碳包覆氧化锌材料在锌镍二次电池中的应用研究

为了提高锌镍二次电池的电化学性能,将高能球磨法制备的碳包覆氧化锌(ZnO/C)材料作为负极活性物质,与纯氧化锌比,碳包覆氧化锌作为负极活性物质的电池,具有更低的充电平台电压以及更高的放电平台电压,并能有效减小电极的欧姆电阻与反应电阻,显著提高了锌镍电池的循环性能。因此,碳包覆后的氧化锌负极材料能够有效的提高锌镍二次电池的电化学性能。     

基于金属有机骨架氧化物模板法的空心NiO的制备及其储钠电化学性能

本工作以镍离子交换的金属有机骨架氧化物Co-ZIF-67为模板制备得到空心NiO材料,并通过SEM、XRD、BET、FTIR、XPS、恒流充放电测试、循环伏安曲线等表征手段对空心NiO的结构、形貌、表面特性和电化学性能进行分析。SEM和BET测试表明制备的NiO为表面具有纳米中孔的亚微米级的空心材料。XPS结果显示空心氧化镍表面Ni为+2价和+3价的混合价态,作为钠离子电池负极时,电流密度50 m A·g~(-1)条件下初始比容量能达到1133.6 m Ah·g~(-1),充电比容量达到549.7 m Ah·g~(-1),首次循环库仑效率为48.5%;50次循环后,放电比容量仍能达到330.1 m Ah·g~(-1),表现出优异的可逆储钠性能。     

氢氧化镍电极的修饰及电化学性能的研究

镍系列二次电池的正极活性物质Ni（OH）2的晶型和镍电极的制备工艺对电池的性能具有较大的影响。文章以镍-氢电池作为对象,着重研究作为电池正极的氢氧化镍电极。通过不同的方法制备电极的活性物质Ni（OH）2,以Co、Zn和稀土作为掺杂剂对电极进行修饰,并对不同掺杂方式构成的电池进行了测试。用金相显微镜来观察Ni（OH）2的外观、颗粒大小;通过恒电流放电曲线比较各电极的放电性能,并通过XRD谱图了解样品的晶型结构。电池性能测试结果表明：采用配位沉淀法制备的Ni（OH）2晶体为最佳;在添加剂方面,Zn、Co、Sm均对镍电极的电化学性能影响较大。     

掺杂改性LiFePO_4正极材料制备及表征

采用微波热合法制备了掺杂LiFePO4锂电池用正极材料。通过XRD、SEM表征了材料的晶体结构和形貌,采用恒电流充放电法研究了材料的电化学性能。XRD结果表明,掺杂后的材料晶相为橄榄石型磷酸铁锂;SEM测试结果表明,加热时间延长促使材料颗粒团聚长大,且结晶完整,颗粒分布均匀。对电池的电化学测试表明,制备的掺杂LiFePO4材料表现出优良倍率性能和循环稳定性,充放电比容量分别为131.7 mAh/g和123.8 mAh/g,10次循环后比容量没有明显衰减。     

MnTiO_3/C复合材料的制备及其电化学性能研究

为提高锂离子电池负极材料循环稳定性和倍率性能,采用溶剂热和高温热处理方法制备了MnTiO_3/C锂离子电池负极材料。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)和恒电流循环充放电等测试方法对材料结构形貌、物相组成和电化学性能进行分析测试。TiO_2的加入和碳包覆提高了电池负极材料的循环稳定性,缓解了材料体积效应并增加了电导率。MnTiO_3/C复合材料在1 000 m A·g~(-1)的电流密度下充放电循环160次后放电比容量仍有466 m A·h·g~(-1),是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料。     

Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)_2的电极材料及性能

采用快速冷冻沉淀法首次成功制备出Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2粉体材料。通过XRD、SAED、SEM、IR、Raman光谱及DSC-TG等对样品粉体的结构形态进行表征和分析,同时将样品合成电极材料并组装成MH/Ni模拟电池进行电化学性能测试,结果表明,样品材料内部结构缺陷多、无序性强、材料微粒大小比较均匀,并具有较好的分散性,结合水含量较多。将复合掺杂Fe(Ⅲ)5%和Al(Ⅲ)8%的样品材料制备镍正极并组装成MH/Ni模拟电池,在以80 mA·g-1恒流充电5.5 h,40 mA·g-1恒流放电,终止电压1.0 V的充放电制度下,进行充放电性能、比容量及其循环性能等电化学性能的测试,放电平台平稳,工作电压高达1.30 V,放电比容量达到357.6 mAh·g-1,且在电极过程中材料的稳定性增强、电化学阻抗较小,循环可逆性较好。     

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。     

苯丙氨酸的电化学储锂性能

为了研究苯丙氨酸的电化学储锂活性,首先借助傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对苯丙氨酸的微观结构及形貌进行了表征,然后将其用作锂离子电池负极活性材料,并通过恒流充/放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(AC)技术研究了其电化学脱/嵌锂性能.结果表明:苯丙氨酸负极材料在0.1C循环充/放电50次后,可逆放电比容量为55.2 mAh·g-1;同时表现了良好的倍率性能,表明有机苯丙氨酸作为锂离子电池负极活性材料的良好可行性.     

水热法制备锂离子电池负极材料及其电化学性能

用水热反应法结合随后的煅烧法制备了NiO空心球,并将其作为负极材料用于制备锂离子电池。用XRD、SEM、TEM对NiO进行表征,用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)和交流阻抗法(EIS)对其进行电化学性能测试。结果显示,NiO空心球在电流密度为50mA/g条件下,第一次放电比电容高达1780.8 mAh/g,且经过34次充放电循环后其比容量还剩325.6mAh/g,这表明NiO空心球电极材料具有较好的可逆比容量。     

Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2的电极材料及性能

采用快速冷冻沉淀法首次成功制备出Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)₂粉体材料。通过XRD、SAED、SEM、IR、Raman光谱及DSC-TG等对样品粉体的结构形态进行表征和分析,同时将样品合成电极材料并组装成MH/Ni模拟电池进行电化学性能测试,结果表明,样品材料内部结构缺陷多、无序性强、材料微粒大小比较均匀,并具有较好的分散性,结合水含量较多。将复合掺杂Fe(Ⅲ) 5%和Al(Ⅲ) 8%的样品材料制备镍正极并组装成MH/Ni模拟电池,在以80 mA·g^-1恒流充电5.5 h,40 mA·g^-1恒流放电,终止电压1.0 V的充放电制度下,进行充放电性能、比容量及其循环性能等电化学性能的测试,放电平台平稳,工作电压高达1.30 V,放电比容量达到357.6 mAh·g^-1,且在电极过程中材料的稳定性增强、电化学阻抗较小,循环可逆性较好。     

锂离子电池Ni-Sn-Sb合金负极材料的制备及其电性能研究

采用化学还原-共沉积法制备了Ni-Sn-Sb三元合金材料,用XRD和SEM对其结构和形貌进行表征。根据充放电曲线、循环伏安和交流阻抗谱,探讨了合成电极的嵌/脱锂行为。研究表明:热处理后的Ni-Sn-Sb合金材料呈不均匀粒状结构;首次放电容量达到1 625 mAh.g-1,充电容量为628 mAh.g-1,循环20次后可逆容量仍有334mAh.g-1,库仑效率稳定在90%,具有较好的电化学性能。     

锂离子正极材料Li（Ni_（1/3）Co_（1/3）Mn_（1/3））O_（2-x）F_x的合成与电化学性能

采用沉淀法合成一系列Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）O2-xFx正极材料（0≤x≤0.5）;用X射线衍射仪和扫描电镜仪分析了合成产物的晶体结构及表面形貌;利用充放电仪测定产物的电化学性能,结果表明Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）O1.7F0.3的电化学性能最佳,首次充放电比容量分别达181.9、174.0 mA.h/g,材料的结构在循环过程中保持稳定,倍率性能变好,电化学阻抗明显降低。     

