; 交流阻抗分析表明: 1.5wt%PAM改性后的材料的各种阻抗值均降低, 锂离子的导电速率提高了28倍。PAM改性后的LiFePO₄/C正极材料的离子及电子导电性提高了, 具有优良的倍率性能与循环性能, 有利于大规模推广应用。     

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%。     

Fe3+-TiO2/ACF复合材料的制备及其性能研究

为了提高二氧化钛/活性碳纤维(TiO₂/ACF)复合材料处理有害气体的降解率，使用Fe³⁺对TiO₂进行改性，采用溶胶-凝胶法制备Fe³⁺-TiO₂/ACF,通过荧光光谱(PL)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积、扫描电镜(SEM)对材料进行性能表征，并以氨气(NH₃)等气体为目标降解物，研究Fe³⁺-TiO₂/ACF对目标降解物的降解效果。结果表明：经Fe³⁺掺杂改性的TiO₂光催化活性显著提高，Fe³⁺∶Ti⁴⁺摩尔比为1∶200时，其光催化活性最高。随着Fe³⁺掺杂量的增加，TiO₂的平均晶粒大小逐渐降低。负载Fe³⁺-TiO₂后ACF的比表面积降低。使用Fe³⁺∶Ti⁴⁺(1∶200)...     

高倍率性能磷酸亚铁锂/碳正极材料的制备与表征

以水溶性酚醛树脂为碳源, Li₂CO₃为锂源, 纳米FePO₄前躯体为铁源和磷源, 以水为介质, 采用湿法研磨混合均匀, 然后通过高温固相法制备出纳米磷酸亚铁锂/碳(LiFePO₄/C)复合材料。采用XRD、SEM、TEM、TG和拉曼光谱对该复合材料进行了表征, 并研究了其电化学性能。结果表明, 制备的LiFePO₄/C纳米颗粒为类球形, 表面均匀地包覆了一层约5 nm厚的碳层, 作为锂离子电池正极材料表现出良好的倍率性能和循环性能, 在0.2 C(1 C=170 mAh·g^-1)、0.5 C、1 C、2 C、5 C、10 C下首次放电容量分别为151、150、146、142、132、119 mAh·g^-1, 20 C下的首次放电容量也达105 mAh·g^-1, 且循环50次几乎无衰减。     

Fe2+对锰激活氟化物红色荧光粉耐湿性能的影响研究

提出了一种绿色、简便的基于Fe²⁺离子的氧化还原策略来提高锰激活氟化物红色荧光粉的耐湿性。采用共沉淀法合成了K₂SiF₆:Mn⁴⁺(KSFM)荧光材料,并对Fe²⁺处理前后样品的形貌、晶体成分、元素组成、发光性能、荧光寿命、耐湿性和热稳定性进行了研究。SEM结果表明,经Fe²⁺离子处理后的K₂SiF₆:Mn⁴⁺(T-KSFM)颗粒的团聚程度得到有效的降低。XPS测试结果表明,T-KSFM样品表面Mn含量减少。光谱测试结果表明,最强激发峰约468 nm处,次强峰位于约360 nm处,而最强窄带发射峰位于632 nm处。经过Fe²⁺处理后的T-KSFM荧光粉在去离子水浸泡320 min后,其相对发光强度为初始发光强度的80.3%,而KSFM仅还有63.4%。此外,将T-KSFM作为红色组分与黄粉YAG以及蓝光芯片封装制得WLEDs色坐标为(0.4110,0.3963),处于...     

钒基普鲁士蓝类似物VHCF用于水系铜电池正极

针对开发高性能水系铜电池电极材料的迫切需求,通过简易的共沉淀法制备钒基普鲁士蓝类似物铁氰化钒(VHCF)用作水系铜电池正极,考察反应温度及转速对VHCF样品表面形貌及微观结构的影响,探究不同VHCF样品在电化学性能上的差异,并分析VHCF样品的铜离子储存机理。研究结果表明：通过适当提升反应温度及搅拌器的转速,可以制备出[Fe(CN)₆]^4-含量多,粒径小且结构稳定的立方相VHCF;丰富的[Fe(CN)₆]^4-可以为Cu²⁺离子提供更多的化学活位点,较小的粒径有利于提高Cu²⁺离子的扩散速率,与普鲁士蓝骨架结合更稳定的结晶水则能改善电池循环稳定性;电化学反应过程中,Cu²⁺离子会取代VHCF骨架中的V⁵⁺离子形成不可逆新相。VHCF正极在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量高达146.5 m A·h/g,循环500次后,保留了56.1 m A·h/g的可逆容量;在1.0 A/g的大电流密度下的放电比容量仍有60...     

强耦合氧化钼氮碳复合材料的制备及其锂离子存储性能研究（英文）

氧化钼(MoO₃)是一种具有吸引力的锂离子电池(LIBs)负极材料;然而,其导电性低、锂化后体积膨胀大、锂离子扩散动力学缓慢等特点严重限制了其实际应用.本文中,我们利用高量Mo/N掺杂的碳前驱材料合成了超细的MoO₃纳米颗粒(NPs,10-15 nm),所合成的MoO₃NPs被限制在原位生成的N掺杂碳网络结构中.这种设计既促进了快速的电子传导,又缩短了锂离子扩散路径;同时,MoO₃表面丰富的氮物种和氧缺陷有助于降低锂离子的吸附能垒,这些共同支持了MoO₃ NPs在高电流倍率下耐久储锂性能的提升.值得注意的是,所获得的NCMoO₃纳米复合材料表现出1362 mA h g-1(0.1 A g^-1)的较高容量,并在10.0 A g^-1时保持394 mA h g^-1的可逆容量.全电池测试表明:在大倍率5 C下,LiFePO₄//NC-MoO₃-400电池仍...     

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。     

工作温度对钠-氯化镍电池正极结构及电化学性能的影响

钠-氯化镍电池是一种中温电池, 研究温度对电池性能的影响具有重要意义。本工作研究了工作温度对含硫电池和不含硫电池的正极结构和电化学性能的影响。研究发现, 无论电池的正极中是否含有单质硫, 适当地降低电池工作温度都能提高电池的循环性能。降低电池工作温度能降低颗粒的表面活性, 减缓金属镍颗粒的团聚长大, 进而提高电池循环性能。但当工作温度进一步降低时, 电化学反应速率、Na⁺迁移速率和熔融金属钠与β″-Al₂O₃的润湿性也会随之变差, 电池性能反而会下降。无论电池正极中是否含硫, 钠-氯化镍电池最佳的工作温度约为260℃。     

Ni替代对锂离子电池材料LiMnTiO4性能的影响

采用溶胶-凝胶法结合固相反应制备了具有立方尖晶石结构的LiMn_1-xNi_xTiO₄(x=0、0.1、0.2、0.3)锂离子电池正极材料。通过场发射扫描电镜(FESEM)观察材料的表面形貌, 所制备的材料均呈现出典型的烧结体特征; 用X射线衍射仪(XRD)分析材料的物相变化, Ni替代前后均产生杂相TiO₂, 但没有产生与替代元素相关的杂相。通过循环伏安、恒电流充放电等测试研究样品的电化学性能。结果表明: LiMnTiO₄有两对氧化还原峰, 分别对应Mn³⁺/Mn⁴⁺、Mn³⁺/Mn²⁺的转变, 而Ni替代后出现了额外的氧化还原对, 即Ni³⁺/Ni⁴⁺的转变。LiMn_1-xNi_xTiO₄(x=0.1、0.2、0.3)的电化学性能均优于LiMnTiO₄, 尤其当Ni替代量为0.1时, LiMn_0.9Ni_0.1TiO₄在30 mA/g电流密度下的首次放电容量为171.6 mAh/g, 48次循环后容量为162.8 mAh/g, 容量保持率为82.7%。对LiMn_0.9Ni_0.1TiO₄进行非原位XRD测试发现, 材料一次循环后结构无明显变化, 不存在立方相与四方相之间的转变。     

自组装法制备磺化聚苯乙烯@Fe3O4磁性复合颗粒及其磁性能

实现结构可控、均匀包覆是制备核-壳复合材料的关键。采用离子交换法完成了磺化聚苯乙烯(PSS)表面Na+与溶液中Fe2+和Fe3+的交换,于碱性条件下制备了PSS表面负载Fe₃O₄(PSS@Fe₃O₄)的磁性复合颗粒。通过称重法计算了Fe₃O₄最大包覆率;通过振动样品磁强计(VSM)测试了不同负载含量下PSS@Fe₃O₄复合颗粒的磁性能;通过XRD、衰减全反射-FTIR (ATR-FTIR)、SEM-EDS分析了PSS@Fe₃O₄磁性复合颗粒的化学组成和微观结构。结果表明,随着Fe2+/Fe3+浓度增加,PSS@Fe₃O₄磁性颗粒的饱和磁化强度也随之增大,最大饱和磁化强度为7.51 emu/g,并具有明显的磁响应性;Fe₃O₄均匀包覆在PSS表面,最大包覆率为8.3 wt%。PSS@Fe₃O₄磁性复合颗粒有望用于磁流变、医学及水处理领域。      