二氟磷酸锂的制备及电化学性能研究

为探究二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）的制备方法及其对锂离子电池性能的影响,尝试以六氟磷酸锂（LiPF₆）和磷酸锂（Li₃PO₄）为原料,采用固相法制备LiPO₂F₂,通过核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）、离子色谱（IC）对材料做了物相研究和定性检测;通过充放电测试、循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）研究了材料对电池性能的影响。测试结果表明,以LiPF₆及Li₃PO₄为原料可制得LiPO₂F₂,LiPO₂F₂作为添加剂加入电解液中使得电池电极极化现象有所减弱,电池正负极材料的成膜电阻明显减小,同时提高了电池的循环稳定性及高温存储性能。     

Fe掺杂宣纸基碳纤维材料的储锂性能

为了改善目前锂离子电池电极材料的成本高、环境污染等问题,本文提出了一种由植物纤维构成的宣纸直接烧结炭化并对其进行改性之后作为锂离子电池负极材料的方法。通过改变烧结温度和时间,探究宣纸的最佳炭化机制,之后通过简单的溶液法和烧结法掺杂入Fe对宣纸基碳纤维材料进行改性。并通过X射线衍射光谱（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析（EDS）等分析手段对制备的材料进行了表征和对比,结果表明Fe成功均匀掺入到宣纸的原材料中。材料有很强的柔性可直接作为电极使用,结构均匀且稳定,并且在微观结构上,表面较之前呈现出了很多均匀的微孔。通过恒流充放电法分析了所制备宣纸材料作为锂离子电池负极的储锂性能。结果表明,在500mA/g电流密度下锂离子电池容量首圈可达到565.4mA·h/g,当电流密度高达2500mA/g时可逆容量仍然能够保持在124.7mA·h/g;在1000mA/g电流密度下可以保持稳定的长循环至1000圈。     

磷酸铁锂高温循环性能的改善

磷酸铁锂结构稳定、循环性能优异,但是随着主机厂家对质保要求的不断提升,磷酸铁锂仍面临着高温循环性能不能满足客户要求的情况。以磷酸铁锂正极锂离子电池为研究对象,分别对比了基础电解液体系和改善电解液体系[在基础电解液中添加二氟二草酸硼酸锂（LiODFB）]对电池高温循环性能的影响。对循环后的电池采用直流内阻（DCIR）、电化学交流阻抗谱（EIS）、d Q/d U（恒定的电压间隔内电池容量的变化）曲线等无损分析方式进行数据对比,结果表明改善电解液体系电池的电荷转移阻抗进一步降低。通过对电池进行解剖,对两种电解液体系的电池极片进行了厚度分析、X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）分析、电感耦合等离子体发射光谱（ICP）元素分析等,结果表明改善电解液体系的电池在抑制负极表面副反应、减少正极铁溶出方面具有明显的效果,因此电池的高温循环性能更好。     

层状锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及性能

采用共沉淀法得到前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2,利用前驱体与LiOH×H2O的高温固相反应得到高振实密度的锂离子电池层状正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (2.3~2.5 g/cm3). 初步探讨了合成条件对材料电化学性能的影响. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热分析(TG/DTG)以及恒电流充放电测试对合成的样品进行了测试和表征. 结果表明,在750℃、氧气气氛下合成的材料具有较好的电化学性能. 通过XRD分析可知该材料为典型的六方晶系a-NaFeO2结构;SEM测试发现产物粒子是由500~800 nm的一次小晶粒堆积形成的二次类球形粒子. 电化学测试表明,其首次放电容量和库仑效率分别为168.6 mA×h/g和90.5%, 20次循环后容量为161.7 mA×h/g,保持率达到95.9%,是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料.     