纳米富锂锰基正极材料的合成及性能研究

富锂层状氧化物材料具有较高的比容量,被认为是下一代先进锂离子电池正极材料。采用丙烯酸热聚合法和柠檬酸溶胶-凝胶法分别合成了纳米富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,并进行Mg²⁺掺杂改性。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪对制备的正极材料进行形貌和结构表征,并组装成纽扣电池进行充放电性能测试和电化学阻抗谱分析。结果表明,丙烯酸热聚合法合成的正极材料粒径均匀,结晶度更高;与未掺杂样品相比,掺杂Mg²⁺的正极材料首次库伦效率从67.66%提高到73.34%,循环性能显著改善。     

石墨烯掺杂的纳米金属复合材料的制备及其电化学性能研究

选择改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),将GO进行高温热还原处理，形成还原氧化石墨烯(RGO),再以油酸作为表面活性剂，通过球磨法与金属氧化物正极材料LiFePO₄通过复合生成了LiFePO₄/RGO正极材料。采用XRD、TEM和电化学性能测试等手段对复合材料进行了表征。结果表明，RGO的掺杂没有影响LiFePO₄材料的晶体结构，没有产生新的产物，当RGO的掺杂量为6%(质量分数)时，复合材料中RGO和LiFePO₄分散较为均匀，形貌结构较好。随着RGO掺杂量的增加，复合材料的首次充放电比容量均先增大后减小，当RGO的掺杂量为6%(质量分数)时，复合材料的首次放电、充电比容量均达到最大值，分别为137.5和139.5 mAh/g。在0.2 C的倍率下循环30次后，6%(质量分数) RGO掺杂的复合材料的放电比容量的保持率最高可达86.1%,电荷转移电阻最小为512.70Ω,电化学性能最佳。因此可知，RGO的最佳掺杂量为6%(质量分数)。     

Sb掺杂O3型Na0.9Ni0.5Mn0.3Ti0.2O2钠离子电池正极材料

提高钠离子电池正极材料的循环稳定性和比容量是实现其广泛应用的关键,基于引入特定杂元素可优化正极材料结构稳定性和比容量的策略,本研究采用便捷的固相反应法制备O3-Na_0.9Ni_0.5Mn_0.3Ti_0.2O₂(NMTSb_x, x=0,0.02, 0.04, 0.06)系列层状氧化物正极材料,对比研究了Sb掺杂对Na_0.9Ni_0.5Mn_0.3Ti_0.2O₂正极材料储钠性能的影响。测试结果表明,引入Sb后过渡金属层中氧原子之间的静电斥力减小,晶格间距扩大,有利于Na⁺的脱嵌。且掺杂Sb所造成的强电子离域降低了整个系统的能量,获得了更有利于循环充放电的稳定性结构。在2.0～4.2 V测试范围下,未掺杂的NMTSb₀在1C(240mA·g^-1)倍率下初始放电比容量为122.8mAh·g^...     

原位电化学改性的预插层钒青铜水系锌离子电池正极材料（英文）

钒青铜是一种极具潜力的水系锌离子电池正极材料.然而,传统的单离子预插层V₂O₅材料由于自身结构的限制和储锌过程中发生不可逆的相变使其储锌能力接近上限.本文采用原位阴极氧化法将准层状材料Ca V₄O₉在特定的电解液中将双离子(Ca²⁺, Zn²⁺)引入δ-V₂O₅晶体骨架中,形成超薄钒青铜材料Ca_0.12Zn_0.12V₂O₅·n H₂O.该材料表现出超高的能量密度(366 W h kg^-1)和功率密度(6627 W kg^-1),并在大电流10 A g^-1下循环3000圈后可逆比容量仍高达205 m A h g^-1.通过多种原位/非原位表征,系统地揭示了材料与Ca²⁺电解液添加剂的协同作用,使结构、电...