A study on the cycle performance of lithium secondary batteries using lithium nickel-cobalt composite oxide and graphite/coke hybrid carbon

10 Wh-class (30650 type) lithium secondary batteries were fabricated using LiNi_0.7Co_0.3O₂ as the positive electrode material and graphite/coke hybrid carbon as the negative electrode material. In our previous work, we found that LiNi_0.7Co_0.3O₂ and graphite/coke hybrid carbon each provide a longer cycle life among several candidates (Kida et al., J. Power Sources 94 (2001) 74; Kida et al., in preparation; Kinoshita et al., J. Power Sources 102 (2001) 284). In this study, the cycle performance of cells using both LiNi_0.7Co_0.3O₂ and graphite/coke hybrid carbon was examined and the deterioration factor of the discharge capacity was investigated during charge/discharge tests. We then focused our interest on the negative electrode and analyzed it using ⁷Li nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). After the discharge capacity of the battery deteriorated to 70% of the rated capacity after 2000 cycles, the graphite/coke hybrid carbon showed 91% of initial discharge capacity. When the solid electrolyte interface (SEI) (LiF, Li₂CO₃ and polymers) (E. Peled, J. Electrochem. Soc. 126 (1979) 2047) on the carbon negative electrode became thicker in the charge/discharge cycle test, the impedance was considered to have increased. This suggests that the deterioration of the graphite/coke hybrid carbon material is not so large, but that the production of the SEI on the negative electrode and impedance change of the negative electrode are factors of the capacity fade.     

二氯二甲基硅烷对锂硫电池性能的影响

采用二氯二甲基硅烷对锂片表面进行预处理,以提高电极的界面稳定性。将预处理的锂片与硫电极组装成锂硫电池,并对其进行充放电测试。结果表明,与以未经预处理锂片作负极的锂硫电池相比,经二氯二甲基硅烷预处理5 min的锂片作负极的锂硫电池的循环性能、倍率性能及库伦效率均得到较大的改善,且预处理时间对电池的性能有一定的影响。     

High-performance hierarchical homologous scale-like CuCl/Cu foam anode for lithium ion battery

In situ growth of hierarchical scale-like CuCl on homologous Cu foam substrate for lithium ion battery (LIB) was achieved via facile anodization of Cu and the following rapid deposition of insoluble CuCl. The obtained hierarchical scale-like CuCl/Cu foam electrode were investigated in terms of scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), galvanostatic charge/discharge, rate performance, cycle stability and AC impedance. When used as the anode in LIB, the as-synthesized electrode with multi-scaled pores delivered satisfactory electrochemical performances. Particularly, the reversible discharge capacity was still maintained at about 197.2 mA h/g even after 1000 cycles at high rate of 10 C, indicating excellent endurance and structural stability during the fast cyclic charge/discharge. It can be concluded that the developed hierarchical scale-like CuCl/Cu foam electrode can not only improve the electronic conductivity, but also buffer the structure strain during long term cyclic lithiation/delithiation and maintain the structural stability. Seemingly, hierarchical CuCl with high Li-storage activity and highly conductive three dimensional (3D) porous homologous Cu foam substrate jointly contributed to high electrochemical performances.     

The synthesis of carbon nanoballs and its electrochemical performance

Carbon nanoballs were prepared in the presence of acetylene with coke powder as carbon source by arc discharge technique. The arc plasma was diagnosed in situ by optical emission spectroscopy (OES) in the formation process of carbon nanoballs. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), field emission scanning and transmission electron microscope (STEM) equipped with energy dispersive X-ray (EDX), X-ray diffraction (XRD), and Raman spectroscopy are used to characterize carbon nanoballs. The electrochemical performance of carbon nanoballs as an electrode was measured on a multi-channel battery test system to analyze the electrochemical response. The FE-SEM and STEM results show that carbon nanoballs are the main products in acetylene medium. Many carbon nanoballs are sintered together with a few carbon nanotubes (CNTs) inserted into the sintered carbon nanoballs except for a few carbon nanoballs that exist as a single ball. The STEM results show that the diameter of carbon nanoball is mainly in the range of 50–100 nm. The XRD analysis shows that the graphitization of carbon nanoballs is relatively high. The charge–discharge curves of carbon nanoballs show that the cell electrode has a high reversible capacity and the capacity retention could reach 73.7%, which might contribute to the conductivity of CNTs inserted into the sintered carbon nanoballs